1000VA理想ダイオード正負電源の設計

400W SiC BTL Class D PS-ZVSアンプ用の1000VA理想ダイオード正負電源を設計します。

主要コンポーネント:

トロイダルトランス 92344-P2S2

理想ダイオード・ブリッジ・コントローラ LT4320

MOSFET STF140N6F7

NTC B57364S0509M0

 

参考資料:

Zero-Voltage Switching Full-Bridge Converter: Operation, FOM, and Guidelines for MOSFET Selection

LTspiceを使った回路設計手法 5. MOS-FETの定数設定詳細

LTspice VDMOSのパラメータ

データシートに基づくトロイダルトランスのSPICEモデル作成

300VAトロイダルトランスの突入電流対策と理想ダイオード正負電源の試作

 

まず、STF140N6F7のVDMOSモデルを作成します。

最終的にこのようなモデルとしました。

.MODEL STF140N6F7 VDMOS (NCHAN
+mfg=ST Vds=60 Ron=3.5m Qg=55n
+VTO=4 KP=32.5 subthres=1e-7 mtriode=1 LAMBDA=0
+CGS=2907p CGDMIN=96.5p CGDMAX=1763p a=1
+CJO=1357p M=0.5 VJ=1.0
+RG=56.6 RDS=6e6 RS=3.5m RD=0.0m IS=1e-14 N=1.0)

ゲートチャージの確認

出力特性の確認

 

トロイダルトランスのパラメータ:

Primary:44.2 mH, 0.55 Ohm

Secondary: 5.82 mH, 0.0677 Ohm

K: 0.996

 

PSUの出力の確認

 

電流モードのD級GaN MOSFETアンプの試作

電流モードのD級GaN MOSFETアンプを試作しました。

LT1057でPI制御(インダクタ通過前の電圧とインダクタ通過後の電圧状態フィードバック)、

LT1995で電流状態のフィードバック(インダクタ通過後の電流検出)をLT1016に対して行っています。

また、今回は高耐圧のMLCCでLPFとZobelのフィルムコンデンサを置き換えています。

基本回路はいつも通り、ゲートドライバはSi8244,

出力段はTPH3206PSBです。

保護回路として、

LM339でUVPとDCPを実装しています。

 

LT Spiceシミュレーションでは、電圧モードの自励発振式と比較して、

無入力時の可聴帯域におけるノイズフロアが15から20dB程度下がることがわかっています。

 

電流モードの自励発振式における無入力時の出力電圧のFFT

電圧モードの自励発振式における無入力時の出力電圧のFFT

 

実際、試聴してみても電源の整流ハムノイズが明らかに下がります。

音質的にはLPFによるピークが下がる分、

電圧モードよりも相対的に高域はおとなしくなりますが、

低域の明瞭感は明らかに向上します。