LTC3721-1によるプッシュプル200W 50V正負電源の基板設計

LTC3721-1によるプッシュプル200W 50V正負電源の基板設計です。

こちらの資料が参考になります。

非絶縁型スイッチング電源のPCBレイアウトにおける考慮事項

電源レイアウトとEMI

リニア・レギュレータとスイッチング電源の基本概念

 

EAGLEの回路図はこちら。

基板設計はこちら。

上面のパターンはこちら。

下面のパターンはこちら。

トランス(HPH6-2400L)が面実装なのと、

ブリッジ整流(STTH1502FP)とコモンモードチョーク(744844470)など、

パワー系のパターンの引き回しに工夫が必要でしたが、

80x100mmのサイズに収まりました。

 

 

LTC3721-1によるプッシュプル200W 50V正負電源の回路設計

比較的簡単に作れる入力AC100V入力, 出力200W, DC+-50VのD級アンプ用プッシュプル電源を設計します。

まず、ループ補償の設計に必要な資料(AN149)と主な部品をあげておきます。

回路はLTC3721-1のデータシートに出ているものを踏襲しています。

Modeling and Loop Compensation Design of Switching Mode Power Supplies

LTC3721-1

LT4430

Si8710

HPH6-2400L

744844470

IPA95R450P7

STTH1502FP

GBU6J

 

つぎにLT Spiceでのシミュレーション用の回路図を示します。

最後に200W(50Ω, 2A, 100V(+-50V))負荷時の過渡応答を示します。

緑が出力電圧(+50V)、青がCMC(744844470)の電流、赤が2次側電圧のフィードバックです。

 

正負両電源に最適なカップルド・インダクタ

トランジスタ技術 2003年8月号 特集:ディジタル・アンプ誕生

第6章 出力電圧の精度と電源容量の決め方がポイント!
ディジタル・アンプ用電源回路の設計 :本田 潤   見本PDF 252Kバイト

Appendix
実際のディジタル・アンプ用スイッチング電源 :大和 一夫/狩野 ラワジフ

を読んでいて以下の記述を見つけました(p. 190)。

正負両電源に最適なカップルド・インダクタ

●軽負荷になると出力電圧が上昇する

>コイル電流のゼロ区間が生じることが原因

●対策はコイルに電流を流し続けること

>コイル電流にゼロ区間が生じる回路のコイルと、

コイル電流が流れ続ける回路のコイルとで、

コアを共有すると電流が連続的になります。

>>さて、D級出力段の電源は、

正負の出力回路のうち、

どちらか一方は必ず電流が流れているはずです。

となれば、カップルド・インダクタが

ディジタル・アンプ用電源に適していることは

自明の理ですね。

 

というわけで、LTSpiceで効果を検証してみました。

 

まず、LTC3722-1によるZVS-PSFBの

CTトランス(760895451)による正負両電源に、

カップルド・インダクタ(744844470)を適用した回路です。

センタータップによる両電源構成なので、

正負の電流の向きを考慮して、

カップルド・インダクタ(コモンモード・チョーク)を

平滑コンデンサの前に接続します。

 

次に、軽負荷(1kΩ, 100V(+-50V), 0.1A, 10W)時の

結合係数1の場合と0の場合における、

出力電圧(緑)とチョークコイルの電流(青)の

過渡解析による比較です

結合あり

結合なし

 

最後に重負荷((33Ω, 100V(+-50V), 3A, 300W)時の場合です。

結合あり

結合なし

 

興味深いことに結合ありの時は、

インダクタ電流の振幅(リップル)が小さくなって、

最大出力電圧が増大するようです。

 

磁気回路は奥が深いですね。