LTspiceによる回路シミュレーション、EagleによるPCB設計、試作、EMSによる頒布まで
トランスの補助巻線による電源供給について補足です。
100-W Universal Line Input PFCBoost Converter Using theUCC38050
では、補助巻線の出力をC7:100 uF, R10: 220 Ohm 1W, C6: 100 uFでフィルターしています。
を用いて、
250m Ohm, 100uF, 220 Ohm 100uFで計算してみると、
fc=214Hz, -80dB@20kHzとなることがわかります。
比較のために、
を用いて、
250m Ohm, 220uFで計算してみると、
fc=2894Hz, -20dB@30kHzとなることがわかります。
LTspiceによるシミュレーションでも、
容易に確認できますが、
補助巻線の周波数が100kHzと高いため、
平滑コンデンサの分割(Split Reservoir Capacitor)による
フィルタ構成の効果が大きいことがわかります。
トランスの補助巻線による電源供給についてまとめておきます。
PFC Chokeを例にしています。
LT1249と760805410でLTspiceでシミュレーションしてみます。
まず、定常状態のAC半周期(50/2=25Hz=40ms)における補助巻線の電圧です。
巻線比が39:４で出力電圧が382Vなので、
382/39*4=39Vの矩形波電圧の包絡線の底が
-14Vまで下がるような形で変化することがわかります。
この補助巻線電圧にR=220 Ohm, C=0.015uFを介して、
ショットキーダイオードで整流して、
Chold=200uFのホールドキャパシタと
18VのZenerダイオード(1N4746A(Iz=14mA)など)で、
Vcc電圧にしています。
Vcc電流は(Vaux-Vz)*C*f=(39-18)*0.015u*100k=31.5mAに
Rで電流制限をかけた値になるようです。
次に、Vcc電圧の起動時の様子です。
PFCのスイッチングが始まる
Vcc Turn-On Threshold=16.5Vまでは、
ブリッジ整流器の出力から抵抗を介して、
トリクル充電されていき、
スイッチングが始まると、
一時的に電圧が下がるため、
Vcc Turn-Off Threshold=10.5V
を下回らないように、
RとCholdを調整すればよいようです。
最終的に、Zenerダイオードで18Vにシャントされます。
なお、UCC38050の場合は、
Vccが内部Zenerでクランプされているため、
Input current into VCC clamp=30mA
の最大定格を超えないようにする必要があります。
LT1249によるPFCの基板設計をまとめておきます。
LTC3722-1によるZVS-PSFB正負電源のプリレギュレータ
（商用電源(AC 100-230V)からバス電源（DC 382V））として使用します。
回路はLT1249のデータシートのものとほぼ同じです。
主要部品としては、
リングコアチョークにB82615B2602M001
スイッチングMOSFETにIPA60R280CFD7
整流ダイオードにSTTH8S06FP
を選択しています。
部品の配置はこんな感じになりました。
部品面のベタパターンです。
半田面のベタパターンです。
部品数が少ないので、比較的簡単ですが、
高電圧ノードとスイッチングノードに気をつける必要があります。
LTC3722-1 同期整流式デュアル・モード位相変調フルブリッジ・コントローラ
による250W ZVS-PSFB 50V正負電源を設計します。
その他、参考になる資料もあげておきます。
AN_201709_PL52_027: 800 W ZVS phase shift full bridge evaluation board
TND379N-D: Half-Bridge Drivers A Transformer or an All-Silicon Drive?
グリーン・エレクトロニクス No.1: 高効率・低雑音の電源回路設計
LT Spiceによるシミュレーション回路をあげておきます。
出力電圧の過渡応答はこのようになりました。
主な構成要素：
メイントランス(760895751)はLLC共振用のもので、
一次側は、PFC(LT1249)を想定した382Vの入力およびリークインダクタンスによるZVS-PSFBとしています。
二次側は、センタータップとダイオード(STPS20120D)整流およびLC平滑による正負電源としています。
また、補助巻線からダイオードブリッジとドロッパ(LT1086-12)で12Vの電源としています。
絶縁にはCT(CST25-0050), PT(1002C), オプトカプラドライバ(LT4430), オプトカプラ(MOC207)を用いています。
ZVS-PSFBコントローラ(LTC3722-1)のロジックレベルの出力を
ゲートドライバ(LTC1693-1)とPTで
左右それぞれのハーフブリッジのMOSFET(IPA60R280CFD7)を+-12Vで差動駆動しています。
商用電源を入力とするトロイダルトランス、
ダイオードブリッジおよび平滑コンデンサによる電源構成は、
半坡整流後の電流が100/120Hzでパルス状に平滑コンデンサに流入するため、
力率の低さとリップルが問題になります。
また、電源ICのソリューションはたくさんありますが、
入力電圧や出力電流の制約で、
出力100-500Wのオーディオパワーアンプに適用するための
組み合わせは限られます。
そこで、ここではまず、
主電源としてPFC（Power Factor Correction, 力率補正）を利用する
+-50V, 100Vを生成するAC/DCコンバータ(LT3798, LT1249)を設計します。
また、補助電源として15V, +-5Vの電圧を生成する
DC/DCコンバータ(LT8304, LTC3260)もあわせて設計します
まず、+-50Vの正負電源は、
LT3798(アクティブPFC機能を備えたオプトカプラ不要の絶縁型フライバック・コントローラ)
をAC35VからDC50Vへの絶縁型フライバックコンバータとして、
正負独立に使用して構成します。
LT Spiceによるシミュレーション回路はこちら。
過渡解析の結果はこちら。
次にD級BTLアンプ(オーディオ信号変調によるバックコンバータ)用の100Vの電源は、
LT1249(Power Factor Controller)をAC35VからDC100Vへのブーストコンバータとして、
左右独立に使用して構成します。
LT Spiceによるシミュレーション回路はこちら。
過渡解析の結果はこちら。
次に、D級アンプのゲートドライバ用の15Vの電源は、
LT8304(150V/2Aスイッチを内蔵したオプトカプラ不要の
100V入力マイクロパワー絶縁型フライバック・コンバータ)を
100-50Vから15Vへの降圧DC/DCコンバータとして構成します。
LT Spiceによるシミュレーション回路はこちら。
過渡解析の結果はこちら。
最後に、D級アンプの制御回路用の+-5Vの電源は、
LTC3260(低ノイズの2電源反転型チャージ・ポンプ)
でLDOを使用する構成(15Vから+-5V)にします。
LT Spiceによるシミュレーション回路はこちら。
過渡解析の結果はこちら。
オープンデザイン・オーディオ 