TPH3206PSBによるD級GaN MOSFETアンプの試作

TPH3206PSBを用いてD級GaN MOSFETアンプを試作しました。

基板と定数はC3M0280090DによるD級SiC MOSFETアンプと同じです。

TPH3206PSBはピン配置がGSDで、

ソースタブからケルビン接続を行っています。

LT Spiceシミュレーションによると、自励発振周波数は3MHz程度となっています。

アイドル時の出力オフセット電圧の実測値は、ほぼ0mVなので、

スイッチングノイズはC3M0280090D(実測Vos=10mV程度で信号線への放射ノイズからの影響が大きい)

よりも少ないようです。

TPH3206PSB(GaN)の音質は、C3M0280090D(SiC)よりも、緻密でおとなしい感じです。

 

 

C3M0280090DによるD級SiC MOSFETアンプの試作

C3M0280090DによるD級SiC MOSFETアンプを試作しました。

主回路には、

スイッチングMOSFETにC3M0280090D,

ゲートドライバにSi8244,

コンパレータにLT1016,

積分器にLT1122,

をそれぞれ用いて、

出力は100W(8Ω),

ゲインは30倍,

ゲート抵抗は4.7Ω,

デッドタイムは24ns,

アイドル時の自励発振周波数は3.19MHz/3.23MHzとしています。

 

また、保護回路には、

電流検出にLT1990,

コンパレータにLM339,

を用いて、

UVPとOCPを実装しています。

 

肝心の音の方は、

DSDの音を直接スピーカーで聴いているような感じで、

ソースの音がそのまま出てきます。

 

スイッチングMOSFETの発熱も少ないので、

通常の音量であれば、

ヒートシンクも温かくなる程度です。

 

C3M0280090DによるD級SiC MOSFETアンプの回路設計

Woflspeed(CREE)のC3M0280090DでD級アンプを再設計しました。

IRAUDAMP7Dを参考に、

ゲートドライバはSi8244, 積分器はLT1122, コンパレータはLT1016を用います。

また、OCPはLT19907G17B-220の直流抵抗を利用します。

 

CREEのSPICEモデルはシミュレーションに適さないため、

データシートに基づいて、VDMOSモデルを作成しました。

.MODEL C3M0280090D VDMOS (NCHAN
+VTO=3.5 KP=1.0 subthres=8e-1 mtriode=1 LAMBDA=0
+CGDMAX=50e-12 CGDMIN=2e-12 a=0.5
+CGS=148p CJO=0.1175n M=1.0 VJ=4.8

 

SPICEシミュレーションの回路図を示します。

ZVSとなるように、デッドタイムは100nsに設定しています。

無信号入力時の自励発振周波数は1.8MHzになります。

保護回路は、

UVPとOCPをLM339でWired-Orして2N3904で

Si8244のDISABLEを駆動しています。

+-1V, 10kHz矩形波入力時の過渡解析を示します。

LPFの前からフィードバックをかける自励発振式のため、

オーバーシュートがあります。

FFTの結果を示します。

ノイズフロアは-68dBで

発振周波数は800kHzまで低下しています。

電力変換部を線形・平均化モデル(ラプラス素子パデ近似による)に置き換えた

AC解析用の回路図を示します。

周波数解析の結果を示します。

ゲイン29.6dB(Av=-30.3)のAC結合で、

帯域は2Hz-69KHz(-3dB)となりました。