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2017年1月29日 (日)

ディスクリート電源基板 DC-ARROW 頒布開始

トランスの交流電源から整流して、RaspberryPiやBBB/BBGの5Vへ電源を供給するDC電源基板 DC-Arrowの頒布を開始しました。 

Dcarrow_c_2 

案内はこちら。  ネットショップはこちらからどうぞ。

 

全体の接続図はこのようになります。 

Dcarrow_b  

トランスから出力されるACをそのまま基板へ入れます。 

この基板は、安定化回路をディスクリートで組んであり、NFBを使わないいわゆるnon-NFB回路にしてあります。 

 

  電圧の目標値をさだめて、あとは矢を放つのみ。 

  その先の状況は感知しない(フィードバックしない)。

 

というのがDC-Arrowの由来です。

RaspberryPiは、実際の電流が1Aにも満たないのに、起動できないAC-DCアダプタが続出するという、少々わがままな電源要求があります。

正確な電圧を出力するというのであれば、フィードバックして目標値に近づくように制御するのが正解です。 しかし、電源のフィードバック動作は(アンプと比べて)とても遅いものが多く、負荷電流が大きくなった瞬間に電圧が低下してしまいます。 

これを負荷過渡応答(トランジェント・レスポンス)といいます。 詳しくはこちらをご覧ください。

Acdc_1

    <低速なフィードバック電源の負荷応答>

この図はあくまでも一例です。 500mA電流が流れているところに、100mA増える(3ms時)、そして、500mAに戻る(6ms時)という過渡応答を表わした波形です。 

低速なフィードバックによって電圧をキープするような回路(一般的な低価格電源)は、負荷電流が増えた瞬間に一度電圧が落ち込んで、その後電圧が復帰するという動作になり、結果的に大きなオーバーシュート・アンダーシュートが出てしまいます。 

見かけ上は、低出力インピーダンスであっても、じつはフィードバックがなければインピーダンスが高いというフィードバックに頼りきった電源の特徴です。

実際にRaspberryPiが起動不能に陥っていることを考えると、負荷電流が400mA -> 1Aなどに増えた瞬間に4.5Vを切るくらいまで電圧がドロップしていると推測しています。 

 

Acdc_2 

    <フィードバックなし電源の負荷応答>

こちらの図は、non-NFB回路の場合の過渡応答波形です。 

フィードバックがかかっていないため、負荷電流が増えている期間は、電圧が落ちていますが応答遅れによるオーバーシュート等が発生しません。 (実際には配線のインダクタンス成分によるオーバーシュート、アンダーシュートは発生します。 フォードバックに由来するものは一切発生しません。) 

 

non-NFBアンプにも共通することですが、フィードバックに頼ることなく一定の電圧を出すためには真の低インピーダンス出力にする必要があり、出力段のトランジスタやドライブ回路の設計には細心の注意が必要でした。

色々検討した結果、パワーアンプ等にも使用する2SC5100(コレクタ電流8A)という余裕のあるパワートランジスタを使いドライブ回路も工夫することで、出力インピーダンスを約200mΩまで下げることに成功しました。 

 

この抵抗値は、1~2m程度のUSBケーブルに匹敵するくらいです。

各種ケーブルの抵抗値を計測したものはスイッチサイエンスさんが昨年、解析しておりました。 こちらの資料です。 大変参考になります。 

 

トランスの出力電流による制限のため、最大出力電流は約1.2Aとなっていますが、この電源でRaspberryPi 3を問題なく起動することができます。 (GPU・CPUを同時に100%使用にするなどの評価は行なっていません。) 

 

DC-Arrow基板をより一層活用するには、USBケーブルではなく AWG 24番の配線で供給するほうが望ましいと思います。 

 

よろしくお願いいたします。

 

 

※ )本来は、高速なフィードバック回路による電源の方が正確な電圧を出力することができます。 non-NFB回路にしたのは、単に私の趣味です。  スイッチングレギュレータにしないのは、オーディオ向けということで、余計なノイズを増やしたくないからです。

 

 

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電子回路」カテゴリの記事

コメント

数日前にデジットblogでこれを見つけてから、大阪出張を画策しています。
売り切れていない時に行けると良いのですがw

yosyosさん

ありがとうございます。 とりあえず今回は30枚送っています。 しばらくしましたら共立電子さんのネット通販も開始するのではないかと思っています。 (思っているだけ)

よろしくお願いいたします。

共立さんで昨日から通販が開始されましたね。
早速、購入させて頂きました。

いつも痒い所に手が届く設計内容で、ありがとうございます。
今回も電源による音の違いを楽しみにしています。

ta_syumi さん

情報、ありがとうございます。
さっそく、リンクをしたいと思います。

ブログ以来注視してましたが、トランスと共に既に完売です
この頃、すっかり定番になってしまいましたね、初ロット瞬殺(^ ^)

共立電子さんに問い合わせをしましたが、トランスも基板も在庫切れでした。再入荷を待ちます。

早速、製作しました。トロイダルトランスは、事前に購入しておりました。このトロイダルトランスは2回路あるので、DC-ARROWも2台作ってBBGとB4-DACに別電源で繋ぎました。出てきた音は、メリハリも利き分離も良く静かさが増し本当にいい音になりました。MoctさんのBotic最新イメージ(落花流水【 愛燦々と! 】にリンクがあります)もよく最良の音となり喜んでいます。ただ、Boot-SWを押しながらスイッチONをしなければならないので、狭いところに指の爪を乗せてということになり大変です。以上、動作報告でした。

ツェナーダイオードをLEDに交換してLED電源にした方がノイズが減るのでは?

kindawnさん、以下のページにS2スイッチを押したのと同じ事に出来る方法が書いて有ります。
https://zigsow.jp/item/315275/review/309092
P8コネクタの1,2番と43番を接続するだけですが、写真も有りますよ

オーシャンさん、ありがとうございます。写真ではブリッジ基板にジャンパーを飛ばしていますが、B4-DACでは細い線を直付けしないとなりませんね。出来なくはないけど、困ったな。

後、最新イメージはMoctさんではなくKickさん作です。間違えました。

kindawnさん、荒技かもしれませんが、eMMCを起動不能に設定するという手も有ります、imgも公開されているのでバックアップしないでも、復活も可能です

オーシャンさん
kindawn さん

http://tomowatanabe.hatenablog.com/entry/2013/12/15/202806
http://qiita.com/R-STYLE/items/ddc0379174b88ee510dc
http://gaoch.hatenablog.com/entry/2015/11/07/172446

などuEnv.txt に追記して試したのですが、eMMCから起動してしまいますね。

http://nw-electric.way-nifty.com/blog/b4dac.html
に写真を追記しました。 S2押しと同じになります。 ハードウェア改造は一発でOKでした。 
オーシャンさんのおっしゃる通り、eMMCは(最新版へ)書き変えが可能ですので、起動しないように壊してしまうのもアリですね。


qua さん

電源基板の方、売り切れてしまいまして申し訳ありません。 すぐに補充しますのでよろしくお願いいたします。


あき さん

するどい指摘です。 ただ、ツェナーも品種を選ぶとノイズは大きくありません。 また、並列にコンデンサを接続することで押さえ込むことができますのでLEDを電圧基準にするのと変わりはありません。

それよりも、2個、3個と直列にしたLEDのVFの温度特性やIFの依存度が大きくなってしまい、電圧が大きく変動してしまうのです。 (LEDも実験した結果NGという判断でした)

Kickさん作のArch linux版botic にavahiを入れると IPアドレスを探さなくても済むようになります。

pacman -Sy
pacman -S avahi

です。 alarm.local で接続可能になります。

基板改造の電線直付けですが、写真での指定の場所はすでにターミナルブロックで埋まっているので困っていましたが、すぐ横のGNDのシルク印刷のGにあるOS-Conの足に付けました。電線はDC-ARROWに付けた電圧計から外した赤い線が細いので利用しました。これで、スイッチONだけで起動できるのでメデタシメデタシです。

100Vの電源を入れる時、2Aのスイッチング電源ではあまり経験してないのですがDC-ARROWにしてからは、トロイダルトランスに電源を入れていない状態でスイッチONすると10回に1回位しかBBGが起動しません。起動に失敗しているのではなく電源が入らない状態です。この時、BBGのPOWERボタンを押すとちゃんと起動します。
DC-ARROWを点けといてMicroUSBを後から挿すと、これは必ず起動します。

今は放熱器の背が高くて上蓋を閉めていないからいいですが、閉めると起動する方法が無くなります。スイッチを切って5秒待ってまた入れても同じです。

質問ですが、「ラズパイ1 ModelB」で使用可能でしょうか??

質問ですが、「ラズパイ1 ModelB」で使用可能でしょうか??

kindawn さん

P8-43pinをGNDに落とすだけですので、コンデンサの部分でも大丈夫です。

BBBの起動に関しては、ゆっくりと電源が立ち上がると正常にリセット回路が動作しないのかもしれません。 RPiは平気なんですよね。

これには2つの解決方法があります。 

ひとつ目は、電源の立ち上がりをはやくする方法です。 
DC-ArrowのC4を470uFから330uFや220uFへ小さくすることで電源の立ち上がりが早くなります。 ただ、リップルフィルタの利きも弱くなってしまいます。


2つ目は、
http://nw-electric.way-nifty.com/blog/2016/11/raspberrypi-vs-.html
に書いてあるように電源ボタンをケースの外から操作できるようにすることです。
電源ボタンと追加すると、電源OFFも、いちいちssh接続してpoweoffコマンドを打たなくて済むようになりますね。

1552q大好き!!さん

Pi1 でも使えます。 

たかじんさん、ありがとうございます。9Pinにモーメンタリースイッチを付けて対処しました。確かにパワーオフもスイッチだけで済み、こっちの方がいいですね。

電源ランプをケースに付けて動作状態を外から見られるようにしようと思いますが、100V側はDC-ARROWにLED端子があるので良いのですが、BBGの動作状態にはB4-DACのPOWER LEDをケースに引っぱりたいと思います。
R11とD1の両端に電線を付けちゃっても良いのでしょうか。このLEDはU7のトランジスタで制御してますよね。並列に2.2KΩとLEDを繋いでも良いのか迷ってます。

ケースには、TAKACHIのMB-7Sを使うとトロイダルトランス・DC-ARROW2台・BBGまたはRaspberryPiが丁度よく収まるのですが、高さが標準の放熱器を使うと約10㎜足りないのです。
B4-DACやSabreberry32には、ロープロファイルの放熱器で大丈夫だと思いますがBBGやRaspberryPiには、標準の放熱器が必要ですよね。基板には5㎜のスペーサーを使いあと5㎜放熱器を切っちゃおうかと考えていますが、大丈夫でしょうか。
HPA-12もこのケースに丁度よく収まったので、揃えたいです。

たかじんさん、お久しぶりです。

この電源基板はスイッチサイエンスでの販売予定はあるのでしょうか?
ちょいと他の基板と一緒に注文できればと思っています。

TRS-12と組み合わせたいと思います。

騒いだわりに解決しました。12㎜のスペーサー使ってました。今日、本当の10㎜に取り換えてみたら、MB-7Sにあと5㎜で十分標準の放熱器が収まります。だから、5㎜のスペーサーにすれば良いだけでした。お騒がせしました。

kindawn さん

ケースに入ったということでよかったです。
>並列に2.2KΩとLEDを繋いでも良いのか迷ってます。

並列にLEDをつけても10mAくらいまでなら大丈夫です。 かならず電流制限抵抗をつけて下さい。

mr_osamin さん

お久しぶりです。 現在の所、デジットさんのみのお取り扱いになっています。 よろしくお願いいたします。

2/5(日)、関西方面に遊びに行ったついでに、デジットにより基盤及びトランス購入してきました。
基盤は、そこそこ在庫あるようでした。

直ぐに補充いただきありがとうございました。通販で購入し届きました。週末に秋葉原で部品を購入して、製作に入りたいと思います。迅速なご対応ありがとうございました。

AC電源投入時に、555で2SC2240のベースをしばらく引っ張っておけばラスパイ起動しました。

しげる さん

ありがとうございます。 デジットは掘り出し物っぽい商品も沢山おいているので、実際にお店に行けるのであれば行ったほうがいいですね。 
秋葉原のショップとは一味違って、面白い発見が沢山ありますね。

qua さん

ありがとうございます。 部品自体は秋月と千石で揃います。 本当はデジットで全て揃うのが理想なのですが。。。 私の修行が足りませんでした。

RAS001 さん

なるほど。 良い改造例と思います。 ただ、あまり長い時間C2240のベースをGNDに落としておくと可変抵抗の摺動部に負担がかかるので、VR1横のパターンに抵抗を実装して電流を逃がすと良いかもしれません。

たかじんさん

ありがとうございます
現在555時定数100kΩと1uFで2SC1815を介して100Ωで2SC2240のベースを引っ張っております
SabreBerry32の低域とストリングスに惚れ惚れしております
基板頒布有り難う御座いました。


RAS001 さん

なるほど。 私のところでは、Dc-Arrow2枚、Pi2B、Pi1B+、Pi3(RS/element14) との組み合わせで、どれも問題なく起動できるのですが、コンデンサの容量を大きくしたり、別のトランスを使ったりした場合などには有効な手段ですね。

たかじんさん

こんばんは
コンデンサー電源コンデンサーの情報ですが、手持ちストックを使った関係で22000uFでした。
開示 送れてすみませんでした。

RAS001 さん

そうでしたか。 どおりで。 22000uFとはかなりスゴイですね。 パワーアンプでもそこまでの容量は積まないですよ。

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