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2016年2月13日 (土)

パワーアンプ用のトランス電源について

リクエストがございましたので、パワーアンプ用の電源トランスについて少し書こうと思います。 

 

AC 100Vのコンセント電源に接続するため、感電など十分に注意して下さい。 

電子工作の安全面に関して(1)と、電子工作の安全面に関して(2)を一読してもらえると良いと思います。 

 

Trans_1 

こちらが、+-独立整流タイプの電源トランスと整流回路です。 平滑コンデンサはPRT-01基板に搭載されているので、外付け回路はこれだけですみます。 2次側電流は3Aあれば2ch分として十分です。 電源部とアンプを別筐体にするときは、電源側にも平滑コンデンサを4700uF~8200uFくらい入れておいて下さい。 脈流部分を配線で引き延ばすのは、あまり良くありません。 

 

実は、このタイプの電源トランスは、なかなか売っていません。 

豊澄電源さんだとHTR-123 あたりが適合します。 

 

 

次に、RSコンポーネンツで売っている海外メーカーのトロイダルトランスです。 

Trans_2  

この手のトランスは、1次側が「230V」と「115V」を切換えられるように2回路になっています。 正しい使い方が分からない人が多いと思います。 使い方を間違うと事故が起きるので注意して下さい。 

一次側の2つの巻き線を直列に接続すると230V入力になります。 上図のように2並列にすると115V入力として使えます。 が、並列接続の端子を逆接続すると、1次側に大電流が流れるので危険です。 極性に気をつけてください。 そして必ずヒューズを入れてください。 

115Vの巻き線に100Vを入れるので、2次側の出力電圧も13%程度低くなります。 つまり、AC15V仕様のものがAC13Vくらいになります。 

トロイダルトランスは、突入電流が大きいため、ヒューズの電流の選定が難しいです。 1次側定格電流値の2倍程度を入れておいて、もし電源のON/OFFで切れてしまうなら、少し大きな電流のものに交換してみる。 というのが良いと思います。 

 

 

センタータップ式のトランスも使用できます。

Trans_3 

回路はこのようになります。 PRT-01基板への接続は、このGND線をJ5の2pin、3pinどちらか一方に接続すればOKです。 ちょっと気持ち悪く感じるかもしれませんが、基板上で2pinと3pinは繋がっています。 (基板パターンをみると納得できると思います)

 

 

 

■電源トランスの2次側の電圧の表記 

トランスの仕様をみると、出力電圧(2次側電圧)は、12V  3A などと書いてあります。 

大雑把にいうと、3A流したときに、12Vの電圧が出る。 という意味です。 

 

 大切なことは、3Aも流していないとき、12Vより電圧が高いということです。

 

トランスの種類によりますが、無負荷(何も電流を流していない)ときは、10~15%くらい高くなると考えて良いと思います。 (小さいコアで無理しているトランスは20%以上になることもある) 

12V なら、12 x 1.1 = 13.2V   これを整流すると18VくらいのDC電圧になります。 

 

ついで言うと、3A以上流せないのか? というとそんなことはありません。 2次側電圧が12Vよりも下がるだけです。  短時間なら2倍くらい流しても巻き線は、まず切れません。 (うなりが盛大に出たりはする) 

3Aという定格は、その電流を流し続けて温度が飽和したときに、絶縁種別でA種(105℃)、E種(120℃)、B種(130℃)などの温度に入っているということを示しています。 (括弧は絶縁物の温度上限) 

 

 

 

 

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パワーアンプ」カテゴリの記事

コメント

解説ありがとうございます。助かります。

この手の情報は、ある程度わかっていると思いつつも重要なことですので事故が起きないように確認しておきたいものですね。

自分はいつも倍の電圧まで耐えられるコンデンサを使っていますが、無負荷だとそれでもギリギリなんですね。

mr_osamin さん

その通りと思います。 

若輩者さん

コンデンサの耐圧は、重要ですね。 トランスの場合、さらに110V程度の電圧が入力されることを考慮しておいた方が安全です。 コンセントの電圧は常に100Vとは限りません。 メーカーの温度上昇試験は+10%で行ないますよね。 

トランスの使用方法を説明頂きありがとうございました。

二次出力側に0-12V を2系統持つトランスであれば、たかじんさんがここの最初で説明されている回路に接続すればよいことは理解できました。実際、VFA-01にはHTR-123を使用して接続しています。
ただ、理論的には最後に説明されているセンタータップ電源回路図にも接続することが出来る様に思いますが、如何でしょうか?ネットで調べてもよくわかりませんでした。

今手元にある別のAC12V-GND-AC12Vと書かれた3つの電源入力端子と入力端子以降に整流回路を持つ基板には、センタータップトランス電源しか使用きないのか疑問に思いましたので質問させて頂きました。

とんちんかんさん

センタータップ式が使えるのは記事に書いてあるとおりです。 もっとも一般的で、ローコストな方法です。 

少し高級なオーディオでは、+-独立整流が多いです。 (ブリッジ整流が2系統あるもの)

どちらでも、好みの方をお使い下さい。

たかじんさん

ご返答頂きありがとうございました。お手数をお掛けしました。実際に、自分であれこれやってみればわかることでしょうが、今度注意しながら実行してみます。

とんちんかんさん

トランスの2次側だけみると2種類しかないので、どちらを使うかというだけと思います。 

整流のためにわざわざ別基板を使うより、
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-09092/
このようなタイプのブリッジダイオードを使って、アンプの放熱器に一緒に固定すると場所をとらなくて済みます。 整流コンデンサはPRT-01基板に乗っているコンデンサで十分です。 

VFA-01, PRT-01を製作しています。整流後の電圧が25Vを超えてしまい部品を交換してトランスはそのまま使用たいと考えています。
PRT-01は過去の投稿から探し出せたのですが、VFA-01は見つかりませんでした、VFA-01の変更すべき部品を教えていただけないでしょうか?
またPrt-01のC1,2はどの容量は多いほうがよいのでしょうか?例えば15000ufなどを使用した場合など。

PRT-01:
R6 56K-68K
R8 150K-220K
R11 15K-22K
C1-2, 35v

VFA-01

amipan さん

VFA-01の方は、わりと電圧フリーな回路構成です。
抵抗値を調整したほうが良いところは、

R8 のみ。

ここに2~4mAくらい流れるような抵抗値に設定してください。

R20、R21は 5W品を使用してください。

その他、電解コンデンサは使用する電圧に合わせて耐圧を上げてください。C30、C31の容量は100uF程度あれば大丈夫です。

PRT-01のC1、C2は、70W+70Wまでのアンプなら3300uFあれば十分です。

あとは好みですね。個人的には容量よりも品種の方が音質に影響がでるように感じます。 ハイスピードな充放電が可能なオーディオ用電解コンデンサは、外形サイズの割に、容量が少なめということが多いですが、心配しなくても大丈夫です。

たかじんさん、おはようございます。

VFA-01とPRT-01で2台目にとりかかろうとしています。

トランスはトロイダルトランスです。

質問です。70Wまではならコンデンサは3300ufで十分との事ですが、
手持ちで22000ufがあります。ラッシュカレント防止回路をとおすべきでしょうか?±で44000uFで気持ちが良くないです。逆に何uFまでならラッシュカレント防止回路はふようでしょうか?

お忙しいところよろしくお願いいたします。

tomo さん

最近まで、同じ問題で悩んだ n'Guin といいます。

ラッシュカレントは、コンデンサの容量ではなく、トランスの巻き線の抵抗で決定されるとのことです。 コンデンサの等価直列抵抗は小さいためです。詳しくは、http://www.easyaudiokit.com/bekkan/NewAmp/NewAmp.html をごらんください。 

tomo さんが用いるトランスがどんなものでしょうか。 それによって、答えが変わってくると思います。

私の場合、Block トロイダルトランス, 1次:115 Vac, 2次:2 x 12V ac, 電力:300VA という大きな容量のトランス(電流が 定格 12.5A!)を使ったため、ラッシュカレント防止をいれることにしました。 トランスの巻き線の抵抗は低すぎて、測定不能でした。

以上、参考になれば幸いです。

tomo さん
n'Guin さん

インラッシュ電流を何のために気にするのか? という根本的なところからお話した方が良いかもしれません。

お気楽さんのところでは整流ダイオードが過電流になるのを防ぐために検証されています。 ですが、2次側に抵抗とリレーを入れてスロースタートする回路は、世の中ではほぼ使われません。

理由はいくつか考えられるのですが、それはおいておいて、

インラッシュ電流が厄介になるなのは、1次側に入れたヒューズが適切に働くかどうか、です。

インラッシュ電流では切れず、通常動作よりも大きな異常電流が流れたときに切れる適切なヒューズを選択しなければいけません。

トロイダルやRコアトランスの場合、EIコアに比べてインラッシュが大きくなります。安易にヒューズ容量を大きくすると、何か回路に問題が起きたときに保護できなくなります。

そこで登場するのがヒューズに直列にいれるスロースタート回路です。 抵抗とリレーを使うのは、お気楽さんのところで紹介されているのと同じです。1次側は電流値は小さく済みます。(2次側が1次側よりも電圧が低い回路の場合)

整流後のコンデンサの容量は、大きければ大きいほど整流ダイオードへの負担が増えますが、これはインラッシュ電流に耐えるダイオードを選択するのが適切です。 また1次側にスロースタートを入れると2次側にも影響があるため2次側のインラッシュ電流も下がります。

±電源をもつ回路で2次側に入れるスロースタート回路は2系統必要、かつ、大電流が流れるのでリレーの接点も傷みやすくなります。 それに対して1次側なら1系統のみでOK、かつ、2次側よりも電流は小さくなります。また、 万一、スロースタート回路が壊れたとき、ヒューズが切れるかONしないかのどちらかに落ち着きます。2次側スロースタート回路が壊れた場合は±電源のバランスが崩れ、最悪アンプ回路を壊してしまいます。

以上が一般的なインラッシュ電流対策の意味とスロースタート回路の位置です。(もちろん様々な理由により例外はあると思います)


tomo さんのご質問の整流コンデンサ容量がいくつまでならスロースタート回路を入れずに済むのか、という件は、 n'Guinさんの仰る通り、トランスの選択に依存します。

トランス自体が大電流を流せない場合、そこで電圧低下して整流ダイオードへの負担が低減されます。(最悪の場合トランスの巻線がきれる)
大きなトランス。しかもトロイダルコアの場合は、インラッシュ電流でヒューズが切れるのでスロースタート回路を入れた方が良いと思います。
そのうえで2次側インラッシュ電流に耐える整流ダイオードを選択してください。

ヒューズの選択の目安

EIコアなら、トランス定格の2倍。
トロイダル、Rコアなら、トランス定格の3~4倍くらいが限度と思います。

例えば、300VAなら、100Vの1次側は3Aが定格。 ヒューズはEIコアなら6A、トロイダルなら10A~15A程度。

それでヒューズが電源ONで切れるときは、スロースタート回路を1次側に入れてください。
スロースタート回路のリレーは、ヒューズの2倍以上に耐える電流値のモノが長持ちします。 上記300VAトランスなら20A品のリレーを使うと良いと思います。ついでに接点間にスパークキラーも入れた方が良いですね。

ちなみに、一般の整流ダイオードは、定格の10倍くらいまでのインラッシュに耐えるものが多いです。

ところが、SiCダイオードは定格の3倍とか5倍程度と耐インラッシュが低いので、お気を付けください。

n'Guin 様

凄い方よりのメールで喜んでいます。オーディオ歴も長そうですし
私なんかそばに寄れません。

トランスの抵抗を測ってみました。0.3Ω程度でしょうか。中華のテスターだから
絶対値は信用できません。アンプのように相対値でいい場合が多いものは
これでいいのですけどね。

トランスはBlock トロイダルトランス,1次:115 V ac, 230 V ac,2次:2 x 18V ac,電力:100VA ですけど、電流が少なかったと思っています。私は1Wのぺるけ氏のアンプで音量が十分なのでいいかと思ったのですが、やはり小さい・・・

テスターを信じればそこそこのサージ電流で収まり突入電流阻止回路は不要にも思います。コンデンサは余り影響なければもっと増やしてもいいですかね?あまり増やしても意味がないような気もしますね。

また作成段階では無いので1日悩んでみます。

ありがとうございました。

たかじん様、お返事ありがとうございます。

難しいですねぇ。あまり深く考えたことが無いので当然ですが・・・

ところで、PRT-01部品表にある4700uFであれば、100VAトロイダルを接続くしても
異常はおこらないですか?今はEIコアの大きなのは無くなり、トロイダルばかりで
使わざるを得ないですが、その点も考慮されているのでしょうか?

何度もお聞きしてすみません。

よろしくお願いいたします。

たかじんさん

1次側に抵抗とリレーをいれるとのこと、ご教示ありがとうございました。
有名な方の作例があると、それでよいと思考停止状態に陥っていたようです。

たかじんさんから、ご説明いただいて、なるほどと思います。
一次側でラッシュカレント対策をとるように、回路を検討したいと思います。

追伸: 現在、お気楽さんと同じパターンの対策ですが、ヒューズは5Aで安定して動作しております。

いつも本当にありがとうございます。


tomo 様

どうも余計なことを書き込んでしまったようで、申し訳ありません。
たかじんさんからのご教示、いつも大変ありがたいです。 

tomo 様のアンプが、無事に完成することを祈ってます。

tomo さん

難しく考えなくても良いですよ。 

インラッシ対策は何のために入れている? という1点のみが重要です。


100VAトロイダルの場合、3A~4Aのヒューズを入れて、電源ON/OFFを繰り返してヒューズが切れなければOKです。

ただし、整流ダイオードの定格に注意してください。
ピーク電流100Aくらいのものなら大丈夫だと思います。例えば、下記はピーク電流150Aです。
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-12794/

n'Guinさん

トロイダルのいやらしい所は、2次側OPENでもインラッシュ電流が大きいところですね。
特に温度が下がっている冬場は銅損が減ってインラッシュが大きくなる傾向があります。

トランス自体のインラッシュについて書いた記事がありました。
https://nw-electric.way-nifty.com/blog/2013/03/post-6586.html

tomo さん

書き忘れていました。 整流回路のコンデンサの容量は大きければ大きいほど良いという風習(?)が巷ではあるようですが、アンプ回路の構成に依存します。

PSRR(パワーサプライリジェクションレシオ)、電源電圧除去比がよろしくないアンプでは電源リップルが出力に漏れ出てしまうことでS/Nがとれません。

一般的な差動アンプで十分なNFBが掛かっているアンプだと、80dBくらいのPSRRがあるため、電源リップルを取り除くための整流コンデンサは、さほど大きくなくて十分です。

リップルが漏れ出てしまうアンプ回路の場合、回路を見直す方が良いかもしれません。

また、容量の数値よりも低ESR、高速な充放電ができるコンデンサの方が良い結果に結びつくことが多いと思います。 多くのオーディオ用コンデンサは、外形サイズの割りに容量が小さいのはそのためです。(内部のアルミ箔は厚いものが使われています。)


自作は自由な世界ですので、それらを理解した上で超大容量のコンデンサを使うというのは、「アリ」だと思います。 最近だとスーパーCAP を使う例があったりしますね。

たかじんさん、何度もありがとうございます。

要点だけ。

今、50V4700uF,50V3300uF,25V25000uFが手持ちにあります。
気分は言われるように大容量を使いたいですが、ラッシュが
いやです。どれがいいでしょうか?トランスは先ほど説明した分です。
ちょっと迷ってしまいました。

よろしくお願いいたします。

すみません。
コンデンサは秋月のオーディオ用です。

tomo さん

このトランスであれば、どれでも良いと思いますよ。

また、上にも書きましたが、ダイオードの許容ピーク電流にお気を付けください。

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