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。　

　

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。　

　　

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いて、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。

　　　　＜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。　

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。　

　

　　　　＜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。フィ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、1～2メートルの一般的な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、芯線の細い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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