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2019年5月 5日 (日)

TI社の300W級 DクラスアンプICを使ったアンプが完成!?

一体型のD級パワーアンプを実験してました。

先日のトロイダルトランスを乗せたアンプです。

Ttrams03

< BLOCK社のトロイダルトランスを搭載した実験アンプ >

 

TIのTPA3255をモノラルモード(パラレルBTLモード)で使用したアンプです。全く同一の基板を2枚使ったツインモノラル構成になります。

トランスの2次側巻線を、2枚のアンプ基板へ振り分けて左右の干渉を防ぐことにしました。整流回路をアンプ基板に搭載したので配線がとても簡単です。

Damp10

< トランスの配線の接続はこんなかんじ >

この構成のメリットはGNDを左右で分離できるところです。電源とGNDを含めて左右間の干渉を少なくすることでセパレーション向上、正確な空間表現を期待しています。

 

D級アンプは高効率で、これほど大きなヒートシンクにつけるほどの発熱はありません。ですが、回路内に必要な電圧レギュレータをリニア回路にて作っているので、それを放熱する必要がありました。おそらくレギュレータ部だけで片側4Wくらい消費しています。

Ttrams02

< モノラルアンプ基板を両サイドのヒートシンクに取付け >

D級アンプというと、小型が売りで「ラズパイの上に乗ってしまいそう」なイメージがある人も多いかもしれませんが、私が作るとこんなに大きくなってしまいます。(下のTIのボードよりは小さい)

音質的に評価の高いTIのリファレンスボード。

Ttrams04

<CDケースの1.5倍のサイズのTPA3255EVM Evaluation Board

トランスから整流した電源につなげると、評判どおり、なかなか良い音が聞けます。それを改造して、もう少し伸びしろがあるところまでは確認してから基板を設計しました。

このICは、歪率が8Ω10W時0.002%と小さいですし出力パワーも大きい。
データシート上のスペック(VCC=53V)では10%THDで4Ω時に315W+315W。

モノラルモードでは2Ω時に600Wに達します。

 

アホか! というくらいの出力ですね。

そこまでの大出力を目指す訳ではないのですが、出力の電流値がなんと1chあたりmax 17Aも取りだせます。モノラルモードでは2パラですので実質34Aになります。LAPT 2SC2837/2SA1186でも10Aですからね。

経験上、電源や出力段に余裕があるというのは音質的に優れることが多いと思います。

数あるICの中から選択する条件として2Ω負荷に対応できる点も必須です。個人的にパワーアンプは2Ω負荷を許容できるくらいの駆動力がないと、しっかりした低音を支えられないのではないかと思っています。(あくまでも低音マニアの個人的意見です)

Damp11

こちらはデータシートからの抜粋ですが、歪率カーブも素直でヘンなうねりが無いという部分も安心感がありますね。

 

ということで

BLOCK社のトロイダルトランスを使ったとき、整流後の電源電圧は約37Vになりました。
推測ですが出力パワーは1%THD時に、

 8Ω:77W+77W
 4Ω:137W+137W
 2Ω:241W+241W

くらいになるかと思います。そのうち実測する予定です。

このくらいのパワーがあれば、OSCの広い部屋でも十分な音量でデモができると思います。

次回のOSC東京が待ち遠しいです。

 

Damp01

こんな基板が裏側(ヒートシンクに接する側)に仕込んであって表面実装部品は実装済みです。ただし、ICが1200円x2個で実装費もそれなりにかかるため、この基板だけで割と高くなってしまいます(試作時は5枚で480ドル+関税1800円)

 

Damp02

< 日本で作るとメタルマスク1枚で2万円を超えるけど >

 

ちなみに、このアンプ基板を頒布したら欲しいという方いらっしゃいますでしょうか?

今回作った基板は、改造につぐ改造で切った貼ったが激しいので、改版したものを作るかどうか迷ってます。

業者での実装をやめて、基板+アンプICのセットにすると安くできるかもしれません。

 

 

 

音質的な感想は

ここのブログを良く読まれている方は薄々気がついているとは思いますが、私は「俗に言うD級アンプの音」があまり好きではありません。たとえば「すっきりしてみずみずしい」「解像度が高い」「高域が爽やか(鮮やか)」「低音がパワフル」などなど、聴いていると疲れてしまいます。

D級くさい音のクセをまったく意識しない音調にチューニングできるかが鍵となりました。

音量を上げたJ-ROCKでも聞き疲れせずに楽しく聞ける。
A級、AB級、PWM、ΔΣ なんてことを意識しないで、ただただ音楽を、演奏を楽しみたい。

そんな妄想のもと、空いた時間にテキトウにいじってきました。2月末のOSC東京に間に合わなかったので、もう、時間的な制約がまったくない。

 

というわけで感想としては、

音量を上げてもうるさくならず、長時間聴いていても疲れない。それでいて音楽に引き込む力がある普通のアンプになったと思います。TIのアンプICは懐が深く優秀ですね。

 

電源をトランス巻線から左右独立させたため、奥行と左右の広がり感がありつつも定位がしっかりしている雰囲気はあります。それと、低域の量感・厚みがありベースやドラムもしっかり表現できています。ただ、ALX-03と比べると残響感がややタイトな気がします。

残響感は位相補償のコンデンサの容量や種類でわりと大きく変化するので、もう少し改善の余地はあるかもしれません。

最近、10pF~47pFあたりのポリフェニレン サルファイド フィルムコンデンサが入手できるようになってきたので検討を続けたいと思います。

 

 

 

 

 

 

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パワーアンプ」カテゴリの記事

コメント

う~ん、ハイパワーですね!

食指が動きますね!!

う~ん。。。

bunta さん

6畳や8畳くらいの普通の部屋で鳴らすには10~20Wくらいあればほとんどの人は足りると思うのです。

しかし、12畳を超える広さで防音設備がちゃんとしていて、かつ、能率が低めなスピーカーを使っていると、50Wは最低ライン、大音量がほしければ100Wでも足りないという状況がありえます。

パワーが大きければ音が良いということではないのですが、どうしてもパワーが欲しいというケースがあるので、ハイパワーなアンプもあっても良いかなと思いますね。

初のD級ですね!低発熱の夏用アンプとして興味があります。
私の用途では大パワーは必要ないのですが、このアンプのゲインはいくつでしょうか?

たかじんさんの「音の癖をまったく意識しない音調…」 ってどんなところを狙っているのか、是非とも聞いてみたいです。
今使っているメインのアンプは、まさにD級(Hypex NC400+α)です。

実験機はPBTLモード(Mode Pins=10)とのことですが、他にサポート予定のモードはありますか?
BTLモードに対応するか興味があります。

ヨシダさん

ゲインは27.5dBです。前段の定数変更で多少変えることも出来ます。


いちあい さん

Hypex は良いモジュールを作っていますね。
TPA3255はそこまでのパワーは出ません。電源電圧を上げても8Ω100Wくらいまでです。

裏に入れた基板(PA-ENGINE)はステレオモード(BTLモード)で使う事も可能です。大きな部品を乗せる基板の方は部品が大きく、2ch分入らなかったのでモノラルにしました。

このケースに入れることを前提にしていたからです。基板サイズの制約がなければBTLモード(2ch)で使用できる基板も作れるかと思います。

返信ありがとうございました。
NC400は64V(typ)で駆動するので、専用電源(SMPS600)を使っています。
クラスDで、ちゃんとパワーをだそうとすると電源もそれなりに大変な様子で、その辺りをどんなバランスで仕上げたのか興味津々です。

BTL/PBTLの件、了解しました。
必要な電源容量を考えると、実験機の構成は理にかなっているように思えます。
TSSOP 0.65mmピッチなら、なんとか手半田でも対応できそうです(笑)。

2オームって? と思ったら車載用のウーファーにはあるんですね。
ホーム用だとなんでしょう、ダブルウーファーとか?

いちあいさん

NCOREは、LCフィルタのあとからフィードバックをかけているそうで、D級アンプでは例外的にダンピングファクタも大きく、本当の意味でしっかりとした駆動ができていそうですね。

電源に関してはD級もAB級もかわらず大切なんだと思います。A級になると常時全力で電流を消費していますしね。アンプ部で消費している電流の一部をスピーカー出力として漏らしているくらいなイメージです。

SOP部品のハンダ付けは、放熱器につけることもあって、実装が傾くとまずいです。ちょっと上級者向きかもしれません。

天 麩羅夫さん

公称で4Ωのスピーカーは、低域のインピーダンスが3Ω程度まで下がるというのがたまにあります。

アンプ側からすると、2Ω駆動を保証するというと1Ωくらいまで問題なく(故障することなく)駆動できることが最低限必要になります。

簡単に言って何が違うのか?というと、アンプが出力できる電流の限界値です。


それだけ大きな電流を流しても壊れないという部分。余裕度が大きいともいえます。

例えが良くないかもしれませんが、高速道路を120キロで走るとき、軽自動車のエンジンでもどうにか走れますが、2000cc、3000ccならもっと余裕の状態で走れる。みたいな感じですかね。

2Ωのスピーカーが沢山あるから2Ω対応が必須というのではなく、余裕度が欲しいから。というのが理由です。

たかじんさん
回答ありがとうございました。
現在ALX03と一緒にマルチで使っている自作アンプ(Firstwatt F4 クローン、ゲインはゼロ!)が180wも発熱して夏には厳しいので、低発熱なD級は魅力的です。
定数変更についてはまた質問させて頂くかもしれません、よろしくお願いいたします。

ヨシダさん

180Wとはすごい。 ほとんどヒーターですね。
リニア・レギュレータを使っているといっても、アンプ部はD級なので電力はずっと小さいと思います。

ああ、そうですね、4Ωものだとそこまで下がるのか。
8Ωものしか持ってないので気が回りませんでした(笑)

天 麩羅夫さん

8オームなら、全然問題ありません。むしろ高域にピークが出るので高域補正が必要になってくるかも。そのあたりはD級の宿命のようなものです。

能率の低い現代の小型スピーカーは、大パワーなアンプが必要になってきて、うまく鳴らすのが難しいですね。

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