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2019年10月16日 (水)

HYPER PULSE CONVERTER

300W級のDクラスアンプICを使ったD級パワーアンプ
 HYPER PULSE CONVERTER 
パラレルBTLモード(モノラルモード)による出力電流の余裕度増加、チャンネルセパレーション向上を目指しました。

Ttrams03
 < タカチHIT23-7-18SSに組み込んだ製作例 >

 

「HYPER PULSE CONVERTER」セット内容

Hpc01b1

 〇 HPC-01:2枚(生基板/別途部品が必要)
 〇 PA-ENGINE:2枚綴りが1枚(実装済み)
 〇 出力コイル 4個

TSSOP-ICが載っているPA-ENGINE基板は実装済みです。 メイン基板 HPC-01の部品の殆どは秋月電子、千石電商で揃います。入手しにくい出力コイルはセットに付録。Φ25~35mm自立型ブロックコンデンサ(4700uF以上)のみどこかで確保してください。

 

 

特徴

◇ 最も低歪なアナログ入力D級パワーアンプICであるTPA3255を使用

◇ TPA3255をパラレルBTLモード(モノラルモード)で使用

◇ ツインモノラル構成でチャンネルセパレーション向上

◇ 基板上に整流回路を搭載

◇ 電源トランスの2次側巻線をダイレクトに接続可能

◇ 低域BOOST回路を搭載(ミニスピーカー用/ON-OFFスイッチ付き)

◇ 前段オペアンプは交換可能

◇ ポップノイズ低減回路(電源ONディレイ搭載)

◇ LEDインジケーター搭載(CLIP、FALT、P-ON)

◇ 省配線

 

スペック

◇ スイッチング周波数:600kHz

◇ 最大出力:Block社 RKD 250/2x30トランス使用時
 8Ω  60W(1kHz、THD1%)
 4Ω 100W(1kHz、THD1%)
 2Ω 155W(1kHz、THD1%)
 ※2Ω負荷を常用するときは出力コイルCDEP147NP-4R7MC-73を推奨

◇ 残留ノイズ:180uV(A-wait)※電源トランスから離すともう少し下がります。

◇ ダンピングファクタ:160(1kHz)

◇ THD+N:0.008%(1W時、AUX-0025クローン)

Hpc01thd8ohm

◇ 周波数特性

8hom_freq
   < 8Ω負荷時の周波数特性 >

4hom_freq
   < 4Ω負荷時の周波数特性 >

可聴帯域(~20kHz)は、どうにかフラットになっています。

※) 600kHzのピークはスイッチング漏れです。このアンプでは約350mVほど漏れています。D級アンプは300kHz~600kHzの漏れは避けて通れません。

 

 

回路図・部品表・外形図

Hpc01_gaikei

hpc-01外形図.pdf

hpc-01回路図.pdf

pa-engine回路図.pdf

hpc01_部品表.pdf

 

 

推奨トランス

160VA~250VAクラスの2次側2回路のトランス。

 プライマリ:100Vなら、セカンダリ:20~25Vx2回路

 プライマリ:115Vなら、セカンダリ:25~30Vx2回路

RSコンポーネンツで売っているBLOCK社、Nuvotem Talema社がお薦め。RS PRO社はなぜか音がさえません。Rコアトランス、EIコアトランス等でも同様の仕様であれば使用できます。セカンダリが1回路ならトランスを2個使ってL/R独立トランスにします。


Damp10

  < トランスの配線の接続はこんな感じ >

必ずヒューズを入れてください。

1次側2回路の場合は、並列にする極性に注意!
間違うと一瞬でヒューズが切れます。

ヒューズは160VAトロイダルなら3.5A~5A。250VAトロイダルなら5A~7.5A。

 

また、26~35V/3AクラスのDC電源を使用しても大丈夫です。安全のため過電流保護を必ず入れてください。

 

 

2つの基板の組み付け手順

放熱が必要な部品は「PA-ENGINE(基板)」「U2(TO-220)」「Q4(TO-220)」の3点です。ヒートシンクやケース底面などに接触させて熱を逃します。

組み立ての順番を間違えると部品がヒートシンクに接触しなくなりますので、ご注意ください。

 

1.HPC-01基板を四隅で固定する支柱は10mmのオスーメスを使います。

  M3-10-4(秋月電子)

2.HPC-01基板の半田付け前に、取り付け穴を準備しておきます。

Hpc_a1
合計8箇所あります。

2.5mm下穴、M3タップ切り。基板を置いてマッキーで印をつけるとよいです。大きな穴が空いたところはドライバを挿すところです。センターにM3用穴をあけます。HPC-01に部品を実装してしまった場合は、上の外形図の寸法を見てください。

 

3.PA-ENGINEにピンヘッダを半田付けします。

Hpc_a2
ピンの先が飛び出るとヒートシンクにショートするので0.5mm以下にします。ハンダが盛りあがるので、ピンはツライチくらいを目指しても良いです。

また、ピンが斜めに付くとHPC-01基板に刺さらなくなるのでまっすぐになるようにします。HPC-01基板に挿して矯正しながらハンダ付けするとうまくいきます。

Hpc_a3
最終的に絶縁放熱シートを敷くので少しは余裕がありますが、ピン・半田の飛び出し量は気を付けてください。

 

4.PA-ENGINE、U2、Q4をヒートシンクに仮固定します。

Hpca4
放熱グリスを塗っておきます。PA-ENGINE基板は上の写真のように絶縁シートを噛まして、基板が撓わまない程度に軽くビスを締めます。横から見て撓んでいるとビス締めすぎです。

四隅の10mm支柱も取り付けます。

U2、Q4の足を上側に曲げます。HPC-01基板の位置に合わせて曲げてください。

 

5.HPC-01基板の部品をハンダ付けします。

 背の低い部品からハンダ付けするのが基本です。具体的にはチップMOSFET、チップLED、RESET-IC、チップコンデンサなどを先に付けます。次に抵抗、コネクタ、電解コンデンサ、フィルムコンデンサという具合に進めていきます。

 

6.HPC-01基板と、ヒートシンクに仮固定したPA-ENGINE、U2、Q4とをドッキングします。

Hpc_a4
ピンがヒートシンクに触れていないか確認します。

Hpc_a8
こんな感じに傾いているのはNGです。わかりますよね。

 

また、HPC-01とPA-ENGINEのINPUT端子OUTPUT端子同士が一致するようにします。間違えると取り返しがつきません。

Hpc_a7
シルク文字が逆さまになっているので気を付けてください。

 

7.PA-ENGINE基板の部分を半田付け

Hpc_a5
ピンのはみだし量は僅かです。これを半田します。(実際にはHPC-01基板は実装済みです)

 

8. U2、Q4の部分を半田付け

Hpc_a6

U2、Q4を半田付けする前にビスをしっかり締めます。足が長いときは先に切っておくと半田付けしやすくなります。

PA-ENGINE基板のビスは締めすぎると基板が割れたり半田クラックするので締めすぎ注意。横から見て基板が撓わない程度で、かるーく締める。

※ PA-ENGINEとHPC-01との間のPINを抜き差し可能なソケットにする場合は、低背ソケットを使ってください。

 

RESET電圧調整

電源電圧に応じてミュート(Reset)してポップノイズを低減する機能を搭載しています。トランスのように電流を沢山流すと電圧が低下する特性を利用して過電流保護にも一役かっています。

Hpc_a9

VR1(Reset-V adj.)を反時計回りにゆっくり回していくとD7(LED)が点灯します。D7点灯はミュートを解除している状態です。

そこから時計回りにゆっくり回していくとD7が消灯します。ここがスレッショルド電圧です。

スレッショルド電圧が分かったら、そこからVR1を反時計回りに5~10度ほど回して完了です。

コンセントの電圧変動などで時折ミュートがかかるようでしたら、もう5~10度くらい反時計回りに回します。電源OFFしたときに左右同時に音が消えるように微調整すると気持ち良いです。

電源ON時に「ぽつ」っと軽くポップノイズが出るのは仕様です。完全なポップノイズゼロにはなりません。

 

 

低域BOOST機能について

HPC-01は低域BOOST回路を搭載しています。

 「C5」の容量でブースト周波数 
   0.33uF~0.47uFあたり 大きい方が周波数が低くなる

 「R7」の抵抗値でブースト量
   22kΩ~82kΩあたり 大きい方がブースト量が大きくなる

標準は8cmユニット+小さな箱で作った自作スピーカーが程よく聴けるブースト量にしました。

もう少し大きな箱の場合や大きなユニットを使っている場合は適時変更してみてください。

 

また、BOOST機能を使用しないで自然に低域を伸ばすときは「C1,C9,C13」のPMLCAPに並列に電解コンデンサ(耐圧25V以上)を入れてください。(容量を大きくすると電源ON時のポップノイズが大きくなります。)

22uF追加でも十分です。極性は下記のようにします。

Cap_plus

 

 

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