バッテリードライブ式バランス型DCパワーアンプの製作

*** 2016年2月24日 このアンプ用にAC電源動作の安定化電源装置を製作した記事を追補しました ***

この5月と9月に、バッテリードライブ式バランス型DC_miniアンプを作ったが、これを2Wayの低音側に使った場合、音量が足らないという相談を受けた。低音専用となると3W出力では足りないということのようです。

パワーを上げるには電池電圧を上げるのが解決策になるのですが、電池の端子数が増えるのと、熱対策(ヒートシンク容量増)、そして万が一の故障に備えた保護回路が必須になります。

10月末に受けた依頼だったのですが、諸々時間がかかってやっとのことで音出しができました。

【バッテリー数を4個に増量し充電中】
AMP_kane_DC_BAL3_6.jpg

7.2V 7200mAh のリチウムイオン電池を4個使います。充電後は8.5V程度になるので、アンプへの供給電圧は±17V程度になります。

【充電器も4個用に新作】
AMP_kane_DC_BAL3_5.jpg

充電回路は12V1AのDCアダプタ出力に直列5Ω5W抵抗を入れてバッテリーに接続します。5Ω抵抗の両端電圧をLED点灯に使います。充電が完了すればバッテリ内部の保護回路でOFFされます。
4個充電になるので冷却ファンも2個使いました。

【新作のバランス型アンプ用の保護回路】
AMP_kane_DC_BAL3_7.jpg

この回路は、右側がオペアンプによるスピーカー出力DC検出回路、中央がバッテリーチェック回路、左側がDC検出によってC_MOS_FETによる電源スイッチをOFFさせる回路です。
オリジナルは金田式アンプの保護回路ですが、バランス型アンプに対応したオペアンプ回路の追加、オリジナルの NAND GATE、TC4011BPの耐圧が18V(絶対耐圧は20V)なのでトランジスタに変更してあります。

実を言うとこの回路がFixするまで少々時間がかかりました。LTSpiceで動作確認して決めました。

AMP_kane_DC_BAL3_8.jpg

手配線基板では面倒なのでエッチングで基板を作りました。太く大電流が流れる部分には銅のより線を貼り付けてあります。

【アンプ回路】
AMP_kane_DC_BAL3_0.jpg

miniアンプと基本的には同じ回路です。

AMP_kane_DC_BAL3_1.jpg

1%歪率での最大出力は約14Vp-pですので、推定出力は約12Wになります。

14Vp-pもの出力電圧になると、バランス型からアンバランスに変換する計測用アンプが対応できなくなります。
すなわち私のところでは歪率が計測できません。

【アンプ内部】
AMP_kane_DC_BAL3_4.jpg  

配線したばかりのアンプ内部です。

アンプケースにはトランジスタからの放熱に対応できるように、左右両側に放熱フィンが付いた、タカチ・HY型を用いました。
中央に保護回路、左右にアンプ基板、そこから放熱壁に付けたトランジスタに配線します。

------------------ AC電源駆動 安定化電圧電源装置の製作 --------------------

このハイパワーアンプは2Wayの低音域駆動用に使用しているとのこと。
リチウムイオン電池のライフが問題なのか判っていないのですが、AC電源駆動の電源装置のリクエストがあった。

【完成した電源内部】
DC_Power_1.jpg

タカチ・YM-350アルミケース(350x230x55mm)にぴったり収まってます。

左から、トロイダルトランス・AC100V,±15V,2A、両波整流シリコンダイオード、整流コンデンサ群 ±19,200μF、安定化電源回路 ±15.7V です。

やはりポイントになるのが安定化電源回路です。
【安定化電源回路図】 これは私が愛読しているメルマガの参考回路からいただきました。
DC_Power_8.jpg

例によって、LTSPiceを使って回路のチェックを行いました。素晴らしい安定度です。入力に±1V程度の変動を入れてみても、出力電圧はびくとも動きませんでした。

【安定化電源回路の外観】
DC_Power_4.jpg

LEDの発色がなんとも言えません。

DC_Power_5.jpg

安定化電源のキーとなるのが、プラス側マイナス側に設けた4個ずつのZenerダイオードです。±15Vが目標電圧なので、公称電圧5.1V品を3個づつ用意したのですが、規定電圧に届かず4個で15.7Vになりました。

【出力電圧のノイズ特性】
DC_Power_9.jpg

アンプが手元にないので無負荷状態でのノイズレベルです。平均で-100dBV程度、最悪-70dBV程度ですので十分でしょう。

本日お嫁に行きました。気立てが良いかどうかは後日の評価を待ちましょう。


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