まとめ２
今回の設計と製作についてまとめを行います。
ねらい
今回のスイッチング電源を採用したパワーアンプ製作のねらいは以下のとおりです。
１）全波整流＋コンデンサインプット電源をドライバ段以降に採用したアンプと比較
上述の電源は基本波100Hzのリップルが発生しますが、その音質への影響を確認します。
上の写真はNS-1000Mマルチアンプシステムのウーファー駆動用パワーアンプの全波整流コンデンサインプット電源のリップル波形の観測結果です。スイッチング電源の採用により、このリップルを改善させます。
２）大容量電源トランス有無の影響
ハムの大きな要因は電源トランスとの知見から大容量電源トランスを搭載しないスイッチング電源を採用します。
上の写真がNS-1000Mマルチアンプシステムのツィーター駆動用パワーアンプの出力ノイズスペクトラムで、下がウーハー駆動用パワーアンプの出力ノイズスペクトラムです。ウーハー用アンプの方が大容量電源トランスを採用していますが、別筐体の為、結果は良好です。
３）純粋にスイッチング電源を採用してみたかった
過去にスイッチング電源を採用したパワーアンプがいくつも製品化されましたが、HiFi用途のアンプには定着していません。その理由を自分なりに確認してみます。
スイッチング電源選定
格安の中国製スイッチング電源を購入して日本製電源と比較評価をした結果、大きな性能差を確認した為、TDKラムダ製RWS50B-12を採用しました。
値段の誘惑により、こんなに沢山の電源を購入してしまいました。写真手前がTDKラムダRWS50B-12です。
写真は3A強の負荷電流を流した時の出力ノイズ波形です。上が格安中国製電源で下がTDKラムダ製電源です。オシロスコープのレンジが異なりますが、約10倍のレベル差を確認しました。
パワーアンプ回路図
マルチアンプシステムウーファー駆動用アンプの回路図をベースとしています。検討の結果、最終の回路図は以下のとおりです。
２段目の４個直列のダイオードは、差動トランジスタの印加電圧を合わせる為に挿入しています。ベースとしたアンプよりも終段の電源電圧が上がった為、発熱が心配でしたが、大型ケースのヒートシンクにより問題にはなりませんでした。２段目の位相補償用コンデンサはまだまだ攻められそうでしたが、15pFとしています。このアンプですが、発振対策に時間がかかりました。要因は下記の２点が上げられます。
１）電源のスイッチングノイズ帯域とアンプの発振帯域がかさなりスイッチングノイズの影響で発振しました。写真は電源のスイッチングノイズとアンプの発振波形です。
電源スイッチングノイズの基本周波数は約100KHzですが、スイッチング時の波形が数MHzとなっています。一方、アンプの発振周波数は約9MHzと被っています。対策としては、アンプに同相ノイズの進入を防ぐ為に、信号ラインにフェライトコアを追加しました。
アマゾンで購入した安物でもそれなりに効果がありました。さらに電源ラインの引き回しをスイッチング電源から距離をとるようにしました。
２）出力部負荷の影響を受けて発振した。先人のリファレンス回路には必ず入っていた、出力部の位相補償回路を初めて採用しました。効果は覿面で改善しました。
対策前は寄生ノイズの見られる発振波形を確認できます。これはトランジスタスイッチング時に発生しやすいもので、たまたま終段のバイアス回路に不良が起こっていてB級動作をしていた事で発覚しました。対策できたので不幸中の幸いだとおもいます。次回は電源回路からまとめの続きを行います。
つづく（まとめ３）
