真空管アンプ用 昇圧型DC-DCコンバータモジュール基板改造

真空管アンプ用スイッチング電源

MODIFIED DC-DC STEP UP (Boost Converter) POWER SUPPLY for Tube Amp B+ 

12V to 180-250V Boost Converter for Tube Amp B+
12V to 180-250V Boost Converter for Tube Amp B+

6A/150W(100W)昇圧型DC-DCコンバータモジュール基板12~35Vを流用して真空管ミニアンプ用180~250V高圧DC-DCコンバータに改造します。

(150W (100W) DC-DC Boost Converter 10-32V to 12-35V Module)

 

変換効率は80%程となります。 

PWM Controller ICは UC3843AN 使用。

65mm×47mm×27mm(H) 放熱器含む

 

ヤフオク・AMAZON・eBayで購入可能

(2015.11)

 

 

製作例:6AW8A DC-DC ミニアンプ

 

 

回路図によれば Rt 15k  Ct 1nF なので100KHzでのスイッチングしているようです。

 

 

改造箇所

 分圧抵抗の変更

 FET/ダイオード/インダクタ/コンデンサー交換

 出力電圧検出ライン/ボリューム中点パターンカット

 LED削除

 

・PWM Controller IC UC3843AN 2番ピンが2.5V比較電圧となりますので、パターンカットして

 330K<>1Kボリューム<>3.3Kで分圧しますと180V~250Vの可変範囲となります。

 (330kで180~250V ・ 330Kパラで95~125V ・ 390Kで226~296V 

 の計算値となりますが実際に取れる電流値及び効率に付きましてはテストを行っていません)

・コンデンサ : スペース的に10~22μ

・FET : TK10A60D or IRF740 or 高耐圧・低RDS Nch MOS FET(手持ちの2SK3683使用)

・ダイオード : オーバースペックですが形状的にF12C40C(秋月)

  (1Aぐらいの高圧ファーストリカバリダイオードならOKです。)

  (1JU41(600V1Aファーストリカバリー)

・インダクタ : 220μH 1.3A LHL13NB221K (太陽誘電)(秋月)

 (オリジナルコアにポリウレタン線巻でも可能:48回巻きで200μH)

 

*200V前後の電圧では良好な結果が出ているが、それ以上の電圧では一考を要するようです。

 

*私の使用環境での障害は有りませんでしたが、分圧抵抗330Kはインダクタからのノイズを避けるためパターンの通り物理的距離を離すよう外周側に沿わせようにした方が良いので、ショートに注意して元の配線上に結線されて下さい。

 

*10K VR交換せずに1Kパラ付けで200~250Vの可変範囲となります。

 

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Partu List

 

  TK10A60D or 2SK3683 or IRF740 or N ch Power MOSFET

  High voltage Fast Recovery diode 1A or F12C40C(perfect fit(overspec))

  200μH (Original core 48T(Polyurethane 0.8~1mmΦ 1500mm)

  3.3k 1/8~1/4W

  330k 1/8~1/4W

  1k Potentiometer or original 10k pot parallel 1k (200-250V ADJ)

  10~22μF 400V

 

  *24V to200-250

    100μH (original core 32T(Polyurethane 0.8~1mmΦ 1000mm)

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昇圧型DC-DCコンバータモジュール真空管B電源改造 MODIFIED DC-DC STEP UP POWER SUPPLY for Tube Amp B+
昇圧型DC-DCコンバータモジュール真空管B電源改造 MODIFIED DC-DC STEP UP POWER SUPPLY for Tube Amp B+

 

ちょっと寂しい形になりますが、ダイオード側、放熱器は外されても問題なく動作します。



 LC発信器の発振周波数からインダクタンスを逆算してみました。

一般定格のコンデンサーを使用しましたので、確度は有りませんが目安にはなりそうです。(ルビコンフィルム0.1μF)

参考ページhttp://ednjapan.com/edn/articles/0711/01/news145.html

 

 

左:元々のコアに24回巻き:50μH (102.12KHz)

中央:オリジナルトロイダル(7回巻):4μH   (349.5KHz) (線材200mm 内径13mm 外径23mm) 

右:太陽誘電220μH   (50.1KHz) 0.1μFが正確だとすると202μH、220μHが正確だとすると0.092μFとなりますので、大凡の目安としては十分です。

 

元々のコアに1.0mmポリウレタン線を2000mm切り出し巻いてみました。

内周に合わせ一周で32回、更に外周に合わせ二周で64回、比較的密に巻けました。

64回巻き352μH (37.9KHz) となりました。

32回巻き95μH (72.8KHz) 線材1000mm

32+16=48回巻き198μH (50.6KHz) 線材1500mm

 

220V 10W bulb dummy load testing
220V 10W bulb dummy load testing

 

10W電球負荷でDC-DC変換効率測定してみました。

 

手持ちにアナログテスターとデジタルテスターが有るのだがmAオーダーは同じなのですがAオーダーの誤差が目立ちます。

 

デジタルテスターの方が悪い値となるので今回はデジタルテスターのみで測定しました。

 

 

 

2SK3683 入力12V出力200V時の変換効率 (負荷:220V10W電球(1個で46~47mA))

元々のコアに1mmポリウレタン線巻 100μH:32回巻  200μH:48回巻  350μH:64回巻

 

  46mA 93mA 140mA  
100μH (32T) 78% 81% FET発熱  
200μH (48T) 79% 80% FET発熱  
350μH (64T) 81% 79% FET発熱  
220μH 太陽誘電 76%      
200μH 秋月(トロイダルコア) 72% 75%    
50μH  (24T) 74%      

余り差のない結果となりましたが、200μHあたりが負荷が変動しても良いように思われます。

 

10W電球1個の場合は問題有りませんが2個にした場合FET側放熱器が温まっていきます。

3個の場合は正常に電圧出力は出て電流も3A程ですがすぐにFET側放熱器が発熱し電流が安定しません、強制空冷しても無理そうですから別途放熱器を用意する必要が有りそうです。

 

RDSオン抵抗 2SK3683:0.28Ω ,  TK10A60D:0.58Ω ,  2SK3234:0.65Ωですが効率の違いは1~2%でした。

高負荷の場合は発熱の点で低RDSが有利になるものと思われます。                     

                                       (2016.02.04)

 


24V入力200V出力でのテストいたしました。

  46mA 93mA 140mA 187mA(200V)
100μH 80% 86% 89% 92%(24.1V 1682mA

電球4個まで安定して動作しており放熱器にも異常な発熱ありませんでした。

本領発揮か?測り間違えかと思う好結果となり電流を取りたい場合は入力電圧を上げたほうが良いようです。

基板も安価になっているので、一度ノーマル基板で30V程に昇圧し改造基板で高圧にする二枚使いも有りでしょうか。


2.5V REF 分圧抵抗


 

・6A/100W昇圧型DC-DCコンバーターモジュール基板12-35V

・150W DC-DC Boost Converter 10-32V to 12-35V Module

同じ物です

 

 

150W DC-DC Boost Converter 10-32V to 12-35V

Price: C $3.53  Approximately JPY 292(including shipping)

 

                     (2016.02.16)

 

60-97Vの基板も有るようです。

 

DC-DC Boost Converter 10-32V to 60-97V Step Up Power supply module 100W

Price:US $5.28      
Approximately JPY 600 (including shipping)

Nch MOS FET の RDS(ON) 抵抗比較

型番 RDS(ON) :Ω 秋月電子 販売価格 :円
     
TK31N60X 0.073 *パッケージ形状異なる   300
TK20A60U 0.165 180
TK13A60D 0.33 120
TK10A60D 0.58 100
TK6A65D 0.95 80
     
2SK2698 0.35 *パッケージ形状異なる  150
2SK3234 0.65 200
2SK3628(230V) 0.065 *パッケージ形状異なる  200
     
2SK3683 0.28  
     
IRF644(250V) 0.28  
IRF740 0.55  

何故ON抵抗が気になるかと言いますとオリジナルのFETはSTP75NF75が使用されており、ON抵抗は0.011Ωですから仮に8A流したとしても0.7W程です。

高圧FETでは之ほど低い物は一般的に有りませんから0.5Ωに2A流しただけでも2Wになってしまいます。

つまり、同一の放熱器ではON抵抗が低いほど電流が流せることとなります。

 (この基板は100W(150W)ですが高圧をスイッチングする限り、どんなに頑張っても取り出せる電力は低くなる訳です。)

 

入力電圧を高くすれば同一の放熱器で取り出せる電流容量が高くできるのもスイッチング電流値が下がることの恩恵の一つでは有ります。

(基板も安価になっているので、一度ノーマル基板で30V程に昇圧し改造基板で高圧にする二枚使いも有りでしょうか。)

 

今回、手持ちで2SK3683(0.28Ω)を使用しましたが、更に低RDSのFETで試してみたい所です。

なお、200V以上の電圧では効率が落ちる気がしなくも有りませんので、実用には一考を要するかもしれません。

 

ON抵抗を気にするならフライバック式のコンバータの方が低圧FETで済むので有利ですがトランスの一般市販は有りませんので、巻くしか有りません。

この手は8-32V to 45-390Vコンバータとして安く売られておりますので、その気になりません。

チョッパ方式で何処まで遊べるか試すのも自作としては有りかなと思っております。

 

もう一つの案は一つのコントロラーで複数の昇圧部をパラで動作させる事ですが、この基板では考えない事とします。

 

(2017.05.30)

目論見として2SK3683(RDS 0.28Ω)をTK20A60U (RDS 0.165Ω) に交換

現在200V 100mA (20W) が 200V 175mA (35W) まで使用できるようになるか?