スイッチング電源やDCDCコンバーターなどが、目に付くようになってきた。こちらの好奇心がそうさせているのかとも思うが、どうも以前に比べて需要が増えているようだ。小型の電子機器が増えたとか、車のバッテリーで動く機器が増えてきたことと関係があるということらしい。スマートフォンを買えば必ず一個はUSB用のアダプターが付いてくるが、これもスイッチングコンバータである。というわけでこういった機器がどんどん身近になってきている。
こうしたデバイスの中に入力電圧よりも高い電圧を作る昇圧コンバータがあることを知った。真空管アンプでも使えるような200Vを越えた電圧をバッテリー程度の電圧から作ることができるのだ。それで、突然に気が付いた。バラバラのヒーター電圧の真空管を組み合わせることがこれなら簡単にできるのではないだろうか。25C5という真空管には、12C5、17C5、50C5というバリエーションがあり、それぞれのヒーター電圧が違うだけで、それ以外の規格は同一である。本来は使う真空管のヒーター電圧の合計を100Vにすることで、電源トランスを使わないでひとつのセットを構成するために使われたのだ。ギターアンプなどに整流管に35Z5、初段に12AU6、出力管に50C5という構成でヒーター電圧35+12+50=97Vといったものがインターネット上に散見される。
しかし、25Vと6.3Vの組み合わせはどうにも、行き当たりばったりで、うまくない。そこで24VのAC/DCコンバータを使って、25C5のヒーターを点火、さらに降圧DCDCコンバーターを使って、WE401Aの6.3Vヒーターが点火という構成はどうだろうか。
そこで入手したのは、以下の2種類の基板。左が降圧DCDCコンバータ、これで24Vを6.3Vに変換。右が24Vから必要な＋B電圧を作るための昇圧DCDCコンバータ。どちらも探せば、千円以内で入手可能。
降圧コンバータは、良くできていてほとんどノートラブルで動くが、昇圧コンバータは公開されている情報がかなりいい加減で、作業中のちょっとした間違いなどで簡単にMOS-FETが飛ぶ。PWMから出てくる高周波ノイズも結構大きい上に、状態によって周波数が変化する。その対処方法を立てるのにえらく時間がかかった。以下の写真は、その時の苦闘の残骸。3個潰して一個生きているといったような状態。
現実問題として、製品のバラつきも激しく、それぞれ確かに動くのだがトランスが唸るなど、品質にばらつきがある。あちこちのサイトで安価で大量にでているのだが、これはどうもバラつきが激しくて検品で引っかかって納品できなかった品物なのではないかと思われる。
ヒータートランスのあった場所に昇圧コンバータを、その横に降圧コンバータを設置、もう空間がギリギリだが、ともかく動作する。ところが、ケースを閉じて運用しておよそ3時間、突然なんの前触れもなく、音が出なくなり、ケースを触ってみると火傷するほどではないが、かなりな高温。調べてみるとMOS-FETが破壊されている。はじめから付いているアルミ放熱フィンでは足らないらしいので、FETをシャーシに直接取り付けることにする。MOS-FETの足についている黒いチューブは、アモルファス・ビーズ。その効果のほどを試そうということなのだが、どの程度効果があるのかは不明。いちいち脱着して計測するまでの元気が出ない。
その後、コンバータなら自由自在に電圧を変えられるということを思い出し、現状の電圧では25C5の低電圧、高電流の良さがでていないので、とプレート電圧を98Vから115Vまで上げてみる。音は確かに元気になった気がするが、それよりも発熱がひどくなって、やはり2時間後にはMOS-FETが静かに破損。ついに決断して底面と上面に放熱用の穴を空けることに、。
まあ、こんなところかと思ったのだが、スピーカーを取り替えてみてびっくり、ピューートかピロピロとか音が聴こえる。公表されている規格では、発振周波数は75KHzということだから、問題ないと思ったのだが、この75KHzが間欠運動をするらしい。
写真はオシロの画面をカメラで撮ったもの、下のノコギリ状の波形が昇圧コンバータの出口。ここはPWM(Puls Width Modulation)なので、方形波のデューティーが変化しているものだと勝手思っていたのだが、見てみたらこの有り様。UC3843というコントローラーICが使われているようだが、このコントローラーが出力電圧をみて、出力が予定電圧以下に下がると、PWMのパルスが出て、電力を2次側に送り込むという仕組みらしい。いわばサーモスタットのようなものだが、それ周期が100Hzから2KHzぐらいまでの早さで変化するので、こたつなどのサーモスタットと比べると非常に早い。しかし、これでは当然ノイズが音として聴こえてもおかしくない。
こうなるとまず、この大波をレギュレータ回路で取り払って、細いノイズをフィルターで取るしかない。適当なバラックで回路を組んで始めたんだが、トランジスタがちょっとした加減で飛んでしまうので、きちんとケースにネジ止めしながら実験することに、、。
今度は、さっきのノコギリ波形とは形状が違うんだが、条件によって波形が電圧と負荷のかけ方で違う形になる。左が昇圧コンバータの出力で、6.3Vp-p。右がMOS-FETを使ったレギュレータを通した後で、低い周波数の揺れは止まっている。高い周波数はMOS-FETを通過してしまう模様。
これは、この昇圧コンバータそのものの持つ不安定さなのではないかと見切りをつけることにして、手元に買ってあった他の昇圧コンバータを試すことにした。これも中華製だが、見た感じここまで不安定ではなさそう。
出てくる波形の素性はこちらの方が良いので、これに交換。ここまで苦闘してきたコンバータは、確かに部品代よりも安いぐらいなので、なんらかの曰く因縁がある模様、深追いしない方が良いようだ。
オシロスコープを使って、高周波ノイズを調べてゆくと、昇圧コンバータから出てくるノイズは出力側だけではなく、入力側への漏れていることが判明。ユニットの前にも後にも、コモンモードノイズフィルターを追加。ヒーター用のDCDCコンバータ周辺にも同じフィルターを追加したために、全部で5つのコモンモードノイズフィルターを配置。その結果、かなり実用になるレベルにまでノイズが落ちた。
