SiC MOSFETアンプのエミッタディジェネレーションの調整

SiC MOSFETアンプのドライバ段のエミッタディジェネレーションを調整して、

電源レールを効率よく利用できるようにします。

回路図はこちらです。

上下のドライバ段のBJT(2SC4883A, 2SA1859A)のコレクタ抵抗とエミッタ抵抗を10Ω/100Ωに設定しています。

従来は、これらの抵抗を歪率と対称性を重視して100Ω/100Ωに設定していました。

しかし、対称な設定では、出力段のMOSFET(SCT2450KE)の駆動に利用していない側の

コレクタとエミッタの電圧振幅も電源レールを占有ししまうため、

出力電圧の振幅が制限されていました。

 

LTspiceによる過渡応答(1.3V, 20kHz正弦波入力)はこちらです。

エミッタディジェネレーションを10Ω/100Ωにすることで

青のコレクタ電圧、赤のエミッタ電圧の振幅を小さくした結果

ゲイン20倍で、+-27Vまで出力振幅が取れています。

 

この非対称なバイアス設定によるB級動作での大振幅時のTHD-20の増加はわずかで、

小入力時のA級動作での影響は相対的に無視できるレベルです。

LT1166はバイアス電流積を一定になるよう制御するため、

プッシュ動作時とプル動作時でバイアスが変動します。

このため、BJTコンプリメンタリドライバによるMOSFET準コンプリメンタリ出力が

容易に実現できます。

 

試作機でも、問題なく動作しています。

 

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SiC MOSFETアンプの試作

SCT2450KEでの試作です。

回路図はこちら。

 

LT1166による準コンプリメンタリで、

ベースストッパーは100Ω、ゲートストッパーは120Ω、バイアスは1A, 出力段のバイパスコンデンサは1000uFとしています。

実際の試作機はこちら。

LT4320とFDH038AN08A1による理想ダイオード電源でならしています。

 

肝心の音の印象は、締まった低音と臨場感のある高音で、ややおとなしい感じです。

LT1364によるヘッドホンドライバで聴いている音の感じをややドライにした感じで、

音の見通しがよく、ソースの音がそのまま出てくる感じです。

ベースラインやコーラスが聞き取りやすいです。

 

 

SiC MOSFETアンプのSPICEシミュレーション

Rohm SCT2450KEによるSiC MOSFETアンプのSPICEシミュレーションモデルを示します。

ゲイン(R9=9.31kΩ, 23dB)、フィードスルー(C2, C3=470pF) 、位相補償(R5=2.2kΩ, C5=1000pF)に設定しています。

周波数特性は93kHz, THD20=0.026579%。

トランスコンダクタンスが1Sと低く、ゲート駆動電圧の振幅が大きいです。

20kHz矩形波応答は良好です。入力容量が463pFと低いです。

オーディオパワーアンプ用MOSFETの選択

オーディオパワーアンプにMOSFETを用いる場合、

熱安定性を考慮するとバイアスは1A前後がかけられるSOAと

PD 100W程度、Vds 100V, ZTCが6A程度のものが扱いやすいのですが、

SiC MOSFETやUHC MOSFETの中から見つけるのは大変です。

 

ここでは、Rohm SCT2450KEFarichild FQH44N10をあげておきます。

それぞれ、バイアスはSCT2450KEで800mA、FQH44N10で1.33Aで良さそうです。

 

SCT2450KEは、入力容量(Ciss)が463pFと低めですが、

トランスコンダクタンス(gfs)が1Sしかないため、

歪率はTHD20 = 0.02%程度になりそうです。

 

FQH44N10は、Ciss = 1800pFと大きめですが、

gfs = 31Sと非常に大きいため、

歪率はTHD20 = 0.008%程度になりそうです。