パワーアンプICを使ったレールスプリッタ回路の電源基板モジュールを作ってみた

パワーアンプICを使ったレールスプリッタ回路基板自作基板

モノラル出力のオーディオパワーアンプICを使ったレールスプリッタ回路を作ってみたので紹介します。

電子工作マガジン 2018 Autumn号にモノラルオーディオパワーアンプICのLM1875Tを使ったレールスプリッタの記事があり、それを参考にさせてもらいました。

上記の回路で使われているTI製LM1875Tが秋月電子で手に入らないので、別のパワーアンプICでこの回路が動作するのか試してみようと思い、製作してみました。
(共立電子では買えるみたいですが、少し高価なので今回の用途にはちょっともったいない気がしますね)
※2021/1/20に秋月電子でLM1875のセカンドソース品(UTC製)が取り扱い開始したようなので、それも購入して試してみたいと思います。

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レールスプリッタ回路とは

レールスプリッタ回路とは、例えば9V電池一つなどの単電源から、両電源(正負電源)の回路を動作させたい場合などに、電源電圧を1/2に分割して仮想GNDを作る回路です。

あくまでも仮想GNDなので、大電流を扱う回路には不向きと思いますが、ちょっとしたオペアンプ回路なんかには便利だと思います。

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使用するアンプIC

今回使用するICの候補は下記になります。モノラルタイプのオーディオアンプICで、すべてピンコンパチ(ピンピッチと配列が共通)です。

形名メーカー出力動作電圧価格(秋月)備考
TDA2030LUTC14W±6V~±18V60円STMicroのセカンドソース品でしょうか?
予算を抑えて作れそうです。
μPC2002NEC5.4W8~18V200円少し高いですがNEC製です。
他よりも低電圧で動作します。
リードの曲げ形状が違うので少し修正する必要があります。
LM1875UTC25W±8~±30V70円最近秋月で取り扱いが始まりました。
セカンドソース品?

今回は、それぞれのICで作ってみて動作確認をしてみたいと思います。

回路図

回路図は下記になります。
電子工作マガジン2018Autumn号83ページを参考にしました。

レールスプリッタ回路図

【変更した部分】
・コモンモードフィルタ(エミフィル)を入力に入れてみました。スイッチング電源を入力につなぐことを想定して、ノイズ低減が目的です。
・リセッタブルヒューズとダイオードで電源の逆接保護としています。
・可変抵抗による電圧微調整機能を持たせる。分圧抵抗の誤差とアンプICのオフセット誤差をここで調整したいと思います。
・C4は入力部のフィルタです。これは要らないかもしれませんが念のためパターンを設けておきます。

部品リスト

品名参照名数量数値・仕様備考購入先(コード)
※例
抵抗R1, R4210kΩアキシャルリード(DIN0207)
1/4Wサイズ
抵抗R219.1kΩ
※9.53kΩを使用
アキシャルリード(DIN0207)
1/4Wサイズ
抵抗R311kΩアキシャルリード(DIN0207)
1/4Wサイズ
抵抗R5, R622.2kΩアキシャルリード(DIN0207)
1/4Wサイズ
LED電流調整用、抵抗値はお好みの明るさで
可変抵抗RV112kΩ
※1kΩを使用
Bourns_3296Wタイプ
電圧バランス調整用
R2+RV1でR1±数kΩとなるようにする。
秋月電子
P-12699
コンデンサC1, C9, C103470uF
※耐圧に注意
電解コンデンサ
直径:12.5mm ピッチ3.5~5mm
秋月電子
P-02719
コンデンサC2, C7, C830.1uFフィルムコンデンサ L9.0mm_W4mm
ピッチ5~7.5mm
コンデンサC3, C5, C630.1uF3216サイズ
C2,C7,C8の代わりの面実装部品として
秋月電子
P-15180
コンデンサC411000pFフィルムコンデンサ L9.0mm_W4mm
ピッチ5~7.5mm
ダイオードD11整流ダイオード
例:1N4007G
DO-41(DO-204AL)
P12.7mm
秋月電子
I-13561
LEDD2, D325mmタイプ色はお好みで
アンプICU11LM1875(同等品)TO-220-5秋月電子
I-15954
リセッタブルヒューズF11MF-RX030定格電流0.3A
トリップ電流:0.6A
耐圧72V
秋月電子
P-13076
EMIフィルタFL11BNX012-0150VDC、定格電流15A秋月電子
P-13076
ヒートシンクHS1120PB020サイズW20,D20,H25秋月電子
P-05054
ターミナルブロックJ112pin_5.08mmピッチ汎用端子台秋月電子
P-01306
ターミナルブロックJ213pin_5.08mmピッチ汎用端子台秋月電子
P-01307

※上記は例として部品をリスト化しています。実際の製作例では家に転がっていた別の部品を使用している可能性がありますので、ご了承ください。

基板製作

ブレッドボードにICがそのまま刺さりそうにないので、勢いで基板を作ってみました。
使用したソフトはKiCADです。

完成予想3D図

KiCADの3Dビューワーで表示させてみました。

3D表示:C面側
3D表示:C面側
3D表示:S面側
3D表示:S面側

このまま発注もできますが、今回は基板サイズが小さいため、面付けして発注してみることにしました。

部品配置図

C面:部品配置図
C面:部品配置図
S面:部品配置図
S面:部品配置図

面付け(パネライズ)して発注してみる

今回は中国の基板メーカーである、Elecrowに発注して基板を作ってもらいます。
基板サイズが72mm×47mmなので、2個面付けして発注すればお得になります。
※100mm×100mmの基板サイズまでは、お値段は同じです。

Elecrowの仕様より、Vカットする際の基板寸法は80mm×80mm以上にしないといけない、と記載があったので、両脇に捨て基板を付けてみました。(72mmの方向に1枚だと80mm以下でNG、2枚並べると100mmを超えてしまい料金が高くなる。)

面付けした基板の3D表示:C面側
面付けした基板の3D表示:C面側
面付けした基板の3D表示:S面側
面付けした基板の3D表示:S面側
シルクでVカット部を指定しています。

捨て基板で繋がるので、左右の基板はスリットで離して並べました。この方がVカットの数が減らせるし、断面もきれいになると思います。スリットは捨て基板に少し食い込ませることで、捨て基板を外した後にルーター加工による角を見えなくすることが出来ます。
Elecrowの仕様より、基板のスリット幅は2mm以上必要と記載ありましたので、今回は2mmに設定してます。

今回の基板の料金と送料は下記にまとめました。

届いた基板

到着した基板がこちらになります。
レジスト色は、また黄色にしてしまいました。

到着した基板一式

今回は自分で部品を手付けするつもりだったため、捨て基板の部分に特に何も設けていませんでしたが、届いた基板には四隅に穴と認識マークのようなパターンが追加されていました。(Elecrowの製造上の都合もあるのでしょうか?)

基板のC面とS面
基板のC面とS面
捨て基板にガーバーデータには無かった穴と認識マークを追加してくれています。
捨て基板のVカット部を折り取った状態
捨て基板のVカット部を折り取った状態

引き続き、製作と動作確認を行っていこうと思います。
続きは下記のページにまとめました。

参考文献

自作基板電子工作
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