超低ノイズ・リニア電源 マルチ電源 3号機Ver.2 － 2024年1月

　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　上：3号機 新B (今回の制作) 　　　　　　　　　　下：3号機 A (前回制作) ■きっかけ 　2019年5月にPCオーディオ用のマルチ電源3号機を作り、使ってきた。3号機は、A 超低ノイズ・リニア電源、B 鉛電池電源の二つで構成され、ケースも独立していた。 　　マルチ電源3号機の記事 　このたび、超低ノイズ・リニア電源 新Bを作り、鉛電池電源 旧Bと置き替えた。Aと新B、どちらも超低ノイズ・リニア電源のセットになったということだ。マルチ電源3号機Ver.2と呼ぶことにする。 　きっかけは、DACに接続する外部10MHzマスタークロック、サイバーシャフト社製 OCXOクロック Palladium OP-16の購入だ。 　このクロックにはDC14～16V 1Aの外部電源が必要だが、サイバーシャフト社からは｢超高純度外部電源｣LTPW05がオプションとして販売されている。このLTPW05は、三端子レギュレータLM350を1次レギュレータとし、加えて2次レギュレータとしてLT3045を3個並列で使ったリニア電源だ。 　LM350とLT3045なら馴染みがある。LM350は電圧可変三端子レギュレータで、使い勝手が良い。LT3045はノイズ除去性能が極めて高いレギュレータICで、私が3号機Aの超低ノイズ・リニア電源で使った中心部品だ。 　さらに、サイバーシャフト社は、クロック本体にも2個並列のLT3045を内蔵させ、OCXOクロックユニットに電源を供給する前段に置いている。外部電源のLTPW05と合わせ、LT3045を2段がまえで使っていることになる。これでもか、というノイズ対策だ。ここまで電源に配慮しているクロックなら信頼できる、と購入する気になった。電源は、LTPW05を購入すれば早いが、LT3045を使う相当品を自作できそうだ。 　一方、3号機旧B 鉛電池は、二つの小型PCの12V電源として使ってきた。電池なのでノイズは皆無、クリーン電源という点では究極と言えるが、実用面で少々問題があった。充電容量の制約で6時間ほどの使用で電池切れになってしまう。さらに、だんだん劣化して充放電の能力が落ちる。数年で寿命が来るので交換が必要だが、重いので回収・購入のために持ち運ぶのも一苦労だ。そんなこんなで、リニア電源への交代を考え始めていた。 　幸い、ポイントとなるLT3045は、2019年の3号機制作の際に作った基板がまだ残っていて使える。 　ということで動機と手段が揃い、小型PC2台用、クロック用を合わせた3系統の電源を新たに自作することにした。 ●対象機器と定格・推奨の電圧・電流 　小型PC Minisforum GK50 　　　：DC12V 最大3A 　　　　(仕様に消費電力等の記載無し。付属電源アダプターはDC12V 3A) 　小型PC PC Engines APU.2C4 　　　：DC12V 最大10W (すなわち最大0.84A) 　10MHzマスタークロック サイバーシャフト Palladium OP-16 　　　：仕様DC13.5V～16V 0.8A、推奨DC14～16V 1A ●制作の方針 　新Bは、1次レギュレータとしてLT350とその電流増加版のLT338を、２次レギュレータとしてLT3045を使用した超低ノイズ・リニア電源3系統とする。最大電流は余裕を持たせる。 　　(1)小型PC Minisforum用 12V 4A 　　(2)小型PC APU.2C4用 12V 3A 　　(3)クロック用 14V 1.5A 　　　　ちなみに、3号機Aの超低ノイズ・リニア電源は、次の3系統だった。 　　　　　(1)NAS DELA N100用 12V 3A 　　　　　(2)無線LANルーター NEC WG1200CR用 12V 3A 　　　　　(3)スイッチング・ハブ アライドテレシス AT-GS910/5(改)用 3.3V 2A 　主な使用部品 　　(1)小型PC Minisforum用 12V 4A 電源トランス(東栄 J165 16V5A) ×1 ブリッジ・ダイオード(秋月電商 SBRダイオードブリッジ 100V40A) ×1 1次レギュレータ基板(秋月電商 LM338T使用電源キット 最大5A) ×1 2次レギュレータ基板(｢やなさん｣氏頒布 LT3045 2個並列使用基板) ×4 　　(2)小型PC APU.2C4用 12V 3A 電源トランス(東栄 J165 16V5A) ×1 ブリッジ・ダイオード(秋月電商 SBRダイオードブリッジ 100V40A) ×1 1次レギュレータ基板(秋月電商 LM338T使用電源キット 最大5A) ×1 2次レギュレータ基板(｢やなさん｣氏頒布 LT3045 2個並列使用基板) ×3 　　(3)クロック用 14V 1.5A 電源トランス(東栄 J162 16V2A) ×1 ブリッジ・ダイオード(秋月電商 SBRダイオードブリッジ 100V40A) ×1 1次レギュレータ基板(秋月電商 LM350T使用電源キット 最大3A) ×1 2次レギュレータ基板(Strawberry Linux LT3045-1使用モジュール) ×3 　構成は、次の接続図のとおり。 　　　　　　　　　 　2次レギュレータとして使うLT3045は、単体では最大電流0.5Aだが、並列接続して電流を増やすことができるのが大きな特徴だ。3系統それぞれ、(1)8個並列、(2)6個並列、(3)3個並列という構成である。 　(1)(2)の２次レギュレータ用の｢やなさん｣氏頒布の「三端子レギュレータ基板 Type10」は、もともとLT3045 2個並列使用の基板だ。2019年の余りが8枚あったのだが、今回1枚のはんだ付けに失敗し、7枚に減った。このため、(1)は基板4枚8個並列で最大4A、(2)は基板3枚6個並列で最大3Aとなり、最大電流が異なることになった。 　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　｢やなさん｣基板 上：基板4枚8個並列 下：基板3枚6個並列 　(3)の2次レギュレータ用には、Strawberry Linux社が販売する「LT3045-1 超ローノイズ・正電圧レギュレータモジュール」という完成基板を3枚購入し、これを使う。LT3045 1個とその他のチップ部品が実装されている完成基板なので、はんだ付けの苦労が無いのはありがたい。この基板を3枚並列すれば、最大1.5Aとなる。 　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　Strawberry Linux基板3枚 3個並列 　ケースは、3号機Aと同じタカチのHYシリーズを使い、同じ外観で揃える。 　(1)(2)小型PC用は電源スイッチとパイロットランプを前面に設置する。(3)クロック用は常時通電の運用なので、電源スイッチは後部に設置し、普段は触れないようにする。 ■LT3045の並列 　Strawberry Linux基板はLT3045 1個の基板だ。LT3045は、複数個を並列接続して最大電流を増やすことができるが、Strawberry Linuxの説明書には方法が記されていない。Linear Technology社のLT3045のデータシートを参照すると良い。 ●ノウハウ１ 出力は20mΩを介して並列接続する 　LT3045を複数並列した場合の出力電流の微小なズレを均等にする安定抵抗(原文でballast resistor)として、各LT3045のOUTピンに20mΩを直列した上で並列接続する、とある。 　こんな微小な値の抵抗を直列に入れることで、どうして均等になるのか理屈はわからないが、指示に従う。 　データシートには、プリント基板の導電経路を抵抗として利用するアイディアが記されている。やなさん基板はLT3045２個並列だが、20mΩチップ抵抗を基板上にはんだ付けするようになっている。Strawberry Linux基板にも20mΩ用ランドが設けられていれば良いのだが、それは無く、抵抗を外付けすることになる。 　20mΩの抵抗は、入手できる種類がごく少ない。比較的入手入しやすいのは、表面実装型部品(チップ抵抗)だが、外付けには向かない。ディスクリート部品として、モノタロウの通販でArcol社の｢金属板抵抗器 MSR-3シリーズ 20mΩ 3W ±1%｣を見つけ、5個989円とお高いが購入した。ただ、今回は工作のし方を誤った。横着をして空中配線で外付けしたため、基板をねじ止めすると抵抗のはんだ箇所に力がかかる。危なっかしい接続になってしまった。実際に足が折れ、再度はんだ付けして接着剤で補強する羽目になった。小さいユニバーサル基板にでもはんだ付けし、無理の無い固定にすべきだった。 (上のStrawberry Linux基板 3個並列写真のゴール・ゲートのようなものが20mΩ抵抗。) ●ノウハウ２ 出力電圧の設定抵抗は1個を共通で使う 　LT3045は、SETピン・GNDピン間に接続する抵抗値RSETにより出力電圧を設定できる。SETピンに高精度の100μA基準電流が流れるので、設定抵抗はRSET=出力電圧[V]×10 [kΩ]となる。例えば出力電圧12Vとするには、LT3045単体ならば設定抵抗として120kΩを接続すれば良い。 　複数のLT3045一つひとつに抵抗120kΩを接続すれば、それぞれ12V出力を得られるが、抵抗値の誤差でわずかながら出力電圧がバラつき、安定した並列接続ができない。 　LT3045をn個並列接続するには、複数のSETピン・GNDピンを相互につなぎ、1個のSETピン・GND間にだけ、共通の設定抵抗を接続する。設定抵抗から見てLT3045をn個並列なので、RSET=出力電圧[V]×10/n [kΩ]となる。 　(1)は、8個並列・目標出力12Vなので、RSET=12×10/8=15[kΩ]とした。完成後の実測出力 11.98V。 　(2)は、6個並列・目標出力12Vなので、RSET=12×10/6=20[kΩ]とした。同じく 11.94V。 　(3)は、3個並列・目標出力14Vなので、RSET=14×10/3=46.7[kΩ]。46.7kΩという抵抗は無いので、近似の47kΩを使用した。計算上の出力電圧は14.1V、完成後の実測出力 14.10V。 　完成後の実測値は、ほぼどんぴしゃで極めて正確。設定抵抗の抵抗値が精密だったおかげだ。 ■工作 　工作は、2019年の超低ノイズ・リニア電源とほぼ同じ内容なので参考にし、部品の調達、ケースのレイアウト設計、ケース工作、基板・部品の実装、と大きな問題無く進めることができた。 　ケース工作は、ボール盤を持たない素人なので、電動ドリルによる穴あけが難関だ。今回はドリルガイド(藤原産業 DS-70V)を購入して、穴あけがほぼ垂直にでき、ねじ立てのタップ加工もほぼ問題無くできた。 　　　　　　 　　　　　　半ば完成の状態　　　　　　　　　　　　　　　　　完成 　　　　　　 　　　　　フロント側から見る　　　　　　　　　　　　リア側から見る ■完成 　完成して、2日間連続試験運転をした後、PCオーディオのシステムに組み入れた。リニア電源3系統が、それぞれ安定した動作をしている。出力変動、発振、異常発熱等は見られない。 　クロックを含め、しばらく使ってから、また報告したい。 ■追記　2024年4月 ●制作したマルチ電源の音質への効果 　しばらく使って報告というつもりが、すっかり遅くなった。電源完成のしばらく後、PCオーディオのシステムに不具合が生じて音が出なくなり、ほかに用事もあったので後回しになった。 　結論を言えば、超低ノイズ電源が音質に及ぼす効果の正確なところはわからない。 　PCオーディオのミニPC2台の電源として、従来の鉛バッテリーとどちらが良いかだが、既にバッテリーを廃棄していて、現物で比較できず記憶との比較になる。理屈の上では、電池はノイズ皆無のDC電源なので、その点は超低ノイズ電源より優位なはずだが、記憶による音質比較では優劣を認識できなかった。まあ、認識できないということは、LT3045による超低ノイズは実用上電池並み、と言って良いのでは。 　10MHzクロックの電源としてだが、サイバーシャフト社は、常時通電でのクロック使用を推奨し、また、本来の性能発揮のためには2週間程度の通電が必要、としている。クロックの電源を交換すると改めて２週間の連続通電が必要となり、取っ替え引っ替えして即時比較することができない。この制約のため、マルチ電源と、完成まで仮接続していた可変定電圧電源(LM350使用リニア電源)とで音質差があったのかどうか、正確にはわからない。少なくとも悪くなってはいない。私としては、手間とコストに見合った改善があったと思いたい。 ●クロックについて 　10MHz外部クロックの導入とその効果については、電源の話題から逸れるので別記事に記すことにする。 10MHz外部クロックの導入 2024年4月