前回書いた時の予定では、今頃は製作中のアンプBA3886のスピーカー保護基板(以下、保護基板、保護部)を配線し終わっている頃だっただろうが、数日前に、配線の試行錯誤中に思わぬ失敗に気付いて後戻りし、再び試行錯誤・四苦八苦していた。

その失敗というのは、本保護部では通常はリレーの接点を動かさず、オフセットを検出してミュートする時だけ動かす使い方をするので、いざという時に接点が固着していてミュートできないリスクがあるので、ランプを点灯させるとともにブザーを鳴らして、異常事態が分かるようにしようと思って居たのが無理だということだ。

というのは、ランプやブザーはリレーのNO接点(通常は開いている)に切り替わった時に電圧が掛かって光り・鳴るので、固着して動かなかったら光りも鳴りもしないのだ。問題が起こった時のカバーを、問題が生じるであろう機能が正常に動くことに期待していた。何と言うか、「自分で自分の足を撃つ」の逆みたいなもので、まったく迂闊だった。。。

あと、仮に接点が動いても、ずっと使って居なかった接点がちゃんと導通するかの疑問もある(これはメーカーも注意喚起している)。それだと、トラブルに気付かずにそのまま放置する可能性もある。

まあ、そもそも、リレーの接点が固着したり、導通が悪くなることなんてまずないとは思うが、そういうことを言ってたら、(程度の差はあるが、)スピーカー保護だって要らなくなるので、何とかしようとした。

いろいろ考えて、今度は、DC-DCコンバータ(以下、コンバータ)の電源制御端子(以下、RC端子)を使おうと考えた。これは、本当に最初の頃に考えて居たのだが、いろいろな難しさがあって止めていた。例えば、コンバータを止めたら、アンプはもちろん保護部(自分)にも電源が来なくなる。それから、RC端子は元電源側なので、アンプ側と絶縁を保たないと雑音が増える可能性がある。

当時はスピーカー保護IC μPC1237を使う予定で、それだと絶縁を保つのが難しかったのと、電源on時ミュートが止められず回避するのが面倒なのと、僕の経験が足りなかったので諦めたのだが、今はあれから進歩したからできそうな気がしたので、方式や回路を考えて、なんとかプロトが動いた。以下に構成図と回路図を載せる。

※構成図と回路図では信号の流れが左右逆である。

概要を書くと、オフセット検出部はそのままで、オフセットを検出したら、ミュート信号の論理を反転させて(元: ミュート時にリレーを動かす → 今: ミュート時にリレーを切る)、リレーを動かす(実際には、コイルの電源を切って、NO接点(コイルに電流を流すと繋がる接点)をoffにする)。

こうすることで、電源on/offのたびにリレーが動くので、固着や接触不良が起こりにくくなる。また、その時に「カチッ」という音がするから、動作確認ができる。更に、もし固着していたら、アンプから音が出ないから すぐに分かる。ただ、アンプを使っている間中リレーのコイルに電流が流れ続けるので、その分消費電力が増える。ちょっと気に入らないが、こうなることも想定して高感度型で消費電力が少ないもの(150mW)にしたので、まあ許せる。

そのNO接点は元電源側(以下、電源基板)に繋がっており、プルアップされているRC端子が、通常(コイルの電源が入っている時)はNO接点経由でGNDに繋がっているためにL状態となって、コンバータから電源が出力されるが、コイルの電源を切ると、GNDが外れてRC端子がプルアップされてH状態になるので、コンバータからの電源出力が止まる。

この辺りは(回路図を見れば分かりはするものの、)もっと分かりやすい構成・書き方にすべきだと感じては居るが、面倒なので書き流してしまった。

すると、自分(保護部)の電源も切れて その後は何もできなくなるが、リレーのコイルがoffで電源を出さない状態(= 電源を切ろうとする目的の状態と同じ)なので、「気付いたら自分を○して居た」(でも、それでも何事もなく事が運ぶ)となる。

シミュレーションではうまく行ったものの、現実には微妙な問題があって、オフセットがしきい値付近の場合、接点がon/offで振動するらしく、電源on/offの繰り返しになってしまった。理論上は、一旦切ればすべて終わりのはずだが、電解コンデンサに電気が残っていてスパッとoffにならないようだ。それで、いろいろ考えたのだが、一番手軽で追加部品の少ない方法で解決しようとした。

例えば、トランジスタやオペアンプを使ったシュミット回路やラッチ回路などが一般的のようなので検討したが、止めた。

以前から使っていたラッチ機能(単語が同じで混乱するが、一般的なラッチ回路ではない)をここでも使った。リレーの2回路目を使い、ミュートした時にNC接点が繋がったら追加でミュート指示を出して、(自分の電源がある限り)ミュートが解除されにくくするのだ。ただ、この機能はNC接点が繋がらないと働かないので、接点がNOとNCの中間で浮動している場合には対処できないのだが、そこまで微妙なことはないようで、今のところはうまく行っている。

ただ、この方法には問題がある。全体の電源on時(起動時)、リレーのコイルがoffでNO接点が繋がっていないので(仮にリレーがすぐに動いても、電流の速さには間に合わない)、元電源が来ると同時にRC端子がプルアップされて、コンバータが出力を開始せずにアンプの電源がonにならず、当然リレーを動かせないからコンバータのRC端子をLにできないのだ。「鶏と卵問題」、あるいは、一休さんの「虎を出して下さい」のようだ。

そのデッドロックを回避するため、抵抗とコンデンサを使って、電源onから少しの間(数十ms)はRC端子の電圧を上げない(= Lレベル)ようにしたら、なんとかうまく起動するようになった。* ただ、微妙なタイミングや電圧・消費電流が絡むので、そこら辺の素子(抵抗・コンデンサ)の値はまず変えられない。ちょっと(といっても2倍とか10倍なので、字義とは違う)変えるだけで※、起動しなくなる・・・

*上のラッチ機能にも同様の問題があるので、これと同様に電源onから数十msは働かないようにした。

※その「ちょっと」変えたかった理由は、消費電力を減らすためだ。例えば抵抗を2倍の値にすれば、消費電力は随分減らせる(あと、冷える)。10倍ならすごいし、100倍ならもっといい!

それから、ミュート時にアラームのブザーを鳴らすことができなくなった。というのは、ミュート時はアンプの電源がoffなので、元電源で鳴らすようにしなくてはならないが、その想定・可能電圧は10-30Vと広いため、単純な抵抗での分圧では電圧がうまく合わないのと、仮に合わせても抵抗での消費電力が馬鹿にならない問題があるためだ(実際、ミュート通知ランプ(LED)の抵抗ですら熱くなった※)。

※ちなみに、抵抗に過電力を掛けて過熱すると臭くなる。以前、ダイオードを逆接続した時に臭ったので、それかと思って居たのだが、実は抵抗だった。臭いの元を探したら表面が黒ずんでいたのでwww、抵抗だと分かった。塗料が焦げる臭いなのか。毒ガスみたいな ちょっと危険を感じさせる臭いだ・・・

これをそのまま放置すると燃えるのだろうか??

仕方ないので、ブザーは保留した。そもそもリレーの固着をカバーするための機能だったので、その可能性がほとんどなくなった今となっては、なくても大きな問題はない。(折角作ったものだが、まあ、あとで使えるかも知れない)

LEDも ちゃんと(明るく)点灯させると抵抗が熱くなるので、手を抜いて、RC端子のプルアップの電圧を「ついでに」・「おこぼれを」使うことにした。なので、あまり明るくしようとすると、電流を食ってプルアップ電圧が下がって、コンバータの出力が停まらなくなってしまうので、値を変えられないという不便が生じた。が、ちゃんと電源を作るために3端子レギュレーターを使ったとしてもやっぱり熱くなる(= 無駄が多い)し、ほとんど動かないもののためにそこまでするのは馬鹿らしいし、部品を増やすとトラブルが生じる可能性が増えるので、今のところはこの状態で良しとしている。

コンバータのRC端子の電圧(Hレベル)は3-12Vまで可能で、元電源の電圧が10-30Vでその範囲になるように抵抗を設定した。その点でも やっぱり値を変えられない。

なお、プルアップのための抵抗値は大きいので、電流は余り流れない(30Vだと概ね1mA程度 → それでも全体では900mWになる ← 計算誤り)ので、抵抗は熱くはならない。ただ、念のため、LEDの抵抗は容量を増やした(良く考えると無駄だが)。

 

細かい話はこれくらいにして、新しい方式のいい点を書くと、まず、リレーの接点の音質への影響を完全に排除できたことだ。アンプの再生系統にリレーの接点は全くない。コンバータのRC端子(この内部にも接点はない)の制御には使っているが、スピーカーはもちろん、アンプの電源すらもリレーの接点を通さないようにできた。だから、オーディオのうたい文句的に書けば、大電流が流れても(僕のでは まずないがw)接点がないから損失が出ず、音質に悪影響が及ばないだろうし、振動でリレーの接点が動いて電流(の流れ方)が変動することもない。まあ、そういうのがどのくらい音に効くかは疑問だが(まあ ないねw)、個人的な満足度は かなり高まった^^

現実的なメリットとしては、機械的な故障・劣化が音に影響を与える可能性がほぼなくなったということだろう。そういう意味で、半導体はすごいと思う。

それから、電源をリレーでon/offしないので、期待どおり、電源on/off時もミュート時もショック音はもちろんポップ音すらしない。方式の不備や配線誤りでミュートが断続しても大丈夫だった。

他には、単一のシステムで独立した複数の電源系統を使い・制御するのは初めてだったが、何とかできたのがうれしい。ミュート時にアンプの電源ランプは消え、ミュート通知ランプだけが点灯しているのは、中身を知らないければ当たり前のことのように見えるが、我ながら良くやったと思う。以下、間違い探しみたいで全然分からないが、通常(非ミュート)状態(左)とミュート状態(右)である。

 

というところで、ようやく元の作業に戻れる。さすがにオリジナルのものを作るのは大変だと実感している。そして先は長い・・・

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