Dynaco MK3(大幅改造)にGaNを投入する2018年05月14日 22時24分35秒

Circlotronに整流素子にGaN(GS61004B)を投入したのは既報の通り。当初は、スイッチオンの瞬間に破壊してしまったトラウマにとらわれて部屋にいるときだけしか通電できなかった。数日して問題ないことがわかってきたのでエージングのために24時間運転に切り替えた。

エージング時間による変化の仕方は、不思議なことにGaNであってもほかの素子と全く同じようだ。最初は上も下もなだらかに切れ落ちる。それでも素直な音が出る。そこから時間がたつにつれ急激に音がつまらなくなり、聞いていてイライラしてくる。この谷底状態では低音がでず高音に偏るという症状も加わって最悪である。そこから我慢のしどころで、数百時間経過して本調子になる。

CirclotronのGaNもそんな最悪状態を通過して良い方向に向かうかと期待した。ところがよろしくない。GaNが悪いのではない。ほかの欠点が浮き彫りになってきた。以前からわかっていたのだが、初段に使っているFET(2SJ74)の音がどうしても気にくわない。おとは正確なのだが、冷たくて音が弾まない。ひとことで言えば面白くない。音楽ではなく、音を聞いている気持ちになってしまう。
残念ながらここでエージングを中断した。

そこでKT88ppに立ち戻る。ただでは戻らない。終段の固定バイアス電圧を与えている整流ダイオードをInfineonからGS65502Bに入れ替える。回路図の点線のまるで囲った部分がそれ。
実装風景はこのとおり。
まだ入れ替えてから24時間しかたっていないので、少々音が堅い。さすがに24時間通電は気が引けるの、ゆっくりと熟成するのを待つことにする。

ところでCirclotronだが、今のはもう使う気がしないので、初段を真空管に置き換えたバージョンに着手するしかなさそうだ。部品はほとんど用意してあるので、あとは重い腰を上げるだけ。

GaN整流ダイオードをチョークインプットで使ったときに起こる現象2018年05月06日 21時44分58秒

GS61004BをCirclotronに整流ダイオードとして使おうとしたら、スイッチを入れた瞬間に壊れてしまった。半可通の私は、シミュレーションしてみて初めてトラブルの原因がチョークインプットにあったことを発見した。
それで実際にどんなシミュレーション結果だったのか、これから挑戦しようとする勇気ある方々のために少しでも貢献できればと願い、ここで報告しておきたいと思う。
まずシミュレーション回路は以下の通り。
これをシミュレーションするとp1ポイントの電圧波形は以下のようになる。
80msec あたりから異常な発振が始まり、320msecあたりまで継続し、その後は何事もなかったかのように収束する。
異常発振を阻止するために例えばフェライトビーズを挿入してみるとか、抵抗をシリーズに入れてみるとかやってみたが、全く効果はなかった。

この現象はGaNに限らず、一般ダイオードでもSiCでも発生することは、今回初めて知った。もしチョークインプットで使いたければ、耐圧については十分な余裕を持たなければならない。それが今回得られた教訓である。

CirclotronにGaNダイオードを投入する(成功編)2018年05月05日 23時02分22秒

うんうん悩んで対策をする。そしてスイッチオンの瞬間。たまらない緊張感である。何事もなかったかのように正常動作する。やっと安心。
ということで最終回路は次のようになった。
実装の様子。
最初の音出しは、YouTubeにあった小津監督の「秋日和」の冒頭。台詞を聞いた瞬間から、音の違いは明らかだった。詳細は、まだエージングが足りないので、もう少し時間がたってから報告する予定。

CirclotronにGaNダイオードを投入する(失敗編)2018年05月05日 22時18分06秒

写真は、GaNアッセンブリに入れ替えたところ。
さて、緊張のスイッチオン。次の瞬間、バチッという音ともに煙が上がった。すぐにスイッチを切った。いやなにおいが部屋に漂う。一体何が起きたのか、こういうことは今まで何度も経験してきたが実にいやなものである。

まず考えたのが、アルミ基板への半田付け作業に手落ちがあって、内部でショートしたか?すぐに新しいのに交換。ところがスイッチを入れると、また別のところから煙が上がった。こうやって結局5個を壊してしまった。写真に写っているのは、その屍である。
ここに至ってようやくこれは別のところに原因があると気がついた。しかし、まったく思い当たるところががない。困った。こういうときは頭を冷やして考えるしかない。

これまでGaNを整流ダイオードに使って、このようなトラブルは起きなかった。ということは、今回だけの特殊な事情があるはずだ。それは何か。少なくとも二つある。これまで使ってきたのはGS66502Bで、耐圧は650Vである。いっぽう、GS61004Bは100V。そこがまず一点。それからもう一つ。これまではすべてコンデンサ入力タイプだったが、今回はチョーク入力タイプである。しかしこれが原因であるとは初めはまったく半信半疑であった.

もう一つ疑わしいのは、電解コンデンサの容量が大きすぎてラッシュカレントが素子の定格を超えて流れている可能性。こちらのほうは、別途試験装置を作ってテストしてみたが問題がなく、結局シロとなった。


そこでシミュレーションの出番となる。GaNのドレイン端子の波形を見ると、スイッチオンから数波経過したところから、異常発振が起きる。入力の波高値がピークで30Vのとき、ドレイン端子の電圧は50Vを超す。これは理想状態での計算だから、現実はもっと厳しいはずである。GS61004Bの耐圧を超える可能性は十分にある。となると、対策はチョークコイルを外すしかない。音への影響が気がかりではあるが、まずは安全に動作することが優先である。背に腹はかえられない。ここまで至るのに2日ほどかかった。
この結果については次のコラムで。

CirclotronにGaNダイオードを投入する(準備編)2018年05月05日 21時41分34秒

FusionPCBに注文しておいたアルミ基板は数週間前に届いていた。
実を言うとデータを相手先に送った翌日、問い合わせのメールが来ていた。「基板の角の処理なんだけど、図面を見ると直角の線とラウンド線の両方があって、どっちが正しいの?」という内容。なるほど言われてみるとそうだった。「すまん。丸くなっている方の線で処理をお願い」と返事したらすぐに作業に取りかかってくれた。なかなか好感の持てる応対だった。

封を開けて検品。問題なし。続けて本命のGS61004BをMouserに発注。数量は30個。これも一週間程度で届いた。


さてこれをどう使うか。今回のターゲットはCirclotronの整流ダイオードである。回路図で丸く囲った箇所。現在はInfineonの第5世代IDH16G65C5。これをGS61004Bに入れ替える。
まずアルミ基板への半田付け作業にかかる。ここでちょっと手こずった。ソースのパッドに半田ごてを当てて熱しながらGS61004Bをスライドさせ、所定位置に来たら半田ごてを離す。という段取りだったが、これがうまくいかない。半田ごてに温度を最高に上げても、すぐに半田が固まってしまうらしく、スライドできない。長時間無理矢理に半田ごてを当てたら、8個のうち2個が動作不良になってしまった。後からわかったのだが、素子をパッドの所定位置にテープで仮止めして、素子の脇に半田ごてを当てながら半田を流すのが一番確実で安全なようだ。

このようにして8個そろったところで、アンプを開腹して整流ダイオード・アッセンブリをを取り出し、GaNに入れ替えていく。この後予想外のトラブルに遭遇するのが、そのことはまた次のコラムで。