회원님 자작품(member) - 헤드폰 앰프 관련 자작 게시판 입니다.
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http://luciel.tistory.com/2630014                                                      
여름도 다가오고 SHHA(Sijosae Hybrid Headphone Amp) 24V 정전압부의 높은 발열을 해소하기 위해 귀찮음을 무릅쓰고 바쁜 와중에 짬짬이 SHHA에 다시 한 번 손을 댔습니다. 일전에 시도한 다이오드를 이용해 전압을 낮추려 했던 실패기 말미에서 언급했던 스위칭 레귤레이터를 이용하는 방법입니다.

SHHA의 24V 정전압부만 발열이 심한 이유는 입력전압과 출력전압의 차이가 크고 소모하는 전류량이 많기 때문입니다. 그래서 구보다 전원부에 사용된 모스펫에서 심한-잠시도 손을 대기 어려운 것으로 보아 섭씨 70~90도 정도로 추정되는 열이 발생합니다.

이러한 발열을 해결하기 위해서는 소모 전류를 줄일 수는 없으므로 공급되는 AC전압을 낮추거나 정전압 회로가 감당할 드랍아웃 전압을 낮춰줘야 합니다. AC 전압을 낮추려면 근본적으로 트랜스를 다시 감거나 AC 전압을 조절할 수 있는 딤머(dimmer) 회로를 꾸며야 하는데, 트랜스를 새로 맞추거나 딤머 회로를 꾸미는 것보다 정전압 회로에서의 드랍아웃 전압을 낮추는 게 더 쉽다는 판단에 정류 후 전압을 낮춰보기로 했습니다.

전압을 낮추는 방법에는 여러가지가 있지만 이번에는 스위칭 레귤레이터를 쓰기로 결정했습니다. 전에 시도한 다이오드로 전압을 낮추는 방법은 전류량이 많을수록 다이오드에서 방생하는 열도 심해지는 점 때문에 정전압부 모스펫의 발열이 줄어든 대신 다이오드에서 그만큼의 열이 발생하여 전체적인 발열은 그대로인 셈이었습니다. 그래서 효율이 높아 발열이 적은 스위칭 레귤레이터를 사용하고자 한 것입니다.


스위칭 레귤레이터로 전압을 낮추기

스위칭 레귤레이터에는 많은 종류가 있지만, 구하기 쉽고 저렴하며 사용하기 쉬운 LM2576을 골랐습니다. "SIMPLE SWITCHER; Step-Down Voltage Regulator"라는 설명 그대로 LM2576은 상당히 간단한 회로로 작동이 가능하기 때문에 편하게 쓸 수 있는 스위칭 레귤레이터입니다.

LM2576
LM2576

SHHA에서 사용하는 트랜스의 스펙에서 24V 정전압부 쪽은 AC 30V 1A라 스펙상 1A를 지원하는 LM2575의 사용도 가능합니다. 그렇지만 여유있는 전원 공급을 위해서 그리고 결정적으로 LM2576과 LM2575의 가격차이가 크지 않아서 3A 지원의 LM2576을 택했습니다.


(출처: LM2576 데이터시트)


간단한 회로였지만 만능 PCB 자투리라 여유공간이 부족해 단거리에 점퍼 없는 배선을 하기 위해 애 좀 써야 했습니다.
LM2576 PSULM2576 PSU

제한된 공간에 무리하게 집어넣은 느낌이 좀 드는데 절묘하게도 부품간의 직접적인 간섭은 없었습니다.^^ 스위칭 레귤레이터로 전압을 낮춘 후에 다시 구보다 전원회로로 정전압을 만들기 때문에 출력 전원의 리플이 문제될 여지는 적었지만 조금이라도 전원의 질을 높이기 위해 전원의 리플을 줄이기 위한 L-C 필터도 추가했습니다.

LM2576 PSU 밑면LM2576 PSU 옆면

데이터시트에서 권고하는데로 각 부품을 레귤레이터의 핀 가까이에 배치했습니다. 일점 접지는 하지 못했지만 그 대신 동테이프를 사용하여 접지면적을 충분히 넓혀 일점접지에 가깝게 되도록 작업했습니다. 사용한 부품도 데이터시트에서 권장하는데로 썼는데, 다이오드는 쇼트키 1N5822를, 콘덴서는 삼영과 BC의 Low ESR 타입을, 저항은 1%금속피막저항을 사용했습니다.

엄수호님의 SHHA 제작기의 댓글을 보면 정전압화를 통해 실질적인 효과를 보고자 한다면 최소 5V 이상의 전위차를 확보해야 한다고 이야기하는데, 그 조언에 따라 스위칭 레귤레이터로 전압을 29.1V 정도로 낮췄습니다. 전압 조절용 가변저항으로 싱글턴을 써서 정밀하게 맞추기가 어려웠는데 구보다 전원회로로 다시 정전압을 만드므로 정밀하게 전압을 맞출 필요는 별로 없다고 판단했습니다. 또한 정전압 회로에 공급하는 전압을 낮췄으므로 평할용 2200uF 전해 콘덴서를 내압 50V(삼영 LXV)에서 35V(삼영 NXB) 짜리로 바꿨는데, 이는 NXB 35V의 ESR이 더 낮고 리플 특성이 좋아 스위칭 레귤레이터에서 내보내는 전원의 리플을 낮추는데 보다 나으리라 여겼기 때문입니다.

와이어로 간단히 연결

적용하는 방법은 간단한데 정류 다이오드에서 저항으로 연결되는 패턴을 끊고 정류 전원과 정전압부의 입력 전원, 접지를 스위칭 레귤레이터가 장착된 기판의 전원 입출력 단자와 연결해주면 됩니다.

스위칭 레귤레이터 기판을 케이스에 내장

스위칭 레귤레이터용 기판은 케이스의 AC인렛과 앰프 기판 사이의 빈공간에 장착을 했습니다.


AC인렛이 차지하는 공간 때문에 스위칭 레귤레이터용 기판을 앰프 기판에 바싹 붙여서 좀 답답해 보이긴 합니다.


성공; 심한 발열이여 안녕~

스위칭 레귤레이터의 사용은 성공적이었는데, 높은 효율(70~80%) 덕분인지 전압 차이만큼을 열로 방출하던 방식과 달리 발열이 현저하게 줄었습니다. 섭씨 70~90도 정도로 추정되는 24V 정전압부의 발열이 50~55도 수준으로 낮아진 것입니다.

스위칭 레귤레이터에서 발생하는 열은 예상보다 좀 높았는데 24V 정전압부와 마찬가지로 50~55도 정도였습니다. 아마 사용한 방열판의 방열면적이 적고 앰프에서 소모하는 전류가 많기 때문이라 추측합니다.

그렇게 심했던 발열을 해소하고나니 마음이 편해집니다. 물론 그보다는 만드는 재미(=번거로움?)가 더 크긴 합니다.^^; 사실 SHHA의 24V 정전압부의 발열은 실제 사용에 있어 큰 문제는 아니었습니다. 지난 한여름에도 문제가 없었던 것을 보면 높은 발열로 인해 전원부쪽의 온도가 높아져 그쪽에 있는 콘덴서의 수명이 상대적으로 빨리 감소하기는 하겠지만 크게 문제가 될 정도는 아닙니다. 그렇지만 귀찮게 느껴지지만 않는다면 이렇게 자신이 만든 앰프에 다시 주의를 기울이고 정성을 쏟는 것도 재미(?) 있는 일입니다. 그리고 별 다른 이변이 없는 한 저와 평생을 함께 할 앰프인데 이 정도 수고는 들일만 하다고 생각합니다.^^


밀폐형 볼륨으로 교체

기왕 SHHA에 손댄 것 전부터 마음에 걸렸던 알프스 클릭식 블루벨벳 볼륨을 같은 용량의 토코스 밀폐형 볼륨으로 바꿨습니다. 사용한 블루벨벳이 클릭식이라 마이크로포닉 노이즈가 심한 진공관을 사용할 때 볼륨을 조작할 때마다 아주 미세한 노이즈가 들려서 불편했던 적이 있고, 또한 볼륨을 미세하게 조절하기에 논클릭식 볼륨이 낫습니다.

문제는 사용할 토코스 밀폐형 볼륨(RV24)이 샤시 고정용 볼륨이라는 점인데, 이 경우 볼륨의 고정용 돌기를 제거하고 볼륨을 180도 돌린 뒤에 하드와이어링을 하면 됩니다. 하지만 제 SHHA 케이스의 경우 고정용 서포터가 PCB의 모든 고정용 홀과 딱 맞지 않아 PCB 고정용 블루벨벳 볼륨과 뉴트릭 콤보잭, 고정용 홀 1개로 SHHA 기판을 케이스에 고정을 한 상태라 샤시형 볼륨을 사용할 경우 PCB의 고정 상태가 불안정해지는 것이 염려되었습니다. 그래서 대책으로 케이스와 PCB의 홀을 맞춰주기로 했는데, 아무래도 아무래도 케이스에 새로 구멍을 뚫는 것보다 PCB의 홀을 가공하는 것이 쉽기 때문에 PCB 고정용 홀을 케이스에 맞게 조정하기로 했습니다.

SHHA PCB 고정용 홀 조정SHHA PCB 고정용 홀 조정SHHA PCB 고정용 홀 조정

볼트 고정 부위를 보면 조금씩 어긋나 있는 것을 확인할 수 있는데, 케이스의 PCB 고정용 서포터에 위치를 맞춘 결과입니다. 그라운드 루프 브레이커를 사용하고 있기 때문에 고정용 홀을 가공하면서 노출된 PCB의 접지 부분과 고정용 볼트가 쇼트되지 않게 부싱을 사용해 절연시켰습니다.

토코스 밀폐형 볼륨TOCOS RV24 10KA

그렇게 장착했는데 아쉽게도 최소 볼륨 상태에서 이상한 잡음이 나는 문제가 있습니다. 전에 사용하던 블루벨벳에서는 없던 현상인데, 다른 토코스 볼륨으로 바꿔서 확인해보지 않았기 때문에 토코스 볼륨과 SHHA가 잘 안 맞는다고 일반화하기에는 무리가 있을 것 같습니다. 그래도 최소 볼륨에서 3도 정도만 올려주면 그 문제도 없고 무음 상태가 유지되기에 실사용에는 무리가 없습니다. 또한 토코스 볼륨을 조작하는 느낌이 마음에 들었는데 이 조작감을 포기하면 아쉬움이 더 클 것이란 생각이 들었습니다. 무엇보다 다른 볼륨이나 또 다른 토코스 볼륨으로 바꾸기도 귀찮아져서 그냥 쓰고 있습니다.^^;;
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    이재호 2007.06.08 22:59
    저도 써보니 좋더군요.. TI에서 나오는 소형 스위칭 레귤레이터를 사용하는데.. 양전원만 있으면 +5 -5 짜리도 있고
    효율이 거의 90%이상 나오는데다가 스위칭 주파수가 400Khz나 되어서 과거의 스위칭 파워처럼 오디오에 사용할때
    노이즈 문제가 별로 없더군요..
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    권재구 2007.06.08 23:06
    LM2576.. 좋군요. 그동안 구한 트랜스들이 조금 높아서 걱정인데 좋은 정보군요.. SHHA는 제가 만들어보진 않았지만, 볼륨 교체됐다고 발진?한다는건 조금 이해가 안됩니다.. 저도 최근에 토코스 100K, 500K, 25K..를 쓰고 있는데, 꽤 좋군요. 극히 낮은 대역에서 약간의 쏠림은 있는데, 500K 같은 경우는 거의 어테뉴에이터 생각이 날정도로 좌우가 맞고, 실제 측정을 해봐도 5% 미만의 오차율에 들어왔습니다. 물론 극히 낮은 경우와 극히 높은 경우는 5% 넘습니다. T.T.. 제 생각에 토코스의 단점은 미끈거리는 촉감?.. 그나마 조금 쓰니 오히려 블루벨벳의 딸깍거림이 거슬리는군요.. 최근 블루벨벳 클릭타입을 빼고 있습니다. 미세 게인 조정도 그렇고, 너무 많이 써서 한번 바꿔보려고합니다.
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    권재구 2007.06.08 23:09
    앗.. 단점 하나 더 있군요. 나사부분의 길이가 길어서 노브로 매우려면 짤라내거나, 뒷쪽에 두꺼운 와셔를 써야됩니다.
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    박찬영 2007.06.08 23:29
    이재호님, 최근 올리신 자작 ad1865사용 DAC 잘 봤습니다. TI의 스위칭 레귤레이터가 더 간단하고 쓰기 좋은 것 같은데 전에 스위칭 레귤레이터 알아볼 때 샘플전자에서 가격보고 놀라서 마음을 돌려 LM2576으로 만들었습니다.^^;

    권재구님, 높은 전압의 트랜스에 스위칭 레귤레이터가 꽤 유용할 것 같습니다. LM2576은 45V까지 가능한데 더 고압용 스위칭 레귤레이터도 있는 것으로 압니다. 발진(?)이란 표현은 앰프가 비정상적으로 작동한다는 오해의 여지가 있어서 이상한 잡음으로 바꾸겠습니다. 볼륨의 문제일 것이라 추측하고 있습니다. 저도 토코스 볼륨의 극히 낮은 대역에서 약간의 쏠림이 있는 것을 느끼는데 그 점이 불만입니다. 그렇지만 샤프트 회전 감촉이 마음에 들어서 애용합니다. 덕분에 클릭식 볼륨은 퇴출위기에 처했습니다.^^;;
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    황용근 2007.06.08 23:54
    볼륨 출력과 진공관의 그리드 사이에 100옴 정도의 저항을 삽입하시면 그 문제는 아마 해결될 것 같습니다
    이를 그리드 스토퍼라고 하는데, 대부분의 경우 진공관 입력에 직결된 볼륨으로 인한 트러블을 없애 줍니다.
    문협님 SHHA에서도 토코스 볼륨을 썼었는데, 그 때도 볼륨을 최소로 내릴 때 '퍽'하는 팝노이즈와 찬영님이 언급한 극저 볼륨에서의 잡음 문제가 있었는데, 그리드 스토퍼를 달고 나니 말끔히해결되었습니다 ^^
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    박찬영 2007.06.08 23:58
    용근님 조언 감사합니다.^^
    볼륨의 문제인가 의심했는데 그 때문이었군요.
    당장 해봐야겠습니다.
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    배종선 2007.06.09 09:59
    스위칭 레귤레이터를 오디오에 사용하는 것에 대한 거부감이 많았는데, 좋은 경험을 하셨군요.
    리니어 레귤레이터의 발열문제를 해결하면서도 스위칭노이즈로 인한 문제가 그리 크지 않았나봅니다.
    YHHA를 만들때도 레귤레이터의 발열로 곤란한 점이 많았는데, 스위칭레귤레이터를 사용해봐야겠네요.
    혹시 벅 레귤레이터(전압강하용)이 아닌 플라이 레귤레이터(전압승압용)를 사용해보신 적이 있는지요?
    진공관은 전류량을 많이 필요로 하지 않지만 높은 전압을 필요로 하므로 승압용 레귤레이터를 사용하는 것은 어떨까 합니다.-_-?
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    권재구 2007.06.09 11:17
    제가 회로는 깡통이라.. 보통 진공관류 회로를 보면 입력(그리드)+그라운드에 50k~1m의 저항을 쓰지않나요..?
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    박찬영 2007.06.09 12:03
    그리드 스톱퍼로 최소 볼륨일 때의 잡음 문제 해결했습니다.^^ 덕분에 편한 마음으로 SHHA로 음악 듣고 있습니다. 회로에 대해 무지하다보니 어떤 원리인지 잘 모르겠네요.

    배종선님, 저는 승압용 컨버터를 써본 적은 없는데 전에 전일도님이 H2앰프에서 LM2577 Step-up 커버터로 플레이트 공급 전압을 높인 것을 본 적이 있습니다.
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    황용근 2007.06.09 22:03
    재구님, 물론 그런 경우도 있지만 그정도 용량이면 대부분 NFB를 위한 피드백 저항일 것입니다. 모건존스나 여타 넌피드백인 진공관 입력 헤드폰앰프의 예를 보면 보통 수백옴대가 걸려 있습니다.
    문제가 해결됐다 하시니 다행입니다 ^^
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    박찬영 2007.06.10 00:19
    예, 문제의 원인을 몰라서 막연히 볼륨 때문인가 하고 고민했는데 용근님 덕분에 해결할 수 있었습니다. 고맙습니다. ^ㅡ^
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    한병희 2007.06.10 15:55
    음... 이거 좋군요... 전 실험실에서 사용하는 SHHA 발열 해소를 위해 상판위에 놀고있던 펜4용 시퓨 쿨러를 USB 5V에 물려서 올려놓았습니다... 이거 올려놓으니 온도가 거의 30~40도 정도로 잡히더군요.. ㅎㅎㅎ

    헌데 이상한것은 기숙사에서 사용하는 SHHA는 한나절을 켜놓아도 온도가 미지근한 정도 밖에 올라가지 않습니다... 실험실 SHHA는 한시간만 켜놓아도 뜨끈뜨끈한데 말이죠... 언제 한번 뚜껑열고 이유를 찾아봐야겠습니다...^^
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    이재호 2007.06.10 20:02
    진공관 플레이트 전압용으로 200V정도로 승압해주는 스위칭 레귤레이터를 만들어 보려고 준비중입니다.
    일반 boost 형으로 하면.. 전압 상승폭이 너무 높아서 곤란하고(12V입력시) 트렌스 포머를 사용해서

    리츠선으로 12회 정도 감은 1차에 SMPS 12V 입력을 걸어주면.. 2차코일을 10배수로 얇게 감아서 400V정도까지
    출력되는 SMPS를 만들어 본적이 있습니다.

    여기서 나온 400V를 가지고 정밀한 정전류 드라이브 mos fet를 통하여 전류계측에 사용하였는데..

    400v출력시 노이즈는 1밀리볼트도 안되게 나왔습니다. 스코프 상으로도 노이즈를 전혀 찾아볼수가 없었구요..

    크게 어려움없이 가능하다고 생각됩니다.
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    이재호 2007.06.10 20:03
    그런데 위의 제가 쓴 내용에 적합한 트렌스 포머를 쉽게 구할수 있는게...버려진 구형 PC파워 서플라이입니다.
    거기에 보면 노란섹 테잎으로 감긴 트렌스 포머가 있는데.. 220V입력측과 12V출력측 코일을 쉽게 찾을수 있습니다.

    그러면 이걸 반대로 사용해서 12V출력측을 입력으로.. 220V입력을 출력으로 사용하면 쉽게 고주파 트렌스를 얻을수 있습니다.


  1. MUSBDAC 작업완료했습니다.^^

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