LM380を駆動するための電源回路について、トランスの電流容量はいくら必要か？

LM380というオーディオ用のICで、出力負荷８Ωのパワーアンプを製作しようと思っています。
2次側センタータップ付きの電源トランスでAC100V→AC24Vに降圧し、両波整流でセンタータップを基準にDC16V（AC12Vを整流すると無負荷時は√2倍のDC17V程度が得られますが、整流ダイードの電圧降下などを考慮し16V程度になると考えます）を作り、LM380を駆動させようと考えています。
そこで、この時の最大消費電流がどれくらいになるか計算し、電源トランスの電流容量がいくら必要か考えました。

画像は、ＬＭ380のデータシートの一部抜粋で、電源電圧と消費電力の関係を示した特性グラフです。
供給電圧がDC16Vの時では、最大消費電力が1.7Wであるため、LM380に供給される最大電流は、
1.7(W)÷16(V)＝0.10625(A)
と考えました。
電源トランスは、電流容量表示の0.63倍のDC電流までしか取り出すことが出来ないと聞いたことがあります。
よって、この場合に必要な電源トランスの電流容量値は、
0.10625(A)÷0.63＝0.16865…
となり、余裕をみて0.2Aと結論しました。

長文になってすみません。この考えは正しいでしょうか？
ご指摘などよろしくお願いします。

質問者からの補足コメント

• すみません。私の説明が不十分でした。
  この特性グラフは、LM380への供給電圧が12V　14V　16V　18V　20V　22Vの各場合において、LM380の出力に８Ωの負荷を繋げ、出力電力を変化させた場合(横軸)のLM380の消費電力の変化(縦軸)を表したものと思います。
  今回は、供給電源電圧として16Vで考えているので、グラフから最大消費電力は1.7Wと読み取りました。
  ちなみに、出力のひずみ率を10％まで許容するなら、出力電力は3W程度までとれることを意味し、この時のLM380の消費電力はピークから落ち、1.4W程度になることを意味していると思います。
  腑に落ちないのは、LM380の出力電力が3Wの時の消費電力が1.4Wしかないことです。
  最大消費電力は1.7Wで、最大消費電流は1.7(W)÷16(V)＝0.10625(A)と考えてよいのでしょうか？

  
    補足日時：2017/08/06 20:50

• ご回答ありがとうございます。
  
  今回の場合のDevice Deissipation は、仕事をすることなく熱として放出された無駄なエネルギーと解釈してよろしいでしょうか？
  
  Outpuｔ  Powerは実際に仕事をした電力なので、単純ではないでしょうが、
  「Device Deissipation ＋ Outpuｔ  Power≒LM380の消費電力」と考えても差し支えないでしょうか？
  
  であれば、3W出力時の消費電力は3（W）＋1.4（W）＝4.4（W）となり、効率は3（W）/4.4（W）≒68.2％
  
  Device Deissipationが最大時1.7Wの時は、グラフからOutput Powerは1.7Wなので、効率は50％となりますね。

  No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2017/08/07 18:38

No.4 ベストアンサー 回答者： bogen555 回答日時： 2017/08/08 10:05

消費電力は、（LM380の損失）＋（出力電力）だから、最大消費電力は3W+1.4W=4.4Wです。

LM380に供給される最大電流は、
4.4(W)÷16(V)＝0.275(A)
です。余裕をみて0.3Aとすればよいでしょう。
なお、両波整流の場合は、トランスの定格電流と直流出力電流は等しいと考えるから、24V・0.3Aのセンタータップ付きトランスでOKです。
電源トランスは電流容量(RMS)表示の0.63倍のDC電流までとゆうのは、ブリッジ整流の場合で、両波整流の場合は1倍です。
考え方によっては、1A（片側）×2＝2A（両側）だから、0.5倍とも言えます。

> AC12Vを整流すると無負荷時は√2倍のDC17V程度が得られますが、…
これは実測で確認したんでしょうか？
まずおかしいのは、自宅の公称AC100Vは、実際には何Vでしょうか？
また、トランスの電圧変動率はJISによると、
・定格出力が3VAを超え10VA以下の場合は、電圧変動率は40%以下
・同様に10VAを超え20VA以下の場合は、電圧変動率は30%以下
・以下略
となっています。
（電圧変動率）＝｛（無負荷時出力電圧）－（定格負荷時出力電圧）｝÷（定格負荷時出力電圧）
ですが、このトランスは24V×0.3A＝7.2VAだから、電圧変動率は非常に大きいと思われます。
例えば40%よりも良くて30％とすると無負荷時には15.6V×2となり、直流出力電圧は約22Vです。
これに質問者の自宅の公称AC100Vの実際の電圧で増減します。
とゆうわけで、無意味な計算で無負荷時は√2倍のDC17V程度などと言わずに実測を薦めます。

この回答へのお礼

分かりやすく説明いただきありがとうございます。
今回の場合、Device Deissipation ＋ Outpuｔ  PowerがLM380の消費電力と考え、消費電流を計算すればいいのですね。
また、トランスの電圧変動率の規格は知りませんでした。採用予定のトランスの出力電圧値が、表示の電圧値に対し、大きく増減する可能性があるのですね。実際に購入して測定してみます。

お礼日時：2017/08/13 16:12

No.5 回答者： bogen555 回答日時： 2017/08/08 11:48

ANo.3を見て、昔職場であったことを思い出しました。

直流電力の計算に交流電流実効値を用いた人がいて、みなで大笑いしました。
直流電力の計算には、交流電流実効値ではなく、交流電流平均値すなわち直流電流を用います。
この場合、直流電源（正確には平滑コンデンサ）から供給される電流は、正弦波のプラス側です。
正弦波のマイナス側は、スピーカからグラウンド(0V)に流れます。
とゆうことで、直流電源から供給される直流電流は
Idc=√2・Iout/π=0.275A
と、ANo.4と等しくなります。
これは「エネルギー保存の法側」から言って、当然のことです。

No.3 回答者： xpopo 回答日時： 2017/08/08 09:31

まず、出力PoutがPout=3Wの場合、出力電流Ioutはスピーカの抵抗Rspを8Ωとして、

　　
　　Iout=√（Pout/Rsp）　　（１）

で計算できますから、値を入れて計算すると、

　　Iout=√（3W/８Ω）＝0.61A

となります。したがってトランスには最低限、この電流を流せる能力が必要になります。実際に必要なトランスの電流容量は

　　0.61A/0.63＝0.97A

ですから、１A程度の電流容量のトランスが必要になります。しかし、歪率が１０％を超えても良い場合は電流はもっと増えますから、ICのピーク電流の最大定格値1.3Aまで流せるようにしておいた方が良いと思います。

　朽子さんが考えた計算はLM380の損失を計算しただけです。損失の計算はICの放熱を設計するうえで非常に重要ですが、このような消費電流を計算する場合には不要です。

No.2 回答者： air_supply 回答日時： 2017/08/07 10:14

Device Deissipation Outout とは、デバイスの放熱 のことですね。

CPU 等の場合は、TDP は熱設計電力値として消費電力と同等の扱いになっていますが、このようなデバイスの場合は、純粋に熱的容量を示していると思われます。実際の出力が 3W もあるのに、消費電力がそれ以下と言うことはあり得ませんね。

従って、3W 出力時の電力は、仮に LM380 がオーバーオールで 50% の効率をもっているとして、3×2[W]÷16[V]=0.375[A] となり、0.5[A] 程度のトランスは必要でしょう。

No.1 回答者： air_supply 回答日時： 2017/08/06 15:51

LM380 の効率はどれくらいかは判りませんが、出力が 1.7W あるとしたら取り敢えず 50% で計算すると安全係数としては十分でしょう。

1.7×2[W]÷16[V]=0.2125[A]

"電源トランスは、電流容量表示の0.63倍のDC電流までしか取り出すことが出来ない" と言うのは、下記のことでしょうか？ これは全波整流の場合なので、センタータップとはちょっと違います。0.63 倍と言う係数よりは多くなるでしょうが、係数としてはそのまま使っても差し支えないでしょう。
https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/questio …

0.2123[A]÷0.63≒0.34[A]

余裕を見てトランスの電流容量は 0.5[A] あれば大丈夫でしょう。センタータップ付きトランスで AC12V で整流・平滑しただけので電源だと、負荷電流に変化に電圧は安定しません。トランスの巻き線抵抗分の電圧降下がありますので、AC12V で整流後の直流電圧が DC16V だとしても負荷電流によって、その電圧も変化します。

もし安定した直流電圧が欲しい場合は、下記のような安定化電源が適しています。シリーズレギュレータなので効率は悪いですが、スッチングレギュレータよりノイズの面で有利でしょう。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00095/　←　大容量出力可変安定化電源キット LM350T使用　最大3A
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-09612/　←　出力：12/14/16/18/20V 1A
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00129/　←　ブリッジダイオード 600V 4A

入力電圧は、出力電圧より 3V 高い必要があります。DC16V が欲しい場合は、DC19V 以上を入力する必要がありますので、トランスは AC100V：AC19V 0.5A 程度ですが、秋月電子通商では上記がありました。AC18V 1A が丁度良いと思います。後、ブリッジ整流器が必要です。AC18V は整流すると約 1.4 倍になりますが、負荷電流に応じて 2 次電圧は低下しますので、AC≒DC とみてよいです。それに安定化電源を通しますので、16V が安定に取り出せます。リップルも、直接整流・平滑よりは少ないはずです。