デジタルアンプTA2020-20自作でのWワット数計算方法（ヒューズ、アダプタ）

質問

TA2020-20（ 20W+20W ）を使用したデジタルアンプキットを製作予定です。
初心者なので、「ヒューズ」は必ず組み込む予定です。

参照テキスト（書籍 P82）は、ケース内蔵スイッチング電源形式で
コンセントAC100Vとスイッチング電源12V2．5A間の交流上に
「1A ヒューズ選択 = 安全マージン数倍 * （ 約0．5A = AC100V / 30W電源（12V*2．5A）と効率計算考慮 ）」
というシロウト目にもわかりやすい計算式で説明されています。

自分は内蔵ではなくスイッチングACアダプタ12V5Aを選択予定ですが
直流電流に変換された回路上にヒューズを組み込む場合 たとえば「125V1A」や「250V0．5A」を選択すればいいのでしょうか？

<自分の立てた計算式>
125V*1A =250V*0．5A = 125W ← （アダプタ直流出力 12V*5A=60W）* 数倍マージン

ヒューズの質問回答をみると 125Vや250Vは耐圧上限の数値らしく計算には関係ない数字にもみえます。

この場合だと 素直に 「12V5A」の数倍マージン 「125Vor250V 10Aや20A」を選択しなくてはいけないことになります。
マージンが大きすぎればヒューズの意味もなくなるだろうし。
どちらが正しいのでしょうか。ご教授いただければ幸いです。

参照サイト（ACアダプタ使用でヒューズ組み込み）では、
12V2Aで2A（見た目等倍）のヒューズという例もあり、
さらに混乱しております。

PS
ちなみに アンプ出力が20W+20W 40W 効率88% = 約45Wということで
テキスト（P25）では12V2．5A（30W）や4.3A（51.6W 少しオーバー）、
を選択していますが、メーカー推奨や他製作参考サイトでは12V5A（60W）アダプタを使用しております。
自分自身、フルボリュームで鳴らすことはないはずですが、
これだけのWワット数オーバーでも大丈夫なのでしょうか。特に「SuperCOMスペシャルキット版だとインピーダンス8Ωで半分の出力の10W+10W設定」になっていて
かなり不安です。20W←→60W 3倍の開き
このへんのマージンの取り方の知識がないので、ヒューズと関連してアドバイスいただければ幸いです。

回答No.4

gimoshi444

No.3の回答に対して、補足説明を頂きましたので、回答させていただきます。

>ただ、その1/60秒サイクルの明滅スケール（グラフの横軸）が自分の経験律やイメージでおきかえられない、というところです。
>発火・事故の危険性というのは、その1／100秒スケールで回路に過大電流が流れることで発生するのかな？という疑問というか。

ヒューズ溶断時に、電流が1／100秒スケールで停止（ＡＣ用ヒューズの場合）するか、
アーク放電が持続（ＡＣ用ヒューズを高圧のＤＣ回路に使用した場合）するかで問題となるのは、
回路に過大電流が流れるかではなく、ヒューズが発火源となって周辺の部品、構造物に類焼するか否かです。
例えば、プラスチックにライターの炎を近づけた場合、0.1秒程度ではプラスチックは発火しませんが、
5秒も近づければ発火します。
同様に、ライターの炎に手の指をすっと通過させても熱さをほとんど感じませんが、
5秒もかざせば火傷してしまいます。
これと同じで、ヒューズが溶断してアーク放電が1/100秒程度続いてもアーク放電により周辺部品が類焼することはありませんが、
アーク放電が5秒も継続すれば周辺の部品が類焼して事故になる可能性が大です。

>ヒューズのスペック表をみると過大電流が流れて即断線するわけではなく（ここもちがったら失礼）、
>数秒だったり数分？の猶予をもってきれるよう設計されているのに、その1/100秒スケールの余剰流入でリスクがある、
>という解釈でいいのだろうか？というところです。両pdf内の発火・破裂画像を否定しているわけではないです

前述しましたように、私が問題としているのは回路に過大電流が流れるかではなく、回路に過大電流が流れた場合に
溶断して事故を防ぐ役割のヒューズが、逆に発火源となって周辺部品が類焼する危険性についてです。
質問者さんの言われているように、回路に過大電流が流れてもヒューズは即断線しませんので、
断線するまでの時間で、回路が発火などの事故が発生しないような設計をする必要があります。

>さらに脱線で、家庭100V電圧をテスタ測定すると140V表示されたトラブル時「140V= 100V * √2 」で問題ないことは知っているのですが、
>pdf内の関連説明で 125V耐圧で140Vがなぜ大丈夫なの？と本気で思っています

一般的にヒューズはＡＣ定格ですので、125V耐圧と言われているヒューズはAC125Vまで使用できます。
つまり。ピーク電圧：177V（125×√2）の耐圧があります。

以上参考にしてください。

追加
アンプは一発で動作したようで、おめでとうございます。
私も、アンプは、50W級のDCアンプ（すべてディスクリーと部品で構成）からヘッドフォンアンプまで
多数作製しましたが、完成するまではかなり熱中しますが、完成すると数回聞いただけのアンプも
ありますので、質問者さんのできたときの感想はなんとなく理解できます。

今後ともいろいろなものを製作して楽しんでください。

お礼

こんばんは、補足ありがとうございます。

ゴール（「ACヒューズとDCヒューズの差異・危険性」、可能ならばDCヒューズを使った方がいい、「AC125V定格電圧=家庭用AC100V用」etc）は確定しているのですが、そこまでのルートが霧がかかっている状態でした（です）。

枝分かれしすぎてスパゲッティ状態のままのお礼文だったのですが、
文をアップ後思いついた断片の一つが、
「ヒューズの危険性」を
「ヒューズそのものが発火・破裂する物理的事故の危険性」（両pdf内事故画像）と、
「保護対象回路がクラッシュする機能消失（これも物理的ですが）の危険性」
の二つの危険を自分が混同している可能性でした。
いいかえれば、この二つの危険性を線引き二分してもいいのかすらわからないため、
あんなお礼文になったのだと思います。

gimoshi444さんのが解きほぐしてくれたのが、この着目点だったので
すんなり頭にはいり、かなりスッキリしました。
なるほど、基本的には前者の危険性をさしていたわけですね。

後者の危険性とヒューズの形態についても補完してくれたことで
さらに回答疑問のコントラストがあがって本当にわかりやすかったです。

補足

文面から推察されましたが、やはりオーディオ系でも
大先達の方だったんですね。
祝辞ありがとうございます。
gimoshiさんのような知識（とさらに経験）ベースを伴って
コンポーネント製作or設計できるのが、本当に理想です。

ただ同時にハツモノだけがもつ喜びや興奮っていうのは
この後、どんなハイグレードなものをつくれたとしても
かえられないものが含まれているのを知っているだけに
自分自身本当に残念というか、
ハツモノ耐性ができてしまっていることに驚いたというか、
なんでトラブルが発生しなかったんだと理不尽なことを思ったりしています。

さらに裏をかえして、
じゃあ、鉱石ラジオあたりから初めて0スタートから
「一（オームの法則）からしっかりステップを踏んで」というアプローチは
往々にして挫折することも（高齢者パソコン取得系）知っているわけで、
無謀としりつつ、このキット（動機付けとなるだけの性能・評判）を選んだことも
正解だと思っているのですが、
インストラクターにおぶさった体験スカイダイビングみたいなものですから、
ここからうまく発展できればと思っています。

回答No.3

gimoshi444

No.1の回答に対して、
「直流の場合、0Vになるタイミングがなく常に電圧が発生しているため、
溶断しても続流がながれる場合」を私の理解度では咀嚼することができませんでした。
とのことですが、以下のアドレスの2ページ目をご覧ください。
概略はお分かりいただけるかと思います。
http://www.socfuse.com/j/products/pdf/169-178P.pdf

なお、No.1の回答にも書きましたが、DC12V程度の低電圧であれば、
AC125V用であれば問題ありません。

お礼

こんばんは、紹介サイト拝見いたしました。
自分もこんなサイトを発見

「DCヒューズで危険なアーク放電をシャットアウト！」
http://www.product-search.jp/Image/Application/PDF5251.pdf

詳細はほぼ同一で理解しやすい内容でした。

ただ「理解できない」ことそのものを言葉にできないというか。（以下かなり混同、失礼）
　無理やり言葉にすると、交流電源がサインカーブを描き0点になる状態があるために、
常に一定電圧の直流よりもリスクが少ないことは両pdf内の画像が視覚的な説得力があります。
ただ、その1/60秒サイクルの明滅スケール（グラフの横軸）が自分の経験律やイメージでおきかえられない、というところです。
発火・事故の危険性というのは、その1／100秒スケールで回路に過大電流が流れることで発生するのかな？という疑問というか。
ヒューズのスペック表をみると過大電流が流れて即断線するわけではなく（ここもちがったら失礼）、
数秒だったり数分？の猶予をもってきれるよう設計されているのに、その1/100秒スケールの余剰流入でリスクがある、
という解釈でいいのだろうか？というところです。両pdf内の発火・破裂画像を否定しているわけではないです
（裏をかえせば、高速度撮影された動画ファイルだったらむしろ一発で理解できるかもしれません）。

断線されても電流が流れるというのは「アーク放電」という語でやっとふにおちました。
別件で調べていた「コンセントプラグを壁コンにさしこむ寸前にスパークが発生する場合がある」現象がまさに「アーク放電」であり、
（ヒューズ部分が）断線して中空でも電流が流れる現象を、実際に自分の目で体感していたわけです。
ただこれも「アーク放電」という単語を知っているだけで、詳細は全くわかりません。
一時が万事その低いレベルなので申し訳ない限りです。

さらに脱線で、家庭100V電圧をテスタ測定すると140V表示されたトラブル時「140V= 100V * √2 」で問題ないことは知っているのですが、
pdf内の関連説明で 125V耐圧で140Vがなぜ大丈夫なの？と本気で思っています。

だから125Vがそもそも家庭用100Vの規格（海外とかそのへんは不明）それが140Vだからと反論して使えない”ほうが”おかしい。
と、gimoshi444さんの解説とpdfファイルをワンパックでまるのみすることにしています。

重ねてありがとうございました。

補足

■経過報告■
実はすでにTA2020-20デジタルアンプキット完成しております。
作例サイトでは「パスポートサイズ」が多いのですが、
余裕をみて大きめのケース（かつフルアルミ衝動をおさえて、価格と工作製から樹脂製パネル タカチ製 CM-180）を選択しました。
しかし、それでもヒューズを仕込むスペースがとれず
またこのパーツだけ未配のため
オミットしてしまいました。

一気呵成に一日で キットハンダ付けからケース加工、取り付けまで
完了したのですが、断線・短絡・極性ちがいといったトラブルもなく、
すんなり一発成功したため、
（初音だし時ボリュームを最小にしぼっていたぐらい）
「涙がでそうな」ほどこみあげるものがないのが
自分自身かなり意外でした。
製作中は異常なぐらいハイテンションだったので逆に。

これが自分の実力ではなく当回答や先達の作例サイトと
計算式不要でくみ上げられる低難度キットを上梓してくれたショップのおかけであることは重々承知しております。
本当に多謝です。
疑問は山積みなので、また機会があればよろしくお願いいたします。

回答No.2

imperiaude

大抵のACアダプタにはヒューズ等の過電流対策が組込まれていますので、あらに外付けする必要はありません。もし、心配であればヒューズの代わりにポリスイッチというのも使えますよ。http://www.sengoku.co.jp/CategoryIndex/fuse-cjt.htm

お礼

はじめまして、ベースにしている参照テキスト
「デジタルアンプキット+PICマイコンではじめる電子工作」
にも同様の記述があったのですが（ゆえに作例ではヒューズをしこんでいません）
サイト上の作例のいくつかではヒューズを導入しており
飾りでもいいので導入してみようかと思った次第です。

矛盾しますが、書籍やキット回路図、作例の完全トレース予定で
（指示通りに半田づけして、組み込んで～という流れです）
応用力0のドシロウトなので、こういうイレギュラーな要素に
対応できずやぶへびになる可能性に恐々としています。

ポリスイッチもはじめて知りとても感謝しております。
現在これを導入するイメージはないのですが、のちのちに役にたつ状況がくるのではと思っています。
なんとかこのキットを完成して、カスタマイズなり、で発展させていきたいと思っているので。
この度はありがとうございました。

回答No.1

gimoshi444

まず、スイッチングACアダプタ12V5Aを選択予定のようですので、
ACアダプタからの出力電流を計算してみます。

使用されるスピーカーのインピーダンスがわかりませんが、以下の、TA2020-020のスペックシートに記載されている
81% @ 20W 4Ω を参考にして計算しました（8Ωよりも効率が悪いので、こちらで計算しました）。
http://www.kafka.elektroda.eu/pdf/tripath/TA2020.pdf

ＬＲ合わせて40Wを出力するとして、これに効率（81%）を考慮すると49.4Wになります。
スペックシートでは、供給電圧が13.5Vですので、12V出力のACアダプタですと、多少出力は低下すると思いますが、
多少強引ですが誤差の範囲として無視すれば、12Vで49.4wを取り出すと、ACアダプタからは4.1Aの電流が流れることになります。
一般的なヒューズは、定格電流の130%～160%で溶断する特性を持っています。
つまり、130%の電流を流しても溶断しません。
この特性をマージンとして考えれば、定格電流4～5Aのヒューズを選択すればよいのではないでしょうか。

なお、同様に計算すると、88% @ 12W 8Ω の場合は、ACアダプタからは2.3Aの電流が流れることになりますので、
2.5A程度のヒューズで良いと思います。

ところで、ヒューズにはＡＣ用とＤＣ用があります。
質問者さんの書かれている「125V1A」や「250V0．5A」は、ＡＣ用であり、100V機器はAC125V、200V機器はAC250Vを使用しますが、
DC100V回路ににAC125V用ヒューズを使用すると、最悪の場合過電流でもヒューズが正常に溶断しない場合が発生しますので、
注意が必要です。
理由は、ＡＣは50Hzまたは60Hzであり、50Hzですと1秒間に100回電圧が0Vになるタイミングが発生します。このために、
ヒューズが溶断した場合、続流が発生してもこのタイミングで電流が流れなくなり、以降電流は流れません。
しかしながら、ＤＣの場合は、ＡＣのように0Vになるタイミングがなく常に電圧が発生していますので、
ヒューズが溶断しても続流がながれる場合がありますので、ＤＣ用ヒューズを使用する必要があります。

ACアダプタの出力電流が12Vと低いので、AC125V用またはAC250V用を使用しても特に問題はありませんが、
できれば定格電圧が12V用以上のＤＣ用ヒューズを使用してください。

以上参考にしてください。

お礼

はじめまして、こんばんは。週末を利用して他関連項目とあわせて
熟読させていただきました。
まず、TA2020-20のスペックシートをDLしました。
食わず嫌いで後回しにしていましたが、必須情報が満載で
完全に泥縄ですが、事前にこれをチェックしておいてよかったです。

ここからヒューズの解説もシロウトの私にもわかりやすく導かれていて助かりました。
とりあえず125V10Aにあわせて5A（こちらを挿入予定）を調達しました。

問題はDC用ヒューズの存在ですが、「交流の場合、0Vの瞬間に電流が流れなくなる」というのは理解できるのですが、
「直流の場合、0Vになるタイミングがなく常に電圧が発生しているため、
溶断しても続流がながれる場合」を私の理解度では咀嚼することができませんでした。
シロウト目には「直流の方が物理的に断線された瞬間に電流は遮断される”っぽい”」【イメージ】がぬぐえないんです。
近いところだと、「コンデンサ」の仕組みと構造が”理解”はしても、”納得”できないことに似ています（逆かも）。
導体と導体の間に絶縁体をはさんでいて電気は流れないはずなのに、
電荷を蓄積して放出することで、交流は通して、直流はとおさないという現象

ただ特に問題ないとのコメントをいただき、DC用ヒューズが一般部材としてみつからないので、
最悪ただの飾り状態でもまあいいやとわりきってそのまま125V5Aでいってみます。

ご丁寧な回答、本当にありがとうございました。