■ トランジスターの対敵は発熱

• トランジスターの破損原因
  　パワートランジスターやパワーＭＯＳ−ＦＥＴは、パワーアンプの電源用スイッチング素子や電力案増幅段に使用されています。 このような素子の主な破損原因は、
  1. その素子の耐圧を越えて使用したときの破損
     
  2. その素子の許容温度を超えて使用したとき
     
  3. 落下などの物理的衝撃
     

  このうち、１．の耐圧については通常、アンプの設計時に余裕を持たせた設計をしていますので、耐圧が原因の破損は起こりにくいと思われます。

  ３．の物理的衝撃によるトランジスター内部の破損は最近の素子では殆ど起こりません。ただし、基板との半田付け部分で振動などによる金属疲労で折損するケースがあります。
  　　

  従って、パワートランジスター破損の原因の大部分は、２．の許容温度を越えたことによるものです。

■ 製造上のバラツキに起因する破損

　現在のパワートランジスターは、全てシリコントランジスターです。非動作状態でも、ある一定の温度を超えると破壊します。動作状態のパワー アンプではＢ級，ＡＢ級動作の場合、出力が大きくなると、発熱量も比例して増大します。この発熱をトランジスターから逃がしてやらないと、どんどん温度が上昇し、ついには破壊してしまいます。カーオーディオの場合、ホームオーディオに比べて周囲環境が悪いため、この発熱を速やかに発散させるため、熱伝導率の良いアルミを使用してシャーシ自体を放熱器として使用しています。

しかし、一見同じようなパワーアンプでも設計や製造時のバラツキなどでかなり差が生じます。具体的には、

• シリコングリスの量や締め付けトルクのバラツキ

  カー用パワーアンプのシャーシーはパワートランジスターの放熱器を兼ねているので、放熱効率を高めるため、各メーカーとも肉厚の設定や放熱フィンの数などに工夫を凝らしています。パワートランジスターをシャーシーに取り付ける際には、熱が良く伝わるようにシリコングリスまたは、シリコンゴムシートを間に挟んで取り付けます。しかし、シリコングリス量のばらつきやトランジスタを固定するネジの締め付けトルクのばらつきにより放熱効率の悪いトランジスターが生じ、アンプをハイパワーで使したときに、このトランジスターが破損しやすくなります。このような事はシャーシー構造についても同じで取り付ける場所により、放熱しやすい場所としにくい場所が生じ、放熱しにくい場所に取り付けられたトランジスターが破損しやすくなってしまいます。

• パワートランジスター自体のバラツキ

  今まで述べたことが全て同じ条件であったとしても、トランジスター自体にばらつきがあり、並列使用した場合、電流の流れやすいトランジスターに電流が集中し、壊れやすくなります。

■ その他の部品の破損

　半導体以外の部品で、最も破損しやすいのは電源用電解コンデンサーです。
電解コンデンサーは、内部に電解液という液体が封入されていて、コンデンサーが暖められると液体が蒸発してしまい、ついにはコンデンサーとしての機能を果たせなくなってしまします。これをドライアップといいます。
通常、カーオーディオ用パワーアンプの電源平滑用には１０５度２０００時間規格の物が使用されています。これは、摂氏１０５度の環境で使用したとき、最低２０００時間性能を保証する規格です。

　電解コンデンサーには、１０度２倍の法則というものがあって、使用温度を１０度下げると２倍長持ちするというものです。この事からもわかるように、ちょっと温度に対する配慮をすれば何倍も寿命を長くできるという事です。

■ 保護回路について

　パワーアンプに搭載される保護回路には各種ありますが、それらのうち、温度に対するものにサーマルプロテクターがあります。この保護回路はヒートシンク温度がある一定の温度を超えると、パワーアンプの電源を自動的にオフにするか、ミュートをかける回路です。しかし、この方式の場合、マルチチャンネルアンプの特定のチャンネルのみハイパワーで使用したとき、保護回路が有効に働かない場合があります。また、出力をショートさせた場合は、瞬時にトランジスター内部の温度が上昇し、放熱する間もなく破壊するときがあります。

　マルチチャンネル・アンプを使用するときは、各チャンネルの出力が均一になるように使用しましょう。チャンネル間の出力に大きな差がある場合、２チャンネルアンプを複数台使用した方が良いでしょう。

　以上、パワーアンプの破損原因について述べてきましたが、パワーアンプの最大の敵は温度だという事が理解していただけたと思います。愛用のアンプを少しでも長持ちさせるために参考にしてください。

(97/10/10)