Czy obwód audio może być zasilany z zasilacza impulsowego?

Większość obwodów audio jest zasilana dużymi, ciężkimi transformatorami i niewielkim tętnieniem po wygładzeniu. SMPS są mniejsze i bardziej wydajne. EMI może być ekranowany metalową obudową, a wyjście filtrowane w celu tłumienia szumów.

Zwłaszcza tam, gdzie moc będzie dalej regulowana. Dlaczego zasilacze impulsowe nie są używane w obwodach audio, np. wzmacniacze mocy i jakie ulepszenia można wprowadzić, aby SMPS pasował do obwodu audio?

Pozwól, że dam ci trochę informacji o sobie ... Pracuję zawodowo w branży audio od ponad 14 lat. Zaprojektowałem obwody dla większości dużych firm pro-audio, jednej firmy audiofilskiej i kilku firm audio. Chodzi o to, że byłem w pobliżu i wiem dużo o tym, jak powstaje dźwięk!

SMPS może i jest używany do obwodów audio! Używałem ich od czułych przedwzmacniaczy mikrofonowych po ogromne wzmacniacze mocy. W rzeczywistości dla większych wzmacniaczy mocy są one obowiązkowe. Gdy wzmacniacz osiągnie kilkaset watów, zasilacz musi być bardzo wydajny. Wyobraź sobie ciepło wytwarzane przez 1000 watowy wzmacniacz, jeśli jego zasilacz był tylko w 50% sprawny!

Ale nawet na mniejszą skalę wydajność SMPS często ma sens. Jeśli obwód analogowy jest odpowiednio zaprojektowany, wówczas szum z zasilacza zostaje odrzucony przez obwód analogowy i nie wpływa na hałas (bardzo).

W przypadku aplikacji wrażliwych na hałas można zastosować podejście hybrydowe. Powiedzmy, że masz ADC, który wymaga + 5v. Możesz użyć SMPS do wygenerowania + 6 V, a następnie super-niskoszumowego liniowego regulatora, aby obniżyć to do + 5 V. Uzyskujesz większość korzyści z SMPS, ale niski poziom hałasu regulatora liniowego. Nie jest tak wydajny jak zwykły SMPS, ale to są kompromisy.

Należy jednak pamiętać o jednej rzeczy ... SMPS dla aplikacji audio musi być zaprojektowany z myślą o dźwięku. Oczywiście potrzebujesz lepszego filtrowania na wyjściu. Musisz jednak pamiętać o innych szczegółach. Na przykład przy bardzo niskim prądzie SMPS może przejść w coś, co nazywa się „trybem seryjnym” lub „trybem nieciągłym”. Zwykle SMPS przełącza się na stałej częstotliwości, ale w jednym z tych trybów przełączanie stanie się nieco nieregularne. Takie nieregularne zachowanie może wypchnąć szum wyjściowy do pasma częstotliwości audio, gdzie trudniej jest go odfiltrować. Nawet jeśli SMPS zwykle przełącza się z częstotliwością 1 MHz, w jednym z tych trybów można uzyskać szum 10 kHz. Kontrolowanie tego, jak to się dzieje, zależy od konstrukcji układu używanego przez zasilacz. W niektórych przypadkach nie można tego kontrolować.

Niektórzy opowiadają się za używaniem tylko liniowych zasilaczy audio. Podczas gdy dostawy liniowe są mniej hałaśliwe, mają wiele innych problemów. Największe są ciepło, wydajność i waga. Moim zdaniem większość ludzi, którzy głoszą tylko dostawy liniowe, jest albo źle poinformowana, albo leniwa. Źle poinformowani, ponieważ nie wiedzą, jak obsługiwać przełączanie źródeł zasilania lub leniwi, ponieważ nie dbają o to, jak nauczyć się projektować solidne obwody. Zaprojektowałem wystarczająco dużo sprzętu audio z SMPS, aby udowodnić, że można to zrobić bez nadmiernego bólu.

Wzmacniacz klasy D to zasilacz impulsowy. Te są dziś bardziej powszechne i mogą mieć całkiem niezłą specyfikację. Audiofani mogą marszczyć nos, gdy powie im się, że wzmacniacz ma klasę D lub ma zasilacz impulsowy w środku, ale trudniej to wykryć w odpowiednim podwójnym zaślepieniu. W świecie audio oddzielenie nauki i mierzalnych wyników od wiary religijnej może być trudne.

Krótki:

• SMPS są szeroko stosowane w wielu systemach audio.

• W bardzo ukierunkowanych entuzjastach systemów ukierunkowanych na zasilacze z rdzeniem żelaznym mogą być preferowane ze względu na tak niuanse, które są tak delikatne, że mogą je wykryć lub twierdzić, że są wykrywane przez prawdziwych miłośników.

SMPS są regularnie używane do zasilania obwodów audio w wielu aplikacjach. Większość domowych urządzeń audio prawdopodobnie używa SMPS.

Najwyższej jakości systemy dla audiofilów mogą wykorzystywać „żelazne transformatory” ze względu na rzeczywiste lub postrzegane korzyści. Eliminacja hałasu dla zasilaczy transformatorowych 50 Hz jest dobrze zrozumiała, większość energii szumu jest przy niskich częstotliwościach, które są wielokrotnością głównej częstotliwości, co sprawia, że ​​można ją odrzucić za pomocą technik filtru wycinającego, jeśli pożądane są zadziwiająco wysokie poziomy odrzucenia. Głównym wyjątkiem jest prawdopodobnie szum przełączania diod spowodowany przez szczyty prądu, gdy diody przewodzą w szczytowym kształcie fali prądu przemiennego, i można to znacznie zmniejszyć poprzez rozłożenie rezystorów i ogólnie dobrą konstrukcję.

SMPS zazwyczaj używają częstotliwości przełączania w zakresie od 50 kHz do około 2 MHz i zwykle w zakresie kilkuset kiloHertzów. Są POWINNA być nawet łatwiej niż filtrowane, że hałas o niskiej częstotliwości, lecz poziomach odrzucenia spadku obwody wzmacniacza wraz ze wzrostem częstotliwości i będzie często znacznie gorsze w temperaturze powyżej 100 kHz w porównaniu z powiedzmy 10 kHz.

To, czy dobrze zaprojektowany zasilacz SMPS może w jakikolwiek sposób znacząco wpłynąć na jakość najwyższej klasy systemu audio, jest otwarte na dyskusję - i wiele dyskusji zostało otwartych na ten temat. ALE jeśli użytkownicy MYŚLĄ, że SMPS MOŻE być gorszy od tradycyjnej dostawy i / lub jeśli dostawcy stwierdzą, że są lub mogą być, lub że testy odsłuchowe potwierdziły, że tak jest, wówczas „nowoczesne rzeczy” mogą przegrać w porównaniu z żelazem zaopatrzenie rdzeniowe - bez względu na rzeczywistość.

Zasilacze impulsowe są coraz częściej wykorzystywane w wielu aplikacjach. Z pewnością aplikacje audio wielkości ściany przypominają brodawkę tak często, jak nie. Myślę, że głównym czynnikiem ograniczającym przyjmowanie przełączających się źródeł był fakt, że chociaż większość systemów audio nie przechodzi przez bardzo wysokie (np. Ponad 100 kHz) częstotliwości w niczym przypominającym użyteczny sposób, obecność takich częstotliwości na wejściu stolik audio może powodować zniekształcenia na wyjściu. Zwłaszcza w konfiguracjach wzmacniacza sprzężenia zwrotnego tłumienie szumów zasilacza jest lepsze przy niskich częstotliwościach niż wysokich. W rezultacie zakłócenia o wysokiej częstotliwości na zasilaniu jednego stopnia audio mogą powodować zniekształcenia w następnym stopniu audio. Chociaż sam szum 60 Hz byłby znacznie lepiej słyszalny niż 100 KHz,

Jestem pewien, że wraz z upływem czasu przełączniki staną się bardziej rozpowszechnione w sprzęcie audio, chociaż marketingowa bezwładność może zapobiec temu tak szybko, jak byłoby to idealne z czysto technicznego punktu widzenia. Jeśli klienci kojarzą duże, nieporęczne transformatory z wysokiej jakości sprzętem audio i widzą bardziej wrażliwych na koszty producentów używających przełączników, mogą postrzegać przełączniki jako „tanie”, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że niektóre urządzenia, które brzmią dobrze z dźwiękiem na bazie transformatorów 60 Hz crummy, gdy są zasilane przez tanie brodawki ścienne z przełączanym trybem, które mają te same nominalne specyfikacje.

Tanie masowo produkowane zasilacze impulsowe (SMPS) ze słabym filtrowaniem i złym odrzuceniem EMI / RFI zepsuły reputację SMPS w świecie audio Hi-Fi. Potrzeba najwyższej jakości SMPS w wysokiej klasy sprzęcie, aby pokonać wyrządzone szkody. Ale nie ma dobrego powodu, dla którego SMPS nie może być wykorzystywany do zasilania obwodów audio, dużych i małych.

Wiele dużych firm audio korzysta obecnie z SMPS z różnych powodów, nie wszystkie, ale głównie z powodu

• (A) Masa żelaznych rdzeni / miedzianych transformatorów uzwojenia
• (B) Skuteczność sprzężenia między uzwojeniami {tj. Utrata mocy}
• (C) Rzeczywisty koszt miedzi w tych dniach

Każdy, kto kiedykolwiek pracował z systemami PA o dużej mocy, będzie wiedział, że im większy wzmacniacz (od 600 W do 1 kW i teraz są powszechne), są ciężkie i duże, aby zmieściły się w standardowych skrzyniach drogowych.

Standardowe zasilacze liniowe dostarczają wszystko od napięcia szyny plus i minus 75 i więcej „Stałe”. Wszelkie „zasilanie” z nieużywanego zasilacza jest „upuszczane” do radiatora.

Na przykład wzmacniacz o mocy 1 kilowata działający tylko przy 10% straci więcej energii w postaci ciepła niż ten sam wzmacniacz działający przy 90%.

Niektórzy nieliczni producenci audio skorzystali z tego i wykorzystują obwód wykrywający sygnały wejściowe do zmiany napięcia wyjściowego zasilacza, aby zapewnić wymagany poziom szyn zasilających tylko w razie potrzeby. Przełączanie między 4 a 10-krotnością częstotliwości audio (wszelkie artefakty wysokiej częstotliwości można łatwo odfiltrować i odfiltrować z źródła zasilania prądem stałym)

To szybkie przełączanie zmienia napięcie wyjściowe od, powiedzmy, plus i minus 30 V dla sygnałów niskiego poziomu, do plus i minus 90 V (lub więcej, w zależności od konstrukcji tranzystora polowego / tranzystora). Ze względu na wydajność SMPS, znacznie zmniejsza to koszt i masę wzmacniacza, ponieważ nie ma już żadnych dużych brył stali i miedzi do zaczepienia, ale także nie ma dużych aluminiowych radiatorów, aby rozproszyć wielkie straty mocy lub te duże wentylatory wymagane do przeniesienia wystarczającej ilości powietrza wokół nich.

Chyba że źle przefiltrowany, żaden „zasilacz” nie powinien wpływać na jakość dźwięku jakiegokolwiek wzmacniacza, zarówno liniowego, jak i cyfrowego. Napięcie jest napięciem; płaskie i bez tętnień: po tym to konstrukcja wzmacniacza determinuje szumy i zniekształcenia