¿Puede un circuito de audio ser alimentado por una fuente de alimentación conmutada?

La mayoría de los circuitos de audio funcionan con transformadores grandes y pesados ​​y una pequeña ondulación después del suavizado. Las SMPS son más pequeñas y más eficientes. EMI puede protegerse mediante una carcasa metálica y la salida filtrada para supresión de ruido.

Especialmente donde el poder se va a regular aún más. ¿Por qué no se utilizan fuentes de alimentación en modo conmutado en circuitos de audio, por ejemplo? amplificadores de potencia, y ¿qué mejoras se pueden hacer para que un SMPS se adapte a un circuito de audio?

Permíteme darte un poco de experiencia sobre mí ... He trabajado profesionalmente en la industria del audio durante más de 14 años. He diseñado circuitos para la mayoría de las principales compañías de audio profesional, una compañía de audiófilos y varias compañías de audio de consumo. El punto es que he estado alrededor y sé mucho sobre cómo se hace el audio.

¡SMPS puede y se usa para circuitos de audio! Los he usado desde preamplificadores de micrófono sensibles hasta enormes amplificadores de potencia. De hecho, para los amplificadores de potencia más grandes son obligatorios. Una vez que un amplificador supera los doscientos vatios, la fuente de alimentación debe ser súper eficiente. ¡Imagine el calor producido por un amplificador de 1000 vatios si su fuente de alimentación fuera solo un 50% eficiente!

Pero incluso en una escala más pequeña, la eficiencia de un SMPS a menudo tiene mucho sentido. Si el circuito analógico está diseñado correctamente, el ruido de la fuente de alimentación es rechazado por el circuito analógico y no afecta el ruido de audio (mucho).

Para esas aplicaciones súper sensibles al ruido, puede hacer un enfoque híbrido. Digamos que tiene un ADC que requiere + 5v. Puede usar un SMPS para generar + 6v, luego un regulador lineal de ruido súper bajo para reducirlo a + 5v. Obtiene la mayor parte del beneficio del SMPS, pero el bajo ruido del regulador lineal. No es tan eficiente como un SMPS, pero esas son las compensaciones.

Pero una cosa a tener en cuenta ... Un SMPS para aplicaciones de audio debe diseñarse teniendo en cuenta el audio. Por supuesto, necesitará un mejor filtrado en la salida. Pero también deberá tener en cuenta otros detalles. Por ejemplo, a muy baja corriente, el SMPS puede entrar en algo llamado "modo de ráfaga" o "modo discontinuo". Normalmente, un SMPS cambiará a una frecuencia fija, pero en uno de estos modos el cambio se volverá algo errático. Ese comportamiento errático podría empujar el ruido de salida hacia la banda de frecuencia de audio donde se hace más difícil filtrarlo. Incluso si el SMPS normalmente cambia a 1 MHz, cuando se encuentre en uno de estos modos, podría obtener un ruido de 10 KHz. Controlar cómo sucede esto depende del diseño del chip que utiliza la fuente de alimentación. En algunos casos, no puedes controlarlo.

Algunas personas abogan por usar solo fuentes de alimentación lineales para audio. Si bien los suministros lineales son menos ruidosos, tienen muchos otros problemas. El calor, la eficiencia y el peso son los más importantes. En mi opinión, la mayoría de las personas que predican suministros lineales solo están mal informados o son flojos. Mal informados porque no saben cómo manejar los suministros de conmutación o flojos porque no les importa aprender a diseñar circuitos robustos. He diseñado suficiente equipo de audio con SMPS para demostrar que se puede hacer sin demasiado dolor.

Un amplificador de clase D es una fuente de alimentación conmutada. Esos son más comunes en estos días y pueden tener especificaciones bastante buenas. Los AudioPhools pueden arrugar la nariz cuando se les dice que un amplificador es de clase D o que tiene una fuente de alimentación conmutada en el interior, pero tal cosa es más difícil de detectar en una prueba doble ciego adecuada. En el mundo del audio, puede ser difícil separar la ciencia y los resultados medibles de las creencias religiosas.

Corto:

• SMPS se utilizan mucho en muchos sistemas de audio.

• En los sistemas dirigidos a entusiastas de primer nivel, se puede preferir un suministro basado en un transformador con núcleo de hierro debido a los matices en efecto que son tan finos que solo los verdaderos aficionados pueden detectar o afirmar que son detectados.

SMPS se utilizan regularmente para alimentar circuitos de audio en muchas aplicaciones. La mayoría de los equipos de audio domésticos probablemente usan SMPS.

Los sistemas de gama alta para audiófilos pueden usar "transformadores de hierro" debido a los beneficios reales o percibidos. La eliminación de ruido para suministros basados ​​en transformadores de 50 Hz se entiende bien, la mayor parte de la energía del ruido se encuentra en bajas frecuencias, que es un múltiplo de la frecuencia principal, lo que permite su rechazo mediante técnicas de filtro de muesca si se desean niveles asombrosamente altos de rechazo. La principal excepción es probablemente el ruido de conmutación de diodos causado por los picos de corriente cuando los diodos conducen en el pico de la forma de onda de CA, y esto puede reducirse en gran medida mediante la propagación de resistencias y, en general, un buen diseño.

SMPS generalmente usa frecuencias de conmutación en el rango de 50 kHz a aproximadamente 2 MHz y generalmente en el rango de unos cientos de kilohercios. Estos DEBERÍAN filtrarse aún más fácilmente que el ruido de baja frecuencia, pero los niveles de rechazo de los circuitos del amplificador disminuyen con el aumento de la frecuencia y a menudo serán mucho peores a más de 100 kHz en comparación con, digamos, 10 kHz.

Si un suministro SMPS bien diseñado puede afectar significativamente la calidad de un sistema de audio de alta gama está abierto a debate, y se ha abierto mucho debate sobre este tema. PERO si los usuarios PIENSAN que SMPS PUEDE ser peor que un suministro tradicional y / o si los proveedores afirman que son o pueden ser o que las pruebas de audición han confirmado que lo son, entonces "cosas modernas" pueden ser las perdedoras en comparación con el hierro suministros con núcleo, independientemente de cuál sea la realidad.

Las fuentes de alimentación conmutadas se utilizan cada vez más en muchas aplicaciones. Ciertamente, las aplicaciones de audio del tamaño de una verruga de pared utilizan conmutadores con tanta frecuencia como no. Creo que un factor importante que limita la adopción de suministros de conmutación históricamente ha sido el hecho de que, si bien la mayoría de los sistemas de audio no pasan a través de frecuencias muy altas (por ejemplo, más de 100 KHz) de una manera que se asemeje a una manera útil, la presencia de tales frecuencias en la entrada a un La etapa de audio puede causar distorsión en la salida. Especialmente en configuraciones de amplificador de retroalimentación, el rechazo de ruido de la fuente de alimentación es mejor a bajas frecuencias que a altas frecuencias. En consecuencia, es fácil que el ruido de alta frecuencia en el suministro de una etapa de audio cause distorsión en la siguiente etapa de audio. Aunque el ruido de 60Hz por sí solo sería mucho más audible que 100KHz,

Estoy seguro de que con el tiempo los conmutadores serán más frecuentes en el equipo de audio, aunque la inercia de marketing puede evitar que suceda tan rápido como sería ideal desde un punto de vista puramente técnico. Si los clientes asocian grandes transformadores torpes con equipos de audio de calidad, y ven a los fabricantes más sensibles al costo utilizando conmutadores, pueden percibir los conmutadores como "baratos", especialmente dado que algunos dispositivos que suenan bien con sonido de verrugas de pared basadas en transformadores de 60Hz horrible cuando funciona con verrugas de pared baratas en modo conmutado que tienen las mismas especificaciones nominales.

Las fuentes de alimentación conmutadas de producción en serie (SMPS) baratas con filtrado deficiente y mal rechazo de EMI / RFI han empañado la reputación de SMPS en el mundo del audio de alta fidelidad. Se necesitarán algunos SMPS de alta calidad en equipos de alta gama para superar el daño que se ha hecho. Pero no hay una buena razón por la cual SMPS no se pueda usar para alimentar circuitos de audio, grandes y pequeños.

Muchas compañías de audio de banda alta ahora usan SMPS por varias razones, no todas sino principalmente por

• (A) Peso de los transformadores de devanado de núcleo de hierro / cobre
• (B) Eficiencia del acoplamiento entre devanados {es decir, pérdida de potencia}
• (C) Costo real del cobre en estos días

Cualquiera que haya trabajado con sistemas de megafonía de alta potencia sabrá que cuanto más grande sea el amplificador (ahora son comunes de 600W a 1Kw y más) son pesados ​​y de gran tamaño para caber en las cajas de carretera estándar de montaje en bastidor.

Las fuentes de alimentación lineales estándar entregan cualquier cosa, desde voltajes de riel positivo y negativo de 75 y más 'Fijo ". Cualquier' energía 'del suministro que no se está utilizando se" deja caer "en el disipador térmico.

Por ejemplo, un amplificador de 1 kilovatio funcionando a solo 10% perderá más energía como calor que el mismo amplificador funcionando a 90%.

Algunos pocos fabricantes de audio han aprovechado esto y utilizan circuitos de detección de entrada para variar el voltaje de salida de la fuente de alimentación para proporcionar solo el nivel necesario de rieles de suministro según sea necesario. Conmutación entre 4 y 10 veces la frecuencia de audio (cualquier artefacto de HF puede filtrarse fácilmente y filtrarse del suministro de CC)

Este cambio rápido varía el voltaje de salida de, digamos, más y menos 30 V para señales de bajo nivel, a más y menos 90 V (o más, dependiendo del diseño del FET / Transistor). Debido a la eficiencia de SMPS, esto reduce en gran medida el costo y el peso del amplificador, ya que ya no hay grandes trozos de acero y cobre para cargar, pero tampoco grandes disipadores de aluminio para disipar las grandes pérdidas de potencia, o esos grandes ventiladores requerido para mover suficiente aire a su alrededor.

A menos que esté mal filtrado, ninguna "fuente de alimentación" debería afectar la calidad de audio de cualquier amplificador, ya sea lineal o digital. Un voltaje es un voltaje; plano y sin ondulaciones de ningún tipo: después de eso, es el diseño del amplificador el que determina el ruido y la distorsión