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

Permítame darle un poco de información sobre mí ... He estado trabajando 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 para consumidores. El punto es, ¡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 micrófonos sensibles hasta enormes amplificadores de potencia. De hecho, para los amplificadores de potencia más grandes son obligatorios. Una vez que un amplificador supera un par de cientos de vatios, la fuente de alimentación debe ser súper eficiente. ¡Imagine el calor producido por un amplificador de 1000 vatios si la fuente de alimentación fuera solo eficiente al 50%!

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 del audio (mucho).

Para esas aplicaciones sensibles al ruido, puede hacer un enfoque híbrido. Digamos que tienes un ADC que requiere + 5v. Puede usar un SMPS para generar + 6v, luego un regulador lineal de bajo nivel de ruido para reducirlo a + 5v. Usted obtiene la mayor parte del beneficio del SMPS, pero el bajo nivel de ruido del regulador lineal. No es tan eficiente como solo 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 que necesitarás un mejor filtrado en la salida. Pero también necesitarás tener en cuenta otros detalles. Por ejemplo, a una corriente muy baja, el SMPS podría entrar en algo llamado "modo ráfaga" o "modo discontinuo". Normalmente, un SMPS cambiará a una frecuencia fija, pero en uno de estos modos, la conmutación será algo errática. Ese comportamiento errático podría empujar el ruido de salida a la banda de frecuencia de audio, donde se vuelve más difícil de filtrar. Incluso si el SMPS normalmente está conmutando a 1 MHz, cuando está 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. En ese caso, no tiene más remedio que usar un chip diferente o utilizar un enfoque híbrido.

Algunas personas abogan por usar solo fuentes de alimentación lineales para audio. Si bien los suministros lineales son menos ruidosos, tienen muchos otros problemas. Calor, eficiencia y peso siendo los más grandes. En mi opinión, la mayoría de las personas que predican suministros lineales están mal informadas o son perezosas. Desinformados porque no saben cómo manejar el cambio de suministros o perezosos 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. Audiophools puede arrugar sus narices cuando se les dice que un amplificador es de clase D o tiene una fuente de alimentación conmutada en el interior, pero es más difícil de detectar en una prueba de doble ciego adecuada. En el mundo del audio, puede ser difícil separar la ciencia y los resultados medibles de las creencias religiosas.

Corto:

• Las SMPS se usan mucho en muchos sistemas de audio.

• En los sistemas orientados a entusiastas de gama alta, se puede preferir un suministro basado en transformador con núcleo de hierro debido a los matices en efecto que son tan finos que solo los verdaderos aficionados pueden detectarlos o reclamarlos.

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

Los sistemas de extremo superior para audiófilos pueden usar "transformadores de hierro" debido a los beneficios reales o percibidos. La eliminación del ruido para los suministros basados en transformadores a 50 Hz es bien conocida, la mayor parte de la energía del ruido es a bajas frecuencias, que es un múltiplo de la frecuencia principal, lo que hace que sea posible rechazarla mediante técnicas de filtro de muesca si se desean niveles de rechazo sorprendentemente altos. La principal excepción es probablemente el ruido de conmutación de diodo 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 por las resistencias de expansión y el buen diseño en general.

Las SMPS suelen utilizar frecuencias de conmutación en el rango de 50 kHz a aproximadamente 2 MHz y, por lo general, en el rango de unos pocos cientos de kiloHertz. Estos DEBERÍAN se filtran 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 los de 10 kHz.

Si un suministro de SMPS bien diseñado es más propenso a afectar significativamente la calidad de un sistema de audio de primer nivel está abierto al debate, y se ha abierto un gran debate sobre este tema. PERO si los usuarios CREEN que SMPS PUEDE ser peor que un suministro tradicional y / o si los proveedores declaran 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 básicos: independientemente de cuál sea la realidad.

Las fuentes de alimentación de conmutación se están utilizando cada vez más en muchas aplicaciones. Ciertamente, las aplicaciones de audio del tamaño de una verruga de la pared están utilizando conmutadores tan a menudo 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) en nada parecido a una forma útil, la presencia de tales frecuencias en la entrada a un etapa de audio puede causar distorsión en la salida. Especialmente en las configuraciones de amplificador de realimentación, el rechazo de ruido de la fuente de alimentación es mejor en bajas frecuencias que en altas frecuencias. En consecuencia, es fácil que el ruido de alta frecuencia en el suministro de una etapa de audio cause distorsión en una etapa de audio siguiente. Aunque el ruido de 60Hz por sí solo sería mucho más audible que 100KHz, los efectos de la fluctuación de la fuente de alimentación de 60Hz pueden ser menos graves que los efectos de la ondulación de la fuente de alimentación de 100KHz.

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

Las fuentes de alimentación de modo de conmutación (SMPS) baratas producidas en masa con un filtro deficiente y un rechazo malo 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 para que SMPS no se pueda utilizar 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 debido a

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

Cualquier persona que haya trabajado con sistemas de PA de alta potencia sabrá que cuanto mayor sea el amplificador (ahora son comunes los de 600W a 1Kw y más), son pesados y de gran tamaño para que quepan en sus maletas estándar de montaje en rack.

Las fuentes de alimentación lineales estándar entregan cualquier voltaje de riel positivo o negativo de 75 o más "Fijo". Cualquier "potencia" de la fuente que no se está utilizando se "cae" en el disipador de calor.

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

Algunos 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. Cambiando entre 4 y 10 veces la frecuencia de audio, (cualquier artefacto de HF se puede filtrar fácilmente fuera de la fuente de CC)

Esta conmutación rápida varía el voltaje de salida de, digamos, más y menos 30V para señales de bajo nivel, a más y menos 90V (o superior, según el diseño de 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 hay enormes disipadores de calor de aluminio para disipar las grandes pérdidas de energía, 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; Plana y libre de cualquier tipo: después de eso, el diseño del amplificador determina el ruido y la distorsión