Um circuito de áudio pode ser alimentado por uma fonte de alimentação comutada?

A maioria dos circuitos de áudio é alimentada com transformadores grandes e pesados ​​e uma pequena ondulação após a suavização. SMPS são menores e mais eficientes. A EMI pode ser protegida por um gabinete de metal e a saída filtrada para suprimir ruídos.

Especialmente onde o poder será mais regulado. Por que as fontes de alimentação comutadas não são usadas em circuitos de áudio, por exemplo. amplificadores de potência e que melhorias podem ser feitas para tornar um SMPS adequado para um circuito de áudio?

Deixe-me apresentar um pouco de minha experiência ... Trabalho profissionalmente na indústria de áudio há mais de 14 anos. Projetei circuitos para a maioria das principais empresas de áudio profissional, uma empresa audiófila e várias empresas de áudio de consumo. O ponto é que eu já estive por aqui e sei muito sobre como o áudio é feito!

O SMPS pode e é usado para circuitos de áudio! Eu os usei de pré-amplificadores de microfone sensíveis a amplificadores de potência enormes. De fato, para os amplificadores de potência maiores, eles são obrigatórios. Quando um amplificador ultrapassa algumas centenas de watts, a fonte de alimentação precisa ser super eficiente. Imagine o calor produzido por um amplificador de 1000 watts se a fonte de alimentação fosse apenas 50% eficiente!

Mas mesmo em uma escala menor, a eficiência de um SMPS geralmente faz muito sentido. Se o circuito analógico for projetado corretamente, o ruído da fonte de alimentação é rejeitado pelo circuito analógico e não afeta o ruído do áudio (muito).

Para esses aplicativos sensíveis ao ruído, você pode fazer uma abordagem híbrida. Digamos que você tenha um ADC que requer + 5v. Você pode usar um SMPS para gerar + 6v e, em seguida, um regulador linear de ruído super baixo para reduzir isso para + 5v. Você obtém a maior parte dos benefícios do SMPS, mas o baixo nível de ruído do regulador linear. Não é tão eficiente quanto apenas um SMPS, mas essas são as vantagens e desvantagens.

Mas lembre-se de uma coisa ... Um SMPS para aplicativos de áudio precisa ser projetado com o áudio em mente. Claro que você precisará de uma melhor filtragem na saída. Mas você também precisará manter outros detalhes em mente. Por exemplo, a uma corrente muito baixa, o SMPS pode entrar em algo chamado "modo burst" ou "modo descontínuo". Normalmente, um SMPS alterna a uma frequência fixa, mas em um desses modos a comutação se torna um pouco irregular. Esse comportamento irregular pode empurrar o ruído de saída para a banda de frequência de áudio, onde fica mais difícil filtrar. Mesmo se o SMPS estiver alternando normalmente em 1 MHz, quando em um desses modos você poderá obter ruído de 10 KHz. O controle de como isso acontece depende do design do chip usado pela fonte de alimentação. Em alguns casos, você não pode controlá-lo.

Algumas pessoas defendem o uso apenas de fontes de alimentação lineares para áudio. Embora os suprimentos lineares sejam menos barulhentos, eles têm muitos outros problemas. Calor, eficiência e peso são os maiores. Na minha opinião, a maioria das pessoas que prega apenas suprimentos lineares é mal informada ou preguiçosa. Desinformados porque não sabem lidar com suprimentos de comutação ou preguiçosos porque não querem aprender a projetar circuitos robustos. Projetei equipamentos de áudio suficientes com o SMPS para provar que isso pode ser feito sem muita dor.

Um amplificador de classe D é uma fonte de alimentação comutada. Esses são os mais comuns hoje em dia e podem ter especificações muito boas. Os audiófilos podem torcer o nariz quando lhes dizem que um amplificador é da classe D ou possui uma fonte de alimentação comutada, mas isso é mais difícil de detectar em um teste duplo-cego adequado. No mundo do áudio, pode ser difícil separar a ciência e os resultados mensuráveis ​​da crença religiosa.

Baixo:

• SMPS são muito usados ​​em muitos sistemas de áudio.

• Em sistemas direcionados a entusiastas de ponta, um suprimento baseado em transformador com núcleo de ferro pode ser preferido por causa de nuances em efeito tão finas que só podem ser detectadas ou reivindicadas como verdadeiras por aficionados verdadeiros.

SMPS são usados ​​regularmente para alimentar circuitos de áudio em muitas aplicações. A maioria dos equipamentos de áudio domésticos provavelmente usa SMPS.

Os sistemas de ponta para audiófilos podem usar "transformadores de ferro" devido a benefícios reais e / ou percebidos. A eliminação de ruído para suprimentos baseados em transformadores de 50 Hz é bem entendida, a maior parte da energia sonora está em baixas frequências, que é um múltiplo da frequência principal, o que a torna capaz de ser rejeitada pelas técnicas de filtro de entalhe, se forem desejados níveis surpreendentemente altos de rejeição. A principal exceção é provavelmente o ruído de comutação de diodo causado por picos de corrente quando os diodos conduzem no pico da forma de onda CA, e isso pode ser bastante reduzido com a propagação de resistores e geralmente com um bom design.

O SMPS normalmente usa frequências de comutação na faixa de 50 kHz a cerca de 2 MHz e, geralmente, na faixa de algumas centenas de quiloHertz. Estes DEVEM ser filtrados com mais facilidade do que o ruído de baixa frequência, mas os níveis de rejeição dos circuitos do amplificador diminuem com o aumento da frequência e geralmente serão muito piores a acima de 100 kHz em comparação com, digamos, a 10 kHz.

Se um suprimento SMPS bem projetado é mais suscetível de afetar significativamente a qualidade de um sistema de áudio topo de gama está aberto a debate - e muito debate foi aberto sobre esse assunto. MAS, se os usuários acharem que o SMPS PODE ser pior do que um suprimento tradicional e / ou se os fornecedores declararem que são ou podem ser ou que os testes de audição confirmaram que são, o "material moderno" poderá ser o perdedor quando comparado ao ferro suprimentos essenciais - independentemente da realidade.

As fontes de alimentação comutadas estão sendo usadas em uma extensão crescente em muitas aplicações. Certamente, aplicativos de áudio do tamanho de uma verruga de parede estão usando comutadores tantas vezes quanto não. Eu acho que um fator importante que limita a adoção de fontes de comutação historicamente tem sido o fato de que, embora a maioria dos sistemas de áudio não passe por frequências muito altas (por exemplo, acima de 100KHz) de qualquer forma semelhante a uma maneira útil, a presença de tais frequências na entrada de um estágio de áudio pode causar distorção na saída. Especialmente nas configurações de amplificador de realimentação, a rejeição de ruído da fonte de alimentação é melhor em baixas frequências do que em altas frequências. Conseqüentemente, é fácil que o ruído de alta frequência no fornecimento de um estágio de áudio cause distorção no estágio de áudio seguinte. Embora o ruído de 60Hz por si só seja muito mais audível que 100KHz,

Tenho certeza de que, com o tempo, os comutadores se tornarão mais predominantes no equipamento de áudio, embora a inércia do marketing possa impedir que isso aconteça tão rapidamente quanto seria ideal do ponto de vista puramente técnico. Se os clientes associam grandes transformadores desajeitados a equipamentos de áudio de qualidade e veem os fabricantes mais sensíveis ao custo usando comutadores, eles podem perceber os comutadores como "baratos", especialmente considerando que alguns dispositivos que soam bem com som de verrugas na parede baseados em transformadores de 60Hz crummy quando alimentado por verrugas de parede comutadas baratas que têm as mesmas especificações nominais.

As fontes de alimentação de modo de switch (SMPS) baratas, produzidas em massa, com filtragem ruim e rejeição ruim de EMI / RFI, mancharam a reputação do SMPS no mundo do áudio Hi-Fi. Serão necessários alguns SMPS de alta qualidade em equipamentos de última geração para superar os danos causados. Mas não há uma boa razão para que o SMPS não possa ser usado para alimentar circuitos de áudio, grandes e pequenos.

Muitas empresas de áudio de banda alta agora usam SMPS por vários motivos, não todos, mas principalmente por causa de

• (A) Peso do núcleo de ferro / transformadores de enrolamento de cobre
• (B) Eficiência do acoplamento entre enrolamentos {isto é, perda de potência}
• (C) Custo real do cobre atualmente

Qualquer pessoa que já tenha trabalhado com sistemas de PA de alta potência saberá que quanto maior o amplificador (600 W a 1 Kw e acima agora são comuns), é pesado e grande em tamanho para caber nos seus estojos padrão de montagem em rack.

As fontes de alimentação lineares padrão fornecem qualquer coisa entre tensões de mais e menos trilhos de 75 e mais de 'Fixo'. Qualquer 'energia' da fonte que não está sendo usada é "deixada cair" no dissipador de calor.

Por exemplo, um amplificador de 1 quilowatt funcionando com apenas 10% perderá mais energia como calor do que o mesmo amplificador funcionando com 90%.

Alguns poucos fabricantes de áudio tiraram vantagem disso e usam circuitos de detecção de entrada para variar a tensão de saída da fonte de alimentação para fornecer apenas o nível necessário dos trilhos de alimentação, conforme necessário. Alternando entre 4 e 10 vezes a frequência de áudio (todos os artefatos HF podem ser facilmente filtrados e filtrados para fora da fonte DC)

Essa comutação rápida varia a tensão de saída de, digamos, mais e menos 30V para sinais de baixo nível, para mais e menos 90V (ou acima, dependendo do projeto do FET / Transistor). Devido à eficiência do SMPS, isso reduz muito o custo e o peso do amplificador, pois não há mais grandes pedaços de aço e cobre para carregar, mas também não há grandes dissipadores de calor de alumínio para dissipar as grandes perdas de energia ou os grandes ventiladores necessário trocar ar suficiente ao redor deles.

A menos que seja mal filtrado, nenhuma "fonte de alimentação" deve afetar a qualidade do áudio de qualquer amplificador, seja ele linear ou digital. Uma voltagem é uma voltagem; plana e ondulada de qualquer tipo: depois disso, é o design do amplificador que determina o ruído e a distorção