¿Se puede alimentar un circuito de audio con una fuente de alimentación conmutada?

Déjame darte un poco de historia sobre mí... He trabajado profesionalmente en la industria del audio durante más de 14 años. He diseñado circuitos para la mayoría de las principales empresas de audio profesional, una empresa de audiófilos y varias empresas de audio de consumo. ¡El punto es que he estado por ahí 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. ¡Imagínese el calor producido por un amperio 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 circuito analógico rechaza el ruido de la fuente de alimentación y no afecta (mucho) al ruido de audio.

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 muy bajo ruido para reducirlo a +5v. Obtiene la mayor parte del beneficio del SMPS, pero el bajo nivel de ruido del regulador lineal. No es tan eficiente como un SMPS, pero esas son las ventajas y desventajas.

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 tendrás que tener en cuenta otros detalles. Por ejemplo, con una corriente muy baja, el SMPS podría entrar en algo llamado "modo de ráfaga" o "modo discontinuo". Normalmente, un SMPS cambiará a una frecuencia fija, pero en uno de estos modos, la conmutación se volverá 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 cambia a 1 MHz, cuando esté 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 se puede controlar.

Algunas personas abogan por usar solo fuentes de alimentación lineales para el 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 solo suministros lineales están mal informadas o son vagas. Mal informados porque no saben cómo manejar los suministros de conmutación o perezosos porque no les importa aprender a diseñar circuitos robustos. He diseñado suficientes equipos 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 audiófilos pueden arrugar la nariz cuando les dicen que un amplificador es de clase D o que tiene una fuente de alimentación conmutada en su 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.

Pequeño:

• Los SMPS se utilizan mucho en muchos sistemas de audio.

• En los sistemas dirigidos a entusiastas de gama alta, 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 detectarlos o afirmar que los detectan.

Los 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 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 es bien conocida, la mayor parte de la energía de ruido se encuentra en frecuencias bajas, que son un múltiplo de la frecuencia principal, lo que hace que se pueda rechazar mediante técnicas de filtro de muesca si se desean niveles de rechazo asombrosamente altos. La excepción principal 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 se puede reducir en gran medida mediante la distribución 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 pocos cientos de kilohercios. Estos DEBERÍAN filtrarse incluso 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 por encima de 100 kHz en comparación con, por ejemplo, 10 kHz.

Está abierto a debate si un suministro SMPS bien diseñado puede afectar significativamente la calidad de un sistema de audio de alta gama, y ​​se ha debatido mucho sobre este tema. PERO si los usuarios PIENSAN que SMPS PUEDE ser peor que un suministro tradicional y/o si los proveedores afirman que lo son o pueden serlo, o si las pruebas de escucha han confirmado que lo son, entonces es probable que las "cosas modernas" sean las perdedoras en comparación con suministros con núcleo de hierro, 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 mucha frecuencia. Creo que históricamente un factor importante que limita la adopción de suministros de conmutación ha sido el hecho de que, si bien la mayoría de los sistemas de audio no pasan frecuencias muy altas (por ejemplo, más de 100 KHz) de manera útil, la presencia de tales frecuencias en la entrada de un 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 en frecuencias bajas que en frecuencias altas. 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 60 Hz por sí solo sería mucho más audible que el de 100 KHz,

Estoy seguro de que los interruptores de tiempo se volverán 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 transformadores grandes y toscos con equipos de audio de calidad y ven que los fabricantes más sensibles a los costos usan conmutadores, pueden percibir los conmutadores como "baratos", especialmente dado que algunos dispositivos suenan bien con un sonido de verrugas de pared basado en transformadores de 60 Hz. horrible cuando funciona con verrugas de pared de modo conmutado baratas que tienen las mismas especificaciones nominales.

Las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) baratas y producidas en masa con un filtrado deficiente y un rechazo de EMI/RFI malo han empañado la reputación de las 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 que 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 pero principalmente por

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

Cualquiera que haya trabajado alguna vez con sistemas PA de alta potencia sabrá que cuanto más grande es el amplificador (600 W a 1 Kw y más ahora son comunes) son pesados ​​y de gran tamaño para caber en sus cajas de carretera estándar de montaje en rack.

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

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

Algunos fabricantes de audio se han aprovechado de 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 HF se puede filtrar fácilmente fuera del suministro de CC)

Esta conmutación rápida 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, según el diseño del transistor/FET). 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 enormes disipadores de calor de aluminio para disipar las grandes pérdidas de energía, o esos grandes ventiladores. necesaria para desplazar 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 libre de ondas de cualquier tipo: después de eso, es el diseño del amplificador el que determina el ruido y la distorsión