Kann eine Audioschaltung über ein Schaltnetzteil mit Strom versorgt werden?

Lassen Sie mich Ihnen einen kleinen Hintergrund zu meiner Person geben ... Ich arbeite seit mehr als 14 Jahren professionell in der Audiobranche. Ich habe Schaltungen für die meisten großen Pro-Audio-Unternehmen, ein audiophiles Unternehmen und mehrere Consumer-Audio-Unternehmen entworfen. Der Punkt ist, ich bin schon viel herumgekommen und weiß viel darüber, wie Audio gemacht wird!

SMPS können und werden für Audioschaltungen verwendet! Ich habe sie von empfindlichen Mikrofonvorverstärkern bis hin zu riesigen Leistungsverstärkern verwendet. Für die größeren Endstufen sind sie sogar Pflicht. Sobald ein Verstärker über ein paar hundert Watt kommt, muss die Stromversorgung supereffizient sein. Stellen Sie sich die Wärme vor, die ein 1000-Watt-Verstärker erzeugt, wenn seine Stromversorgung nur 50 % effizient wäre!

Aber auch im kleineren Maßstab macht die Effizienz eines SMPS oft viel Sinn. Wenn die analoge Schaltung richtig ausgelegt ist, wird das Rauschen der Stromversorgung von der analogen Schaltung zurückgewiesen und wirkt sich nicht (sehr stark) auf das Audiorauschen aus.

Für diese extrem rauschempfindlichen Anwendungen können Sie einen hybriden Ansatz wählen. Nehmen wir an, Sie haben einen ADC, der +5 V benötigt. Sie können ein SMPS verwenden, um +6 V zu erzeugen, und dann einen super-rauscharmen Linearregler, um dies auf +5 V zu senken. Sie profitieren am meisten vom SMPS, aber vom rauscharmen Linearregler. Es ist nicht so effizient wie nur ein SMPS, aber das sind die Kompromisse.

Aber eines sollte man im Hinterkopf behalten ... Ein SMPS für Audioanwendungen muss mit Blick auf Audio entwickelt werden. Natürlich benötigen Sie eine bessere Filterung der Ausgabe. Aber Sie müssen auch andere Details im Auge behalten. Beispielsweise könnte das SMPS bei sehr niedrigem Strom in einen sogenannten "Burst-Modus" oder "diskontinuierlichen Modus" gehen. Normalerweise schaltet ein SMPS bei einer festen Frequenz, aber in einem dieser Modi wird das Schalten etwas unberechenbar. Dieses unregelmäßige Verhalten kann das Ausgangsrauschen in das Audiofrequenzband verschieben, wo es schwieriger wird, es herauszufiltern. Selbst wenn das SMPS normalerweise bei 1 MHz schaltet, könnten Sie in einem dieser Modi 10 KHz Rauschen bekommen. Die Steuerung, wie dies geschieht, hängt vom Design des Chips ab, den das Netzteil verwendet. In einigen Fällen können Sie es nicht kontrollieren.

Einige Leute befürworten die Verwendung von nur linearen Netzteilen für Audio. Während lineare Netzteile weniger laut sind, haben sie viele andere Probleme. Wärme, Effizienz und Gewicht sind die größten. Meiner Meinung nach sind die meisten Leute, die nur lineare Lieferungen predigen, entweder falsch informiert oder faul. Fehlinformiert, weil sie nicht wissen, wie man mit Schaltnetzteilen umgeht, oder faul, weil es ihnen egal ist, wie man robuste Schaltungen entwirft. Ich habe genug Audiogeräte mit SMPS entwickelt, um zu beweisen, dass es ohne allzu große Schmerzen möglich ist.

Ein Klasse-D-Verstärker ist ein Schaltnetzteil. Diese sind heutzutage häufiger anzutreffen und können recht gute Spezifikationen haben. Audiophoole mögen die Nase rümpfen, wenn ihnen gesagt wird, dass ein Verstärker Klasse D ist oder ein Schaltnetzteil enthält, aber so etwas ist in einem richtigen Doppelblindtest schwieriger zu erkennen. In der Audiowelt kann es schwierig sein, Wissenschaft und messbare Ergebnisse von religiösem Glauben zu trennen.

Kurz:

• SMPS werden häufig in vielen Audiosystemen verwendet.

• In hochklassigen, auf Enthusiasten ausgerichteten Systemen kann eine Versorgung auf Transformatorbasis mit Eisenkern bevorzugt werden, da die Nuancen in der Wirkung so fein sind, dass sie nur von echten Liebhabern erkannt oder behauptet werden können, erkannt zu werden.

SMPS werden regelmäßig verwendet, um Audioschaltkreise in vielen Anwendungen mit Strom zu versorgen.
Die meisten Haushalts-Audiogeräte verwenden wahrscheinlich SMPS.

Top-End-Systeme für Audiophile können aufgrund tatsächlicher und/oder wahrgenommener Vorteile „eiserne Transformatoren“ verwenden. Die Rauschunterdrückung für transformatorbasierte 50-Hz-Versorgungen ist gut bekannt, der Großteil der Rauschenergie liegt bei niedrigen Frequenzen, die ein Vielfaches der Hauptfrequenz sind, wodurch sie durch Kerbfiltertechniken unterdrückt werden können, wenn erstaunlich hohe Unterdrückungspegel erwünscht sind. Die Hauptausnahme ist wahrscheinlich das Diodenschaltrauschen, das durch Stromspitzen verursacht wird, wenn die Dioden an der Spitze der Wechselstromwellenform leiten, und dies kann durch Spreizwiderstände und allgemein gutes Design stark reduziert werden.

SMPS verwenden typischerweise Schaltfrequenzen im Bereich von 50 kHz bis etwa 2 MHz und gewöhnlich im Bereich von einigen hundert Kilohertz. Diese SOLLTEN noch leichter herausgefiltert werden als niederfrequentes Rauschen, aber die Unterdrückungspegel der Verstärkerschaltung nehmen mit zunehmender Frequenz ab und sind bei über 100 kHz oft weitaus schlechter als bei beispielsweise 10 kHz.

Ob eine gut gestaltete SMPS-Versorgung die Qualität eines Audiosystems der Spitzenklasse noch erheblich beeinträchtigen kann, ist umstritten - und zu diesem Thema wurde viel diskutiert. ABER wenn Benutzer DENKEN, dass SMPS schlechter sein KÖNNTEN als ein herkömmliches Angebot und/oder wenn Lieferanten angeben, dass sie es sind oder sein könnten, oder dass Hörtests bestätigt haben, dass sie es sind, dann ist "modernes Zeug" wahrscheinlich der Verlierer im Vergleich zu Lieferungen mit Eisenkern - unabhängig davon, wie die Realität aussehen mag.

Schaltnetzteile werden in vielen Anwendungen in zunehmendem Maße eingesetzt. Sicherlich verwenden Audioanwendungen in Wandgröße so oft wie möglich Umschalter. Ich denke, ein Hauptfaktor, der die Einführung von Schaltnetzteilen in der Vergangenheit begrenzt hat, war die Tatsache, dass die meisten Audiosysteme zwar sehr hohe Frequenzen (z. B. über 100 kHz) nicht auf sinnvolle Weise durchlassen, das Vorhandensein solcher Frequenzen am Eingang jedoch ein Die Audiostufe kann Verzerrungen im Ausgang verursachen. Besonders in Konfigurationen mit Rückkopplungsverstärkern ist die Rauschunterdrückung der Stromversorgung bei niedrigen Frequenzen besser als bei hohen Frequenzen. Folglich ist es für hochfrequentes Rauschen an der Versorgung einer Audiostufe leicht, eine Verzerrung in einer folgenden Audiostufe zu verursachen. Obwohl 60-Hz-Rauschen allein weitaus hörbarer wäre als 100-kHz-Rauschen,

Ich bin mir sicher, dass sich Zeitschaltuhren in Audiogeräten immer mehr durchsetzen werden, obwohl die Trägheit des Marketings verhindern könnte, dass dies so schnell geschieht, wie es aus rein technischer Sicht ideal wäre. Wenn Kunden große klobige Transformatoren mit hochwertiger Audioausrüstung in Verbindung bringen und sehen, dass die kostenbewussteren Hersteller Umschalter verwenden, können sie Umschalter als „billig“ empfinden, insbesondere angesichts der Tatsache, dass einige Geräte, die mit 60-Hz-Transformator-basierten Wandwarzen gut klingen, gut klingen mies, wenn sie von billigen Wandwarzen mit Schaltmodus betrieben werden, die die gleichen Nennspezifikationen haben.

Billige massenproduzierte Schaltnetzteile (SMPS) mit schlechter Filterung und schlechter EMI/RFI-Unterdrückung haben den Ruf von SMPS in der Hi-Fi-Audiowelt getrübt. Es wird einige erstklassige SMPS in High-End-Geräten erfordern, um den angerichteten Schaden zu überwinden. Aber es gibt keinen guten Grund, warum SMPS nicht zur Stromversorgung von Audioschaltkreisen, ob groß oder klein, verwendet werden kann.

Viele High-Band-Audiounternehmen verwenden SMPS jetzt aus verschiedenen Gründen, nicht nur, aber hauptsächlich wegen

• (A) Gewicht von Transformatoren mit Eisenkern/Kupferwicklung
• (B) Kopplungswirkungsgrad zwischen Wicklungen {dh Leistungsverlust}
• (C) Tatsächliche Kosten für Kupfer in diesen Tagen

Jeder, der jemals mit Hochleistungs-PA-Systemen gearbeitet hat, wird wissen, dass größere Verstärker (600 W bis 1 kW und mehr sind heute üblich) schwer und groß sind, um in Ihre Standard-Rackmount-Road-Cases zu passen.

Lineare Standardnetzteile liefern alles von Plus- und Minus-Schienenspannungen von 75 und mehr „fest“. Jeglicher „Strom“ von der Versorgung, der nicht verwendet wird, wird in den Kühlkörper „abgeworfen“.

Beispielsweise verliert ein 1-Kilowatt-Verstärker, der nur mit 10 % läuft, mehr Energie als Wärme als derselbe Verstärker, der mit 90 % läuft.

Einige wenige Audiohersteller haben sich dies zunutze gemacht und verwenden eine Eingangserkennungsschaltung, um die Ausgangsspannung des Netzteils so zu variieren, dass nur der erforderliche Pegel an Versorgungsschienen wie erforderlich bereitgestellt wird. Umschalten zwischen 4- und 10-facher Audiofrequenz (alle HF-Artefakte können einfach aus der DC-Versorgung herausgefiltert werden)

Dieses schnelle Schalten variiert die Ausgangsspannung von beispielsweise plus und minus 30 V für Signale mit niedrigem Pegel auf plus und minus 90 V (oder darüber, je nach FET/Transistor-Design). Aufgrund der Effizienz von SMPS reduziert dies die Kosten und das Gewicht des Verstärkers erheblich, da keine großen Stahl- und Kupferklumpen mehr herumgeschleppt werden müssen, aber auch keine riesigen Aluminiumkühlkörper zur Ableitung der großen Verlustleistung oder diese großen Lüfter erforderlich, um genügend Luft um sie herum zu bewegen.

Sofern nicht schlecht gefiltert, sollte keine "Stromversorgung" die Audioqualität eines Verstärkers beeinträchtigen, sei es linear oder digital. Eine Spannung ist eine Spannung; flach und wellig frei von jeglicher Art: Danach ist es das Design des Verstärkers, das Rauschen und Verzerrungen bestimmt