Alimentatore switching o lineare ?

Ciao a tutti,
preso dal cazzeggio estivo ho trovato il tempo di autocostruirmi un alimentatore lineare da 6V basato sull' LM317 secondo lo schema classico del data sheet.
L'obiettivo di quest'opera era sostituire quello dozzinale in dotazione al dac Arcam rDac.

Secondo la letteratura internettiana il salto qualitativo doveva essere sensibile ed udibile, ebbene.....io non ho sentito nessuna differenza.
Preso dal dubbio sulla funzionalità della mia creatura sono andato da degli amici tecnici muniti di oscilloscopio e cosa scopro?
Scopro che quello dell'rDac non è poi così male e la tensione in uscita è pulita tanto quanto quella offerta dal mio. Parliamo di variazioni sotto i 10 mV e per vedere delle presunte anomalie, tipo i denti di sega dello switching dobbiamo andare oltre i 10 MHz.
Purtroppo non posso fornirvi delle immagini o dettagli più precisi.

Le riflessioni che ho fatto e che voglio condividere sono che:
1. Ho un serio problema all'udito
2. Gli switching attuali non sono poi da demonizzare

Saluti

Volevo fare anch'io la stessa cosa per il mio Dac.
Alex me lo sconsigliò dicendo che il trasformatore "da rasoio" in dotazione è più che sufficiente.....non avrei sentito alcuna differenza.

In internet se ne sentono di tutti i colori....da gente obiettiva che ha notato poco/nulla a gente che ha visto la Madonna.

@supertrichi ha scritto:Secondo la letteratura internettiana il salto qualitativo doveva essere sensibile ed udibile, ebbene.....io non ho sentito nessuna differenza.

Diverse volte mi è stato chiesto se era il caso di sostituire l'alimentatore fornito con l'apparecchio (di un ampli per cuffia si trattava), perchè sembrava troppo "economico".

Io rispondo che sì, è sicuramente economico, e sarebbe grottesco se non lo fosse, visto che questi alimentatori sono progettati proprio con il criterio dell'economia industriale. Questi alimentatori switching dall'apparenza dimessa, in realtà racchiudono in se' un tale livello tecnologico da far impallidire il più blasonato dei dac.

Lo scopo di questi apparati onnipresenti, e quasi tutti basati sullo stesso tipo di circuito e di integrazione a larga scala (parliamo dei caricatori per cellulari, per notebook, etc.) è quello di fornire la necessaria corrente alla tensione voluta, con un livello decente di pulizia e di stabilità. E sono stati fatti passi da gigante. Una volta il livello di disturbi generato era piuttosto alto, per cui tali alimentatori erano preclusi agli impieghi audio, ma oggi non è più così.

Comunque, come ho cercato di spiegare a queste persone, non ha senso cambiare l'alimentatore esterno di questi apparati audio (siano essi dac, amplificatori per cuffia, o altro) perchè all'interno di tali apparati ci sono senz'altro dei regolatori che producono le tensioni (più basse, in genere) necessarie ai circuiti elettronici, con l'effetto di annullare qualunque influenza proveniente dall'alimentazione esterna. A meno che non ci siano disturbi evidenti dovuti a un malfunzionamento dello switching, non è possibile udire differenze cambiando la scatoletta.

Ad esempio, all'interno di un dac sono necessari 5 Volt, 3.3 Volt, necessari alla logica digitale, e raramente 12 Volt. Queste tensioni non sono generate dallo switching (che produce un'unica tensione "grezza") ma da appositi regolatori a basso rumore, molto precisi e stabili. Che senso ha quindi cambiare la scatoletta?

Ciononostante, qualcuno ha deciso tempo fa di cambiare l'alimentatore esterno del suo ampli per cuffia... pagando quasi quanto il costo dell'amplificatore stesso. A nulla sono valsi i consigli e la semplice logica elementare. La logica non serve, contro il lato oscuro della forza.

Cercavo in rete qualche informazione sulla differenza tra le alimentazioni lineari vs switching presenti nei nostri oggetti elettronici, amplificatori, dac o streamer che sia. Mi domandavo se aveva senso sostituirle con uno dei kit ora molto in voga, tipo quello per il Lumin U1 mini ed ho trovato questo tread del 2012 dove Alex spiegava di non sostituire gli alimentatori presenti inutilmente. 
Grazie Alex per la esaustiva spiegazione:D:

@ste.miki ha scritto:Cercavo in rete qualche informazione sulla differenza tra le alimentazioni lineari vs switching presenti nei nostri oggetti elettronici, amplificatori, dac o streamer che sia. Mi domandavo se aveva senso sostituirle con uno dei kit ora molto in voga, tipo quello per il Lumin U1 mini ed ho trovato questo tread del 2012 dove Alex spiegava di non sostituire gli alimentatori presenti inutilmente. 
Grazie Alex per la esaustiva spiegazione:D:

E' passato un po' di tempo da quel post.

Ma le cose non sono cambiate. All'interno di ogni apparecchiatura che si rispetti e che utilizza un alimentatore esterno, ci sono internamente degli stabilizzatori che servono sia a filtrare ulteriormente la tensione, sia a generare i valori di tensione necessari ai vari circuiti. E' chiaro che la presenza di tali stabilizzatori rende del tutto ininfluente la qualità dell'alimentatore esterno nei riguardi della qualità di riproduzione.

Mi sono detto "aspetta che controllo sul Giardino se c'è qualcosa a riguardo". Per fortuna!
Mi sa che mi s'è svampato un alimentatore switching 24V 5A. Ne compro uno nuovo e via pippe lineari stabilizzate solenoidali con supercazzola prematurata.
Per fortuna c'è il Giardino!

@UpTo11 ha scritto:Mi sono detto "aspetta che controllo sul Giardino se c'è qualcosa a riguardo". Per fortuna!
Mi sa che mi s'è svampato un alimentatore switching 24V 5A. Ne compro uno nuovo e via pippe lineari stabilizzate solenoidali con supercazzola prematurata.
Per fortuna c'è il Giardino!

Praticamente come wikipedia

@bandAlex ha scritto:
Praticamente come wikipedia  

GardenPedia!

Buon giorno signori,

Spero non sia un problema approfittare di questo post già aperto per parlare dell'argomento power supply, focalizzandosi sui lineari.

DISCLAIMER: pongo la questione sperando non risulti eccessivamente Off Topic (so per certo che lo è almeno un pochino), purtroppo in questo bellissimo forum non mi pare sia mai stata aperta una sezione Off Topic, forse perché non necessaria; dovesse essere poco gradito prego i moderatori o l'amministratore stesso di cancellare il post.

Venendo alla questione, da qualche smanetto ,non troppo, con degli apparati radio facendo qualche ascolto qui e li (sperando di poter fare domanda quanto prima per l'apposita licenza). Come ha già spiegato BandAlex, negli apparati HiFi la questione non si pone perché tutti i circuiti che si preoccupano di fornire tensione continua pulita fanno già il lavoro che devono e un economico switching fa assolutamente il suo dovere.

Non è così, però, per quanto riguarda gli apparati radio: gli alimentatori switching possono creare seri problemi di rumore e sarebbe meglio evitare (premetto che possiedo un solo power supply da 30 A che al momento fa tutto, radio e audio).

Vi siete mai cimentati nell'autocostruzione di un power supply lineare della medesima portata? Sapreste consigliare uno schema costruttivamente valido per poter avere una piattaforma affidabile e magari averepiù lineari identici per fare varie cose?

Grazie mille e perdonate l'OT

Non avendo titoli, dipende come lo switching opera, se fa lavorare oltre i 50 KHz l'oscillazione dei Power MOS, o dei JBT.
Realizzai uno di questi alimentatori per un lineare da 1Kw, ai tempi, ed era molto silenzioso, essendo l'oscillazione fuori dallo spettro udibile e fuori dalla frequenza di lavoro RF

@Drebin ha scritto:Non è così, però, per quanto riguarda gli apparati radio: gli alimentatori switching possono creare seri problemi di rumore e sarebbe meglio evitare (premetto che possiedo un solo power supply da 30 A che al momento fa tutto, radio e audio).

In campo audio le esigenze sono quelle di un'alimentazione stabile e priva di ripple, e ovviamente priva di disturbi. Molto dipende però dalle caratteristiche del circuito, principalmente dal PSRR degli stadi di ingresso. Con circuiti semplici, privi di specchi di corrente o generatori, di solito il PSRR è basso e allora è importante che l'alimentazione sia il più pulita possibile. Con i circuiti moderni a stato solido, con gli opamp ad esempio, il PSRR è almeno sui 70 dB, e allora si può tollerare un rumore più alto, che nell'audio si tratta principalmente del ripple residuo della rettificazione, ovvero rumore a bassa frequenza.

In un alimentatore lineare il rumore più importante per l'audio è quello del ripple a 100 Hz, ma ci sono anche gli spike generati dal processo di rettificazione, che possono generare disturbi molto estesi in frequenza, ben oltre la banda audio. Più alte sono le potenze in gioco, più forti sono le correnti di carica dei condensatori di filtro, e più forti sono i disturbi generati dai diodi. Non è vero quindi che un alimentatore lineare non generi rumore ad alta frequenza, e infatti dove ciò è importante si adottano accorgimenti specifici per mitigare questi disturbi.

Nell'audio ci si può permettere di ignorare tutto ciò che succede al di sopra del centinaio di kilohertz, anche se in rari casi può succedere che un eventuale disturbo a radiofrequenza può interferire con il circuito e rientrare in banda audio sotto forma di armoniche e nei casi peggiori diventare udibile. In questi casi la colpa di solito è del layout, e/o la posizione non idonea di alcuni componenti chiave, per cui è molto difficile eliminare tali disturbi.

Ma soprattutto, nell'audio ci si può permettere di considerare un solo tipo di rumore generato dall'alimentatore: quello convogliato sui rail di alimentazione. Il rumore irradiato infatti, viene ignorato bellamente, in quanto ritenuto poco importante. Ciò non toglie che il rumore irradiato sia importante per la compliance ad alcune normative o certificazioni, che in sostanza impongono ad un apparecchio di non interferire con gli altri via radio.

Il livello delle EMI, ovvero delle interferenze elettromagnetiche generate da un apparecchio, deve essere inferiore al valore imposto per legge, per far sì che un apparecchio superi la certificazione e possa essere messo in commercio (la famosa marchiatura CE). I livelli di emissione diventano più severi in alcuni ambiti di utilizzo (ad esempio apparecchiature elettromedicali) laddove è più probabile che i disturbi possano causare il malfunzionamento di altri apparati oppure perchè usati in ambienti particolarmente suscettibili.

Nel caso degli alimentatori switching, di solito i costruttori di questi apparati dichiarano nei loro datasheet le normative che sono rispettate e quindi si può avere sin da subito un'idea dell'idoneità di un modulo per l'utilizzo che se ne vuole fare. E' ovvio che uno switching non sarà mai silenzioso del tutto, soprattutto se non è del tipo incapsulato in un contenitore metallico, ovvero schermato. Il costruttore di questi moduli di solito si preoccupa (e dichiara) il rumore sovrapposto sulla tensione in uscita, che poi è quello che interessa nel 90% dei casi, in una banda compresa nei primi 20 MHz. Se l'utilizzatore dei moduli necessita di prestazioni più stringenti, sarà compito del progettista quello di abbassare i residui per mezzo di filtri appositi (che aumentano il costo dell'apparecchiatura). Per i disturbi irradiati invece c'è poco da fare, se non rispettare le linee guida del costruttore (collegamento del contenitore del modulo alla massa o altro) e quindi si procede con un approccio errore/correzione che riguarda anche la scelta accurata del modulo da utilizzare, facendo vari tentativi con moduli diversi. Ogni caso fa storia a se', perchè spesso si ha a che fare con l'interazione delle diverse parti e le variabili in gioco sono moltissime.

Per quanto riguarda direttamente il problema esposto dall'autore del post, ovvero l'utilizzo di uno switching con un trasmettitore radio, non è possibile ovviamente dare una risposta univoca e precisa, ma mi viene in mente il fatto che oggi gli alimentatori switching sono usati un po' dappertutto, persino negli strumenti di misura più delicati e sensibili. Io stesso sto modificando il mio AF-N per eliminare il toroidale e il classico ponte di diodi e condensatori di livellamento, perchè francamente sono stufo di tutti i problemi che si porta dietro un alimentatore lineare in un cabinet piccolo come quello di un AF-N. Oggi l'offerta di moduli di alimentazione switching di tutti i tipi e di tutte le potenze, con buone caratteristiche di rumore, dimensioni irrisorie rispetto al lineare, costi ridicoli, e affidabilità che sfiora e supera il milione di ore è così allettante che è impossibile non fare almeno un tentativo. Certo, il mio lavoro è facilitato dal fatto di avere a che fare con correnti e tensioni modeste, quelle tipiche di un ampli per cuffia.

Vi siete mai cimentati nell'autocostruzione di un power supply lineare della medesima portata? Sapreste consigliare uno schema costruttivamente valido per poter avere una piattaforma affidabile e magari averepiù lineari identici per fare varie cose?

Ho allargato la mia risposta al campo audio per renderla più appetibile a un forum come questo.

Il solo pensare a un alimentatore lineare da 30A (su che tensione?) mi fa sudare freddo. Esistono però diversi schemi in rete già pronti. Poi dipende se l'alimentatore deve essere stabilizzato o meno (è una GRANDE differenza), e ovviamente la tensione che ti serve (se fissa o variabile, o più tensioni).

Questo è il livello di rumore direttamente sui rail di alimentazione di un AF-N acceso con 2 moduli switching MFM-20-24 della MeanWell:



Come si vede, al di sopra dei 10kHz il tappeto di rumore si adagia sui -120 dB in banda audio. Il residuo di rumore generato dallo switching sta intorno ai 20 mV di picco.

Questo invece è il rumore sull'uscita cuffia:



Grazie alle buone caratteristiche del circuito di preamplificazione, il tappeto di rumore è una linea retta sui -120 dB.

Lo strumento usato aveva una banda di 5 MHz, quindi queste misure sono particolarmente significative per l'audio.

Conto di rifare lo stesso test con l'analizzatore di spettro con banda di 400 MHz.

Vorrei prima di tutto ringraziarti per le misure che spesso proponi, sono forse la cosa più interessante seconda solo alla possibilità di vedere pura creatività in azione (mi riferisco agli ampli).
 

@bandAlex ha scritto:Il solo pensare a un alimentatore lineare da 30A (su che tensione?) mi fa sudare freddo. Esistono però diversi schemi in rete già pronti. Poi dipende se l'alimentatore deve essere stabilizzato o meno (è una GRANDE differenza), e ovviamente la tensione che ti serve (se fissa o variabile, o più tensioni).

Chiedo scusa per i sudori freddi, non era mia intenzione 

Per quanto riguarda i requisiti si, non ho messo troppi dettagli anche se saranno prevedibili:

Le mie esigenze mi portano verso un alimentatore lineare che si attesta intorno a quelle capacità (dai 20A ai 30A, ovviamente il tutto dipendente dalle possibilità e dalle scalabilità del progetto che si riesce a trovare), una singola tensione fissa (13,8V) stabilizzata. 

Questione del tutto secondaria e che rappresenta un problema esclusivamente mio è la possibilità di concepire un'enclosure che faciliti l'uso del power supply stesso come modulo, di modo che possa essere utilizzato su vari apparati (audio e non) e scambiato tra gli stessi. Per quello chiedevo eventualmente qui dato che la vostra esperienza e le vostre competenze sono senz'altro maggiori delle mie, e spero abbiate tra le vostre librerie tecniche qualcosa di affidabile e "battle proven".

Ringrazio ancora per la disponibilità, rimango in attesa di eventuali suggerimenti e della prova con l'analizzatore da te menzionato, sarà certamente interessante.