Kosár: még üres a kosarad
Főoldal » Hírek » Tuning tápegység lejátszókhoz

Tuning tápegység lejátszókhoz

2013. augusztus 29.  11:34
|

A jó tápegység alapvetően meghatározza a táplált készülék működését. A multimédiás rendszerek különösen kényesek ebből a szempontból. Digitális eszközeink rengeteg kép- és hangjavító áramkört tartalmaznak, melyek nem csak az adatforrás hibáit javítják, hanem az elektromos környezeti hatásokat is megpróbálják kompenzálni. Ezeket a környezeti hatásokat elsősorban a tápegységek viszik be rendszerünkbe. Gondolok itt a tápfeszültség stabilitására az elektromágneses kölcsönhatásokra (EMC) és a tápfeszültség be- és kimeneti zajára. 

A zajok a következőképpen zavarhatják rendszerünket: a készülékek belső és külső adatjeleire „ráülnek”, idegen szóval szuperponálnak azokkal, megzavarva a precíz jelfeldolgozó áramköröket, ahogy azt a következő ábra is mutatja. A diagram egy digitális jelalakot mutat, a feszültség változását az idő függvényében ábrázolja. A pirossal rajzolt jel az eredeti jelalakot, a kékkel rajzolt pedig a zajjal módosult jelalakot mutatja. A két görbe közötti futási hibák jól láthatóak:

EMC szempontból készülékeink áramköri lapjai mint egy bonyolult antenna rendszer működnek, felveszik a környezet elektromágneses jeleit és feszültségzavar formájában juttatják be a digitális jelfeldolgozásba. Mint látjuk, a digitális rendszerekben komoly hibajavításra van szükség a nagy sebességű jelfeldolgozásban. Minél kisebb a zaj annál tökéletesebb a jelfeldolgozás. Egy-egy jól sikerült készülék megtervezése nagy kihívást jelentett a mérnököknek...

A multimédiás rendszerekben használt tápegységek közös jellemzője, a transzformátoros leválasztás, melynek köszönhetően a kimenetük a hálózati 230 Voltos feszültségtől teljesen elszigetelt, úgynevezett földfüggetlen feszültséget állít elő. Erre két fontos szempont miatt is szükség van: érintésvédelem és a készülékek összekapcsolhatósága. 

Cikkünkben három, 200 Watt alatti terhelhetőségű tápegység fajtát vettünk vizsgálat alá, a következő szempontok szerint:

  • Működési mód
  • Kimeneti stabilitás változó terhelésre
  • Kimeneti tápzaj
  • EMC hatás
  • Hatásfok
  • Ár

 

I. Hagyományos transzformátoros tápegység

Más néven analóg tápegységeknek is szokták nevezni ezt a készüléket. Működési elve a következő: a hálózati 230 Voltos váltakozó feszültséget egy közbenső, földfüggetlen váltakozó feszültségre alakítja, ebből egyenfeszültséget csinál, majd azt egy szabályzó áramkörön átvezetve állítja elő a kimeneti feszültséget. Kimeneti stabilitása az elektronikus áteresztő szabályzó jóságának függvénye, tipikusan pár millivolt. 

Az alacsony frekvenciás (a változó terhelésből és a hálózati 50 Hz működésből adódó) tápzajt elektronikusan, a közép és magas frekvenciás tápzajt a kimeneti szűrő kondenzátorokkal csökkenti.

Ezekben a tápegységekben jó minőségű lemezelt vagy toroid transzformátorokat építenek be. A vasmagnak köszönhetően a tápegység szórt mágneses tere nagyon kicsi, melyet gyakran mágneses árnyékoló pajzzsal még alacsonyabb értékre szorítanak vissza. A szabályzó és egyéb alkatrészek magas frekvenciás mágneses teret nem vagy csak elenyésző mértékben termelnek.

Sajnos a hagyományos transzformátoros tápegységek hatásfok szempontjából nincsenek a helyzet magaslatán, tipikusan a bevitt energia 60% át elhasználják a működésükhöz. Ár szempontjából sem túl rózsás a helyzet. Ezek a tápegységek rengeteg rezet, alumíniumot és különleges vas ötvözetet tartalmaznak, előállítási technológiájuk is költséges, rengeteg kézzel szerelt alkatrészt igényelnek. Ár-teljesítmény arányuk hozzávetőlegesen 1000 Ft/Watt.

 

Működési diagramot itt nem tudunk közölni, mivel egy jól megtervezett analóg tápegység esetén az oszcilloszópon csak egy vízszintes vonalat látnánk. Összegzésként elmondható, hogy ha az ár és az üzemeltetési költség nem szempont, akkor mindenképpen ez a jó megoldás egy multimédiás rendszer táplálására.


II. Kapcsolóüzemű, „Flyback” szabályzású tápegység

Működési elve a következő: a 230 Voltos hálózati feszültséget egyenirányítja, majd az így kapott 350 Voltos egyenfeszültségről egy impulzustranszformátort kapcsolgat az elektronikus szabályzója.

A transzformátor kimenetén megjelenő teljesítményimpulzusokat egy pufferelő, szűrő kondenzátoros hálózat gyűjti össze és alakítja egyenfeszültséggé. A Flyback szabályzó rendszer mindig csak annyi energiát küld bele a transzformátorba, amennyi a kimenteti terhelés kiszolgálására elegendő. Ezt egy visszacsatoló hálózaton keresztül méri. Tipikus működési frekvenciája 30–100 kHz, melyet a bevitt impulzus szélességével modulál. Működése során rengeteg felharmonikus zaj keletkezik, melyet gondos tervezéssel áramkörön belül lehet tartani. Kimeneti stabilitása változó terhelésre megfelelő, szabályzása gyors és pontos. 

Kimeneti tápzajnál és az EMC tulajdonságánál már nem ilyen fényes a helyzet. Változó terhelésre a kimeneten a változásra és a működési frekvenciára is jellemző spektrumú zaj is megjelenik. Nem ritka, hogy ez a jelenség fizikailag hallható is. A normális működés során fellépő nagyáramú impulzusok keltette elektromágneses hatás a táplált és a közvetlen közelben lévő készülékekre is hatással lehet. 

A hatásfokot tekintve viszont jól vizsgáznak ezek a tápegységek, 70–85% a bevitt és a leadott teljesítmény aránya. Ár szempontjából itt a legkedvezőbb a helyzet: mivel kevés és olcsó alkatrészt tartalmaznak és a sorozatgyártásuk is gazdaságos. Pótlásuk meghibásodás esetén olcsó és könnyű. Ár/leadott teljesítmény arányuk kb. 200–250 Ft/Watt.

Ezt a fajta tápegységet maximum 30–40 Watt teljesítményig szokták alkalmazni, külső adapterrel rendelkező készülékek –például mobiltelefonok, routerek, switchek, videójátékok, médialejátszók – mellett tipikusan ilyen adaptereket találunk.

Példaként a Popcorn Hour A-400 lejátszónál is használt CS-12030000 típusú tápegységet mutatom be. Ez a tápegység 100–240V váltóáramból tud 12 Volt / 3 Amper teljesítményű egyenfeszültséget előállítani.

 

Működési diagrammjai (feszültség/idő):

Kapcsolási jelalak terhelés nélkül 

500 msec/egység és 5 V/egység

Jól látható ahogy a vezérlés periódusról periódusra precízen pótolja a tápegység kimeneti illesztésének pár milliamperes fogyasztását. Ebben a működési módban előfordul, hogy a szabályzás miatt halk kattogó hang is hallható. Kimeneti feszültsége 12,05 Volt.

 

 

Tápzaj terhelés nélkül

 500 msec/egység és 2 mV/egység

A viszonylag alacson tápzaj nagyon sok frekvenciakomponenst tartalmaz, széles spektrumban. Szűrése komplex feladat. 

 

 

 

Kapcsolási tranziens terhelés nélkül

 5 msec/egység és 5 V/egység 

Meredek felfutó él és erős belengés jellemzi. Ez az üzemmód viszonylag sok EM zajt termel, melyet szűréssel és árnyékolással lehet kompenzálni. 

 

 

 

Tipikus jelalak 2 amperes terhelés mellett

500 msec/egység és 5 V/egység

A diagrammról látható, hogy a terhelés hatására a kvázi véletlenszerű impulzusok szabályos periódusba rendeződnek. A fel és lefutó élek időkülönbsége alacsony frekvenciás zajtényezőt produkál, ezt azonban könnyű szűrni. A gyors felfutó élek EM és rádiófrekvenciás zaja sem jelentős probléma egy jól méretezett szűrővel rendelkező tápegységben. Kimeneti feszültsége a terhelés hatására kevesebb mint 2%-os eltérést mutatott (11,86V).

 

Tápzaj 2 amperes terhelésnél

500 msec/egység és 5 mV/egység

Terhelés hatására a tápzaj jelentősen megnőtt, vegyesen tartalmaz alacsony, közép és magas frekvenciás komponenseket; ezt a tápzajt viszonylag nehezebb kiszűrni a rendszerből. Bemeneti, kimeneti és EM szűrőket is alkalmazni kell.

 

 

III. Kapcsolóüzemű „Push-Pull” szabályzású tápegység

 Működési elve a következő: a bejövő 230 Voltos hálózati feszültséget egyenirányítja, majd egy Push-Pull kontrolerrel úgy hajtja meg a beépített transzformátort, hogy azon egy váltakozó jel keletkezzen. Így a kapcsolásokkor fellépő tranziensek kevés és kis teljesítményű felharmonikus és rádiófrekvenciás zaj keletkezik. Ezekbe a tápegységekbe gyakran egy kis teljesítményű, plusz standby tápegységet is beépítenek, mely segítségével a fő tápegység elektronikusan is kikapcsolható, ezzel is csökkentve a passzív fogyasztását. Szabályzása hasonló a fent említett tápegységhez, a szükséges kimeneti teljesítményt a transzformátort meghajtó jel frekvenciájával szabályozza. Kimeneti stabilitása változó terhelésre megfelelő, szabályzása gyors és pontos.

Kimeneti tápzaja és a hálózat felé visszaható elektromos zaja nagyon kicsi. Bemeneti és kimeneti szűrőket is tartalmaz. Gondos tervezés esetén a fellépő EMC zavarás is jól kordában tartható.

Hatásfoka hasonló a Flyback rendszerhez, 70–85%, melyet a beépített szűrők kis mértékben rontanak, cserében a tisztább működésért.

Ezek a tápegységek közepesen bonyolult felépítésük miatt több és drágább alkatrészt tartalmaznak, sorozatgyártásuk viszont könnyen automatizálható. Ez a típus a második helyen végzett az ár összehasonlításban: ár/leadott teljesítmény aránya kb. 250–300 Ft/Watt.

Példaként egy HP-AW175EF3P típusú tápegységet vettünk vizsgálat alá. A tápegység 230 Volt bejövő váltó feszültségről 12 Volt / 14 Amper egyenáramot tud előállítani.

Működési diagrammjai:

Kapcsolási jelalak terhelés nélkül

2 msec/egység és 5 V/egység

A mért jel szimmetrikus, viszonylag kevés felharmónikust tartalmaz. Működési frekvenciája megközelítőleg 70 kHz. 

 

 

 

Tápzaj terhelés nélkül

2 msec/egység és 2 mV/egység

A mért jel kis amplitúdójú, vegyes spectrumú.

 

 

 

 

Kapcsolási tranziens terhelés nélkül

1 msec/egység és 5 V/egység

Lassú fel és lefutó élek, valamint az íves alsó és felső burkolók jellemzik a kis teljesítményű működési módot.

 

 

 

Tipikus jelalak 2 amperes terhelés mellett

2 msec/egység és 5 V/egység

Szimmetriáját nem vesztette el, felső és alsó határoló görbéje egyenesebb lett a bevitt többletenergia miatt, valamint a frekvenciája is kis mértékben csökkent – kb. 64 kHz lett –, a fel- és lefutó élek meredekebbé váltak, itt már lehet EMC és felharmónikus zajra is számítani.

 

 

Tápzaj 2 amperes terhelésnél

2 msec/egység és 2 mV/egység

A tápzaj meglepően kicsi, de a fentebb említett kapcsolási tranziensek jól megfigyelhetők a burkoló görbére ráülő tüskék formájában. A jelalak spektruma kevés összetevőt tartalmaz, szűrője jól méretezett.

 

 

Ezt a működési módú tápegységeket projektorokban, nagyobb teljesítményű audió-videó berendezésekben, komolyabb videójátékokban szokták alkalmazni. 10–1000 Watt teljesítményhatárok között nagyon jól teljesítenek.

 

A 3-féle tápegység tulajdonságait összefoglaló táblázat:

Működési mód Analóg Flyback Push-Pull

Kimeneti stabilitás
változó terhelésre 

***** ***** *****

Be- és kimeneti zaj
terheletlen kimenetnél 

***** ***** *****
Be- és kimeneti zaj
terhelt kimenetnél
***** ***** *****
EMC hatás ***** ***** *****
Összesítés működésre 20 pont 10 pont 16 pont
Hatásfok ***** ***** *****
Ár ***** ***** *****
Összesítés költségre 2 pont 8 pont 7 pont

 

Megvizsgálva a tápegységek összesítését, a Push-Pull működési elvű tápegység minőségre sokkal jobban teljesített az olcsó Flyback rendszerűnél. Kevesebb be- és kimeneti, valamint EM zavart termel működése közben, így a multimédiás rendszerünk is tökéletesebben adja vissza a képet és a hangot. A cikkünk elején látható ábrán bemutatott zavarokat nagyon minimális mértékben termeli, így azzal rendszerünk könnyen megbirkózik.

A fenti tények ismeretében szétnéztünk, hogy milyen megfizethető árú tápegységgel tudnánk érdemi javulást elérni lejátszóinknál, ha a gyári flyback tápjukat lecserélnénk. Természetesen az ár miatt push-pull tápegységet kerestünk és találtunk végül a Microsoft XBOX360-as játékkonzoljánál is használt, a fenti cikkben szereplő HP-AW175EF3P típus „személyében”.

A táp 12V-os csatlakozóját lecseréltük a lejátszókba illeszkedő, teljesen fém dugóra, az eredeti kábelét vastagabb, műanyag szövet borításúval helyettesítettük, amelyre egy ferritgyűrű is került a további zavarszűrés érdekében. Ezen tápegységre cserélve a lejátszók gyári tápját mind a kép-, mind a hangminőség terén érezhető javulásra számíthatunk. Minél minőségibb a tévénk, projektorunk, illetve hangrendszerünk, annál látványosabb a tápcserének köszönhető minőségváltozás mértéke: élesebb kép, pontosabb színreprodukálás, tisztább, részletesebb hangzás. Ha többféle USB-s eszközt is szoktunk a médialejátszónkra kapcsolni, ezek áramfelvétele kevésbé befolyásolja mostantól a lejátszó működését, hiszen ez a táp könnyedén biztosítja mindegyik periféria számára a szükséges és stabil áramerősséget és feszültséget (bár természetesen ezen eszközökről is érkezhet további zaj a lejátszóra). Nem csak a médialejátszónk és kiegészítőinek áramkörei működnek azonban stabilabban, de a HDMI és egyéb kábeleken csatlakoztatott készülékekhez is kevesebb zaj érkezik ezentúl a lejátszónktól, így ezen eszközök is precízebben, kevesebb hibával állítják elő a képet és hangot.

Mindezek alapján a Microsoft módosított tápját elsősorban a nagy képernyős tévével (50"-től), bármilyen projektorral, és/vagy felső kategóriás házimozi-erősítővel rendelkező Popcorn Hour A-2x0/300/400, Mede8er, Dune HD TV-303D és Smart B1/D1/H1 lejátszók tulajdonosainak ajánljuk megvételre.

„Tuning” tápegységünk mától kapható a webshopban: link...

 

(A mérési eredmények és a szakértelem a Média Doktor érdeme, köszönet érte!)


Címkék:   tápegység   Popcorn Hour   Mede8er   Dune HD   high-end   tuning   Microsoft  

Hozzászólások Új hozzászólás írásához be kell jelentkezned. Ha még nem regisztráltál, itt tedd meg!

.. total-email-bookaszpem.istvan@stardust.hu