Atlas DNA prvků napájení
Dovoz, distribuce a výhradní zastoupení v ČR: Smart HiFi s.r.o. Průběžná 186 250 66 Zdiby, Praha – východ
Říjen 2012
Proč bychom měli uvažovat o použití kvalitních napájecích kabelů? Jako vždy, existuje i v tomto případě tradiční domněnka, že Hi-Fi, nebo systému domácího kina vyhoví jakýkoliv napájecí kabel za předpokladu, že jím proteče dostatek proudu a bude po elektrické stránce bezpečný. V důsledku toho je poměrně snadné shledat, jak uživatelé sice utratili velké sumy peněz za vybudování vysoce výkonné aparatury s kvalitními propojovacími kabely, ale přesto mají komponenty napájeny prostřednictvím stejných vodičů, které se používají k rychlovarné konvici, nebo notebooku. Podobně můžeme najít mnoho AV systémů zapojených do zásuvek velmi levných prodlužovacích kabelů zakoupených v nejbližším supermarketu. Tato překroucená ekonomika má ale dva problémy. Ten první je, že nemůžete z reproduktorových kabelů dostat to, co nezvládnou přenést ani napájecí kabely. Jinými slovy, ztráty na straně napájení, uslyšíte i na straně reproduktoru. Ačkoliv všichni akceptujeme zlepšení, které mohou do našich Hi-Fi a systémů domácího kina přinést kvalitní signálové, nebo reproduktorové kabely, už daleko méně souhlasíme s potenciálním přínosem, který s sebou přináší změna na straně napájení systému. Což je zvláštní, protože zvuky, které přicházejí z reproduktorů, jsou vlastně jen vstupním signálem, který je generován, upraven a řízen energií ze zásuvky. A dokonce i mezi konstruktéry, kteří by o tom měli vědět víc, koluje domněnka, že napájecí napětí je poměrně dost blízko dokonalému 50Hz sinusovému průběhu a když ne, tak je alespoň pro tento účel přesto dost dobré. Ve skutečnosti ale zdroj elektrické energie trpí řadou nedostatků, včetně nepříjemného rušení vysokofrekvenčními signály, přechodových špiček, asymetrického zkreslení průběhu a následné harmonické zkreslení a také nežádoucí stejnosměrné složky a kolísání úrovně napětí. Je třeba poznamenat, že elektrárny obecně dělají skvělou práci a poskytují el. energii, která je v parametrech napětí a kmitočtu dostatečně čistá a stabilní. Ale zmíněné problémy se obvykle začínají vyskytovat až v bytové zástavbě a mnohé z nich jsou dokonce způsobeny vašimi sousedy. Napájecí trasa vedoucí podél okolních budov je vystavena tak neobvyklým břemenům, že způsobují zhoršení kvality dodávky energie. Staré motory (často zejména oběhová čerpadla ústředního topení) jsou viníky nežádoucího harmonického zkreslení a rušení, zatímco některé domácí spotřebiče síťové napětí zkreslují takovým způsobem, že deformují vrcholky původně dokonalého sinusového průběhu. Pravděpodobně 99,9% nadšenců věrné reprodukce zapíchne kabely dodávané společně s přístroji do nejbližší zásuvky přes jednu, nebo dvě prodlužovací šňůry koupené za skvělou cenu v nejbližším hobby marketu. A když se systém tváří jako že je v pořádku, tak proč na tom něco měnit? Dobře, začněme tedy zásuvkou ve zdi. Ve Velké Británii je velmi pravděpodobné, že bude napájena silovými vodiči ze zásuvkového okruhu, začínající v rozvaděči (pojistkové skříni). Zásuvky jsou paralelně zapojeny jedna do druhé, dokud kabel nedorazí zpět do rozvaděče. Hlavní výhodou okruhu je, že žádná ze zásuvek nemůže zatížit zdroj na úkor zásuvky v jiné místnosti a v každé zásuvce je tudíž stejné výstupní napětí. Jeho nevýhodou je, že pokud se v něm vyskytuje spotřebič, jako např. starý šicí stroj, nebo WiFi router, tak se rušení, které produkuje, najednou dostane silovým rozvodem do každé ze zásuvek v okruhu. Degradaci způsobují nejen nechtěné rušivé signály z distribuční sítě, ale mnoho šumu pochází přímo ze vzduchu. Stínění přívodních vodičů je tedy velmi důležité.
2
Jednotlivé napájecí kabely AV komponentů jsou navíc většinou zapojeny do jedné prodlužovací šňůry, která je obvykle někde za skříní zamotána společně se zbytkem kabeláže. Tím že jsou jednotlivé signálové a reproduktorové kabely také fyzicky překříženy, tak rušení ze sítových přívodů má skvělou příležitost dostat se přímo do cesty zvukovému signálu s předvídatelnými a nežádoucími následky. Napájecí kabely by měly být v ideálním případě odstíněny jako takové a zároveň i od audio a video kabelů. Jak si popíšeme později, toho je obvykle dosaženo vnějším stínícím opletením z měděného drátu nebo fólií.
Obrázek nahoře ukazuje změť kabelů, která se často vyskytuje v pozadí mnoha Hi-Fi systémů. Stačí jen několik minut strávených přepojením a oddělením reproduktorových a napájecích kabelů do samostatných úhledných svazků a zvuk se obvykle okamžité zlepší. Nakonec, napájecí kabel musí obsahovat dostatečně silné vodiče, které přenesou do zařízení potřebné množství el. energie a je třeba, aby se spojení komponentu a zásuvky ve zdi provedlo kabelem na obou stranách osazeným kvalitními konektory.
Přívod k napájecímu zdroji komponentu Při návrhu napájecího zdroje audio komponentů jdou inženýři až do takových krajností, že počítají s tím, aby měl natolik stabilní a předvídatelné vlastnosti jak je to jen možné. Přitom většina Inženýrů ve svých projektech předpokládá, že příchozí energie (v Evropě 230V/50Hz) bude stabilní. Takže v zesilovačích uvidíte velmi velké a výkonné toroidní transformátory s předimenzovanou zásobárnou kondenzátorů dohromady udržující téměř nulovou impedanci zdroje. Nicméně v případě návrhu napájecích zdrojů existuje jedno neměnné pravidlo – můžete získat jen to, co vložíte dovnitř. Což neplatí jen pro napájecí zdroj, ale i pro ztráty v el. přívodu.
Následující nákres ukazuje potenciální ztráty v přívodu typické instalace od zásuvky ve zdi až po vstupní svorky napájení zesilovače.
3
Řada ztrát vzniká v přívodu ještě předtím, než se el. energie dostane na vstup napájecího zdroje. Patří mezi ně ztráty v samotných vodičích a jejich spojení, ztráty způsobené kontakty pojistek a jističů a filtry v napájecích trasách. Nyní se tyto ztráty mohou zdát malé, ale pokud je sečteme, tak se projeví. Toto může být prokázáno jednoduchým výpočtem. Představte si, že k zesilovači vede v domácnostech běžný řetězec zahrnující zásuvku ve zdi, prodlužovací kabel (možná s vnitřní pojistkou, nebo vypínačem), kabel o určité délce vedoucí do rozvaděče, kabely vnitřního propojení rozvaděčů a jeho výstupní svorky, napájecí kabel, jeho délku a IEC zástrčku a zásuvku. Nyní si na našem příkladu představte, že celková impedance od začátku až do konce je 2,5 ohmů a odebíraný proud zesilovače se pohybuje mezi téměř nulou a 6A v závislosti na jeho vybuzení. Špičková hodnota úbytku napětí v přívodním obvodu bude 6x2,5=15V, takže napájecí napětí do zesilovače klesne o znatelných 6,5%. Tato ztráta také promarní i část výkonu 6x15=90W. Vzniklá výkonová ztráta způsobí nárůst teploty a tím pádem se zvýší odpor všech měděných součástek a vodičů. Představte si, že se vnitřní teplota měděných vodičů zvedne z 20°C na 80°C. Pak se jejich odpor zvýší na 3,1 ohmů, ztráta napětí na 18,6 V a ztrátový výkon bude již 112 wattů. S rozptylem dalšího výkonu teplota opět stoupne a tak se spojí začarovaný kruh. Úbytek napětí pod 10% se nemusí zdát mnoho, ale mnoha zesilovačům může způsobit problém v podobě velmi slyšitelné kompresi zvuku, takže tyto ztráty musejí být minimalizovány. Ztráty v přívodu se mohou otestovat jednoduchou zkouškou. Na hodinu či dvě pusťte hudbu poměrně dost nahlas, pak vypněte elektřinu a rukou stiskněte volně přístupné součásti přívodního řetězce, jako jsou např. síťové zástrčky. Pokud jsou na dotek teplé, pak vznikají znatelné ztráty a protože ztráty způsobují ztrátový výkon, zvyšuje se kvůli tomu teplota. Pokud je zástrčka na dotek horká, tak odhalíte velmi vážné ztráty a tím i problémy, které je třeba řešit.
Síťové napájecí konektory Většina lidí věnuje malou pozornost síťovému připojení, vždyť zástrčka je jen zástrčka. Nicméně i přesto, že všechny splňují elektrické bezpečnostní normy, tak se značně liší v kvalitě použitých kovových vodičů, v konstrukci a účinnosti sevření vodičů vodivými kolíky a kontaktem uvnitř odpovídající zásuvky. Mnoho nízkorozpočtových síťových zástrček a zásuvek (pro UK s tavnou pojistkou13A) mají kontaktní plochu menší než 0,5 cm² a přesto jsou uvedeny v mnoha návrzích, které pracují s vysokou úrovní proudu.
4
Napájecí zástrčky IEC běžně používané v sortimentu Atlas mají kolíky ze slitiny mědi a bronzu, které se před pokovením vrstvou čistého Rhodia silnou 1,25 mikronů navíc dokonale vyleští. Tato úprava zajišťuje vynikající spojení a tedy celkově lepší výkon. V konstrukci byla věnována péče i tělu konektoru, které je přesně lisováno ze silného polykarbonátu.
Jaké faktory bere Atlas do úvahy při návrhu silové kabeláže? Návrh napájecích síťových kabelů Atlas vždy zvažuje pět klíčových faktorů - kvalitu vodičů, kvalitu izolace, účinnost stínění, kvalitu konektorů nebo zásuvek a nakonec trvanlivost a bezpečnost hotového výrobku. Síťové kabely EOS Atlas využívají vodiče z bezkyslíkaté mědi (OFC), které mají vysokou čistotu a proto se v čase nemění jejich parametry. Izolační materiál je forma teflonu nazvaná PTFE, která nejenže poskytuje nadstandardní izolační vlastnosti, ale také nevykazuje prakticky žádné znaky opotřebení i za více než desítky let používání. Jak je vidět na obrázcích výše, Atlas používá v současné době nejlepší dostupné konektory. Zástrčky jsou k dispozici v provedeních odpovídající mnoha EU normám. Funkce a provedení stínění kabelu Naše domovy jdou v současnosti doslova zahlceny elektromagnetickými vlnami, resp. vysokofrekvenčními signály mnoha druhů, od krátkodobých přechodových jevů el. pohonů, přes radary a krátkovlnné vysílačky záchranných sborů až po bezdrátové systémy Wi-Fi a Bluetooth, které jsou v hojné míře používány ve většině domácností. Ačkoliv toto rušení není sluchem přímo slyšitelné, tak přesto jeho účinky mohou audio signál významně poškodit, což již slyšitelné je. Mnoho součástek použitých v obvodech pracujících s kmitočty ve slyšitelném pásmu se chovají jako kondenzátory odpory a cívky. Ale při dominanci vyšších kmitočtů dochází k parazitním jevům, které se u některých součástek projevují tak, že se některé kondenzátory promění na cívky; některé tlumivky se zase chovají jako kondenzátory a tak dále. Mimoto může být vysokofrekvenční rušení a krátkodobé špičky po desce plošných spojů přenášeny vzduchem aniž by byly propojeny přímo vodiči a proto je dohled nad nimi velmi obtížný. Řekněme, že pokud se toto rušení dostane dovnitř zesilovače až do citlivých vstupních částí, zpětnovazebních obvodů, nebo zdroje, tak je schopen přetížit vstupy tranzistorů a na určitý čas způsobit jeho přiškrcení. Během této doby je zvuk vážně narušen, i když ne tak, že by kdokoliv z nás dokázal snadno na poprvé popsat jak. V ještě horším případě mohou vysokofrekvenční
5
signály rozkmitat zesilovač s rizikem jeho poškození, nebo dlouhodobé ztráty výkonu. Navíc se toto všechno často může stát, aniž by si posluchač uvědomil nějaký konkrétní problém Vliv vysokofrekvenčního rušení lze snížit přidáním stínění po celé délce kabelu. Stínění může být tvořeno předenými vodivými vlákny kovu, jako je měď, nepletenou spirálově ovinutou měděnou páskou, nebo vodivým polymerem kovové fólie a plastového filmu. Posledně jmenovaný typ používají silové kabely Atlas EOS. Stínění se chová jako Faradayova klec a proto všechny elektrické signály na vnější straně klece nebudou přítomny uvnitř. Stínění vede nežádoucí elektromagnetickou energii na uzemnění. Aby se tak dělo efektivně je potřeba, aby stínění pokrývalo vodič po celé jeho ploše. V opačném případě by mohlo RF rušení mezerami do kabelu proniknout. Stínění musí být také dobře vodivé, aby se pochytaná energie dostlala snadno na uzemnění, přirozeně včetně jeho dobrého spoje se zemnícím kolíkem zásuvky na konci kabelu.
Proč by měly být všechny stávající napájecí kabely nahrazeny Zatím jsme si vysvětlili, že vysoce výkonný napájecí kabel by měl dodat do zařízení, ať už zesilovače, nebo DVD přehrávače, elektrický proud s minimálními elektrickými ztrátami a s minimálním podílem jakýchkoliv nežádoucích prvků, které by mohly zvukový signál zkreslit, nebo zabarvit. Přesto uživatelé, kteří se z naprosto pochopitelných důvodů, rozhodli v systému vyměnit jen některé z kabelů někdy zjistili, že zlepšení není tak jasné jak očekávali. RF a rušivé signály si totiž vždy svojí cestu do elektronického systému najdou a dostanou-li se jednou dovnitř, už jim nic nezabrání v dalším šíření od jednoho komponentu k druhému. Pouze jediný způsob, jak se vyhnout slyšitelné degradaci, kterou rušení způsobuje je zabránit jeho průniku od samotného počátku a to znamená bez výjimky stínit každý přívodní kabel.
Distributor napětí pro váš Hi-Fi systém V ideálním případě je nejlepší způsob připojení Hi-Fi systému k přívodu elektrické energie pomocí samostatných zásuvek ve zdi zvlášť pro každý jednotlivý komponent, které by byly zapojeny do okruhu hlavního napájení, nebo přímo na hlavní přívod el. energie u paty domu. Nicméně takové řešení je pro většinu uživatelů příliš komplikované a drahé obzvláště v případě systémů, které potřebují řekněme osm až dvanáct zásuvek, protože by to vyžadovalo kompletní změnu domovní elektroinstalace. Takže v praxi většina lidí používá různé rozdvojky a protože všechny tyto výrobky
6
vypadají na první pohled stejně, většina z nich končí u relativně levného prodlužovacího kabelu s požadovaným počtem zásuvek zakoupeného v místním supermarketu. Takové rozbočovače ale mohou snížit výkon kvalitního Hi-Fi systému a jistě také potlačují všechny výhody plynoucí z použití kvalitních signálových kabelů. Naopak dobře navržený distributor napětí, takový jaký vyrábí Atlas, s vysoce kvalitními zásuvkami bude mít při spojení s odpovídající zástrčkou velmi nízké ztráty. Distributor Atlas také používá vodiče z vysoce čisté mědi OFC ve velmi stabilní izolaci z PTFE. Patří sem rovněž způsob potlačení vysokonapěťových špiček, nebo rázů, které velmi drahé zařízení mohou snadno poškodit. K tomu se nejlépe hodí super rychlé varistory MOV (Metal Oxide Varistor) u kterých při určité hladině síťového napětí (typicky 260V) prudce klesá jejich odpor a způsobují zkrat. Distributor napětí Atlas splňuje oba tyto požadavky, ale nabízí ještě něco navíc – zapojení do hvězdy. Níže uvedený obrázek ukazuje zapojení typického prodlužovacího kabelu s několika zásuvkami, všechny zapojené paralelně za sebou, kdy propojovací vodiče vedou od zásuvky k zásuvce. Než se napětí dostane až k poslední zásuvce, má v cestě čtyři odpory tvořené vnitřní kabeláží
To znamená, že se proud vedený vodičem mezi zásuvkami vrací stejnou cestou zpět. Pokud tedy zapojíme vedle sebe řekněme CD přehrávač a proudově náročný zesilovač, tak se budou navzájem sice nepatrně, ale přesto jednoznačně ovlivňovat. Navíc rušení zdroje může snadno pronikat od zásuvky k zásuvce. Naopak uspořádání do hvězdy s použitím kabelů Atlas, jak je uvedeno níže, propojuje každou jednotku z uzlu na vstupu zásuvkové rozvodnice. Výhody tohoto uspořádání lze nejenže změřit, ale co je daleko důležitější, jsou i slyšet. Každá zásuvka je zapojena přímo a napětí neovlivňují ztráty v ostatních propojovacích vodičích.
Další věc, která stojí za zapamatování je, že distribuční modul Atlas nepoužívá žádnou indikační doutnavku. Viditelné světlo je důsledkem rozpadu neonu, při kterém se tvoří množství
7
vysokofrekvenční energie, která si do audio obvodů snadno najde cestu. Naopak jednotka Atlas používá úsporný LED indikátor napájený bezeztrátovým obvodem s naprosto nerušícím provozem. Přestože bohaté stínění a účinné uzemnění napájecích kabelů Atlas Eos brání průniku RF rušení, tak nemohou odstranit signály, které jsou do elektrické sítě již zamíchány. Z tohoto důvodu je Atlas Power Block se čtyřmi zásuvkami nabízen s vestavěným bezeztrátovým RF filtrem s velmi pokročilou konstrukcí, který je navržen tak, aby odfiltroval rušení a vysoké kmitočty a zároveň jen minimálně zvyšoval impedanci přívodního vedení. Naměřená účinnost je viditelná na grafu níže a je vidět, že tlumí nežádoucí kmitočty velmi účinně.
8
