Работа импульсного источника питания без нагрузки

Фон

Я учусь на втором курсе университета и хотел простой источник питания, чтобы протестировать пару любимых проектов, не проходя весь путь до лаборатории. Я купил Power-One MPU150-4350 по дешевке в магазине подержанной электроники. Кажется, в разделе выходных спецификаций указано, что для выхода 3,3 В (V1) 3А является минимальной нагрузкой, а 30А - максимальной.

Я знаю, что использование импульсного источника питания без нагрузки может привести к неточным выходным напряжениям и даже повредить систему, хотя я не совсем понимаю, почему это так. Однако необходимость всегда тянуть не менее трех ампер от шины 3.3 В мне кажется чрезмерной.

Вопросов

1. Какую минимальную нагрузку я могу поставить на каждый из выходов, не повредив источник питания?

2. Повредит ли это работа импульсного источника питания без нагрузки на короткое время? Или просто выдают нестабильные выходные напряжения?

3. Почему бы не переключать источники питания, как слабые токи?

Если вы знаете только ответ на один из них, пожалуйста, не стесняйтесь писать. Все, что помогает, получает +1.

Редактировать Эта статья будет очень полезна для начинающих (таких как я), ответ ниже является подробным и очень полезным объяснением того, почему SMPS могут выходить из строя из-за перенапряжения, когда они недостаточно загружены.

Трудно обобщить такого рода поведение. Некоторые блоки питания будут работать при нагрузке ниже минимальной, но с ухудшенной производительностью. Другие источники питания могут отключиться, а другие все еще могут работать неправильно (колебаться / отключаться). Другие могут вести себя отлично.

Довольно часто базовые источники питания используют топологию с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) с индуктивными элементами памяти. Частота переключения фиксирована, а рабочий цикл варьируется для управления выходным напряжением как функцией нагрузки и входа.

Когда ток в индуктивном накопителе никогда не падает до нуля, преобразователь работает в двух состояниях - включается и выключается. Это называется режимом непрерывной проводимости (CCM). Как только достигается CCM, рабочий цикл по существу не меняется (если не изменяется вход) - поведение преобразователя не изменяется с нагрузкой, и все довольно стабильно.

При очень малой нагрузке в индуктивном накопителе отсутствует уровень постоянного тока. Теперь преобразователь имеет три рабочих состояния - включение, выключение и уменьшение тока индуктора, выключение и ток индуктора = 0. Это называется режимом прерывистой проводимости (DCM). В DCM выходная нагрузка влияет на рабочий цикл, а также на входные колебания.

Большинство контроллеров имеют минимальное время включения ШИМ, которое может быть достигнуто - если установка пытается установить рабочий цикл ниже этого минимума, вы можете увидеть неустойчивый выходной сигнал, пропущенные импульсы, высокий ток пульсации и т. Д. - некоторые преобразователи просто перестанут регулировать (выходной будет расти). Некоторые контроллеры обнаруживают это и переходят в управляемый пакетный режим, чтобы регулировать выходную мощность слабо.

Кроме того, компенсация контура обратной связи будет продиктована производительностью CCM преобразователя, поскольку в CCM есть неприятные вещи (например, нулевая правая полуплоскость), которые необходимо стабилизировать, которых по существу нет в DCM - компенсация может быть неоптимальным, и такие вещи, как переходные реакции будут затронуты.

Это зависит от конструкции блока питания.

Под воздействием света или без нагрузки преобразователь режима с переключением, который использует диод для одного из переключателей *, переходит в прерывистый режим. В этом режиме для заданного рабочего цикла и входного напряжения выходное напряжение существенно возрастает при уменьшении тока нагрузки.

Большинство импульсных источников питания регулируются. Таким образом, при уменьшении нагрузки контроллер будет уменьшать ширину импульса и, следовательно, рабочий цикл, пытаясь сохранить выходное напряжение.

Однако при дальнейшем снижении нагрузки ширина импульса достигает минимума, которого может достичь контроллер. Что происходит с очень малыми или нулевыми нагрузками, зависит от конструкции контроллера.

1. Контроллер может поддерживать минимальную ширину импульса и рабочий цикл и позволять увеличивать выходное напряжение, пока что-то не поднимется в дыму.
2. Контроллер может поддерживать минимальную ширину импульса и рабочий цикл, позволяя увеличивать выходное напряжение до тех пор, пока не сработает схема защиты от перенапряжения, и не отключит питание до сброса.
3. Контроллер может поддерживать минимальную длительность импульса и рабочий цикл до тех пор, пока не сработает самовосстанавливающаяся защита от перенапряжения, вызывающая резкие скачки выходного напряжения, так как источник питания многократно отключается и запускается обратно.
4. Контроллер может увеличить время между импульсами. Это позволяет поддерживать общее регулирование напряжения вплоть до нулевой нагрузки, но это означает, что частота пульсаций на выходе зависит от нагрузки. Это может привести к шумовым проблемам, как электрическим, так и звуковым.

Мой опыт показывает, что большинство современных источников питания попадают в категорию 4, но более старые модели (которые иногда все еще продаются) часто попадают в категории 2 или 3.

Еще одна альтернатива - для поставщика блока питания встроить «фиктивную нагрузку», чтобы избежать достижения точки, в которой блок питания больше не может сократить рабочий цикл, но я ожидаю, что это будет сделано только в специализированных приложениях, где качество продукции важнее эффективности.

* Преобразователи, использующие два активно управляемых переключателя (известные как «синхронные преобразователи»), имеют возможность оставаться в непрерывном режиме независимо от нагрузки (хотя при небольшой нагрузке прерывистость более эффективна), в действительности они могут даже работать в двух направлениях.