Betrieb eines Schaltnetzteils ohne Last

Hintergrund

Ich bin ein Student im zweiten Jahr an der Universität und wollte ein einfaches Netzteil, um ein paar Haustierprojekte zu testen, ohne den ganzen Weg ins Labor zu gehen. Ich habe eine Power-One MPU150-4350 günstig in einem Second-Hand-Elektronikgeschäft gekauft. Der Abschnitt mit den Ausgangsspezifikationen scheint zu besagen, dass für den 3,3-V-Ausgang (V1) 3A die minimale Last und 30A die maximale Last ist.

Ich weiß, dass das Betreiben eines Schaltnetzteils ohne Last ungenaue Ausgangsspannungen erzeugen und sogar das System beschädigen kann, obwohl ich nicht genau verstehe, warum dies der Fall ist. Es scheint mir jedoch übertrieben, immer mindestens drei Ampere von einer 3,3-V-Schiene ziehen zu müssen.

Fragen

1. Was ist die Mindestlast, die ich an jedem der Ausgänge anlegen kann, ohne das Netzteil zu beschädigen?

2. Wird ein Schaltnetzteil ohne Last für kurze Zeit beschädigt? Oder nur instabile Ausgangsspannungen erzeugen?

3. Warum nicht Netzteile wie niedrige Ströme schalten?

Wenn Sie nur die Antwort auf eine dieser Fragen kennen, zögern Sie bitte nicht, sie zu posten. Alles, was hilft, bekommt +1.

Bearbeiten Dieser Artikel ist sehr hilfreich für Anfänger (wie mich). Die folgende Antwort ist eine ausführliche und sehr nützliche Erklärung, warum SMPS aufgrund von Überspannung ausfallen können, wenn sie nicht ausreichend geladen sind.

Es ist schwierig, diese Art von Verhalten zu verallgemeinern. Einige Netzteile arbeiten mit weniger als der Mindestlast, jedoch mit verminderter Leistung. Andere Netzteile können heruntergefahren werden und andere können immer noch fehlerhaft funktionieren (oszillieren / herunterfahren). Andere können sich perfekt verhalten.

Grundstromversorgungen verwenden häufig pulsbreitenmodulierte (PWM) Topografien mit induktiven Speicherelementen. Die Schaltfrequenz ist fest und das Tastverhältnis wird variiert, um die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von Last und Eingang zu steuern.

Wenn der Strom im induktiven Speicherelement niemals auf Null geht, arbeitet der Wandler in zwei Zuständen - Ein- und Ausschalten. Dies wird als kontinuierlicher Leitungsmodus (CCM) bezeichnet. Sobald CCM erreicht ist, ändert sich der Arbeitszyklus im Wesentlichen nicht (es sei denn, der Eingang ändert sich) - das Konverterverhalten ändert sich nicht mit der Last und die Dinge sind ziemlich konsistent.

Bei sehr geringer Last liegt im induktiven Speicherelement kein Gleichstrompegel vor. Der Wandler hat jetzt drei Betriebszustände - Einschalten, Ausschalten und Verringern des Induktivitätsstroms, Ausschalten und Induktivitätsstrom = 0. Dies wird als diskontinuierlicher Leitungsmodus (DCM) bezeichnet. In DCM beeinflusst die Ausgangslast das Tastverhältnis sowie die Eingangsschwankungen.

Die meisten Steuerungen haben eine minimale PWM-Einschaltzeit, die erreicht werden kann. Wenn die Anlage versucht, einen Arbeitszyklus zu befehlen, der unter diesem Minimum liegt, kann es zu einer fehlerhaften Ausgabe, fehlenden Impulsen, hohem Welligkeitsstrom usw. kommen. Einige Wandler hören einfach auf zu regeln (Die Ausgabe wird steigen). Einige Controller erkennen dies und wechseln in den gesteuerten Burst-Modus, um den Ausgang locker zu regeln.

Die Kompensation der Rückkopplungsschleife wird auch von der CCM-Leistung des Wandlers bestimmt, da in CCM böse Dinge (wie die Null in der rechten Halbebene) stabilisiert werden müssen, die im DCM im Wesentlichen nicht vorhanden sind - die Kompensation kann suboptimal sein und Dinge wie das Einschwingverhalten werden beeinflusst.

Dies hängt vom Netzteildesign ab.

Unter Licht oder ohne Last geht ein Schaltmoduswandler, der eine Diode für einen der Schalter * verwendet, in einen diskontinuierlichen Modus über. In diesem Modus steigt die Ausgangsspannung für einen bestimmten Arbeitszyklus und eine bestimmte Eingangsspannung erheblich an, wenn der Laststrom abnimmt.

Die meisten Schaltnetzteile sind geregelt. Wenn die Last verringert wird, verringert die Steuerung die Impulsbreite und damit das Tastverhältnis, um die Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten.

Wenn die Last jedoch weiter verringert wird, erreicht die Impulsbreite das Minimum, das die Steuerung erreichen kann. Was mit sehr kleinen oder Nulllasten passiert, hängt vom Design der Steuerung ab.

1. Die Steuerung kann die minimale Impulsbreite und das minimale Tastverhältnis beibehalten und die Ausgangsspannung ansteigen lassen, bis etwas in Rauch aufsteigt.
2. Die Steuerung kann die minimale Impulsbreite und den Arbeitszyklus beibehalten, damit die Ausgangsspannung ansteigt, bis eine Überspannungsschutzschaltung ausgelöst wird, und die Versorgung bis zum Zurücksetzen abschaltet.
3. Die Steuerung kann die minimale Impulsbreite und das minimale Tastverhältnis beibehalten, bis ein selbstrückstellender Überspannungsschutz ausgelöst wird, der wilde Schwankungen der Ausgangsspannung verursacht, wenn die Versorgung wiederholt abschaltet und wieder hochfährt.
4. Die Steuerung kann die Zeit zwischen den Impulsen verlängern. Dies ermöglicht die Aufrechterhaltung der Gesamtspannungsregelung bis zur Last Null, bedeutet jedoch, dass die Frequenz der Ausgangswelligkeit von der Last abhängt. Dies kann zu elektrischen und hörbaren Geräuschproblemen führen.

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass die meisten modernen Netzteile in die Kategorie 4 fallen, ältere Designs (die manchmal noch verkauft werden) jedoch häufig in die Kategorien 2 oder 3 fallen.

Eine andere Alternative besteht darin, dass der Netzteilhersteller eine "Dummy-Last" einbaut, um zu vermeiden, dass er jemals den Punkt erreicht, an dem das Netzteil den Arbeitszyklus nicht mehr verkürzen kann. Ich gehe jedoch davon aus, dass dies nur in speziellen Anwendungen mit Ausgangsqualität möglich ist wichtiger als Effizienz.

* Wandler, die zwei aktiv gesteuerte Schalter verwenden (sogenannte "Synchronwandler"), haben die Möglichkeit, unabhängig von der Last im kontinuierlichen Modus zu bleiben (obwohl bei geringer Last diskontinuierlich effizienter ist), können sie sogar bidirektional arbeiten.