Mengoperasikan Mode yang Diubah Catu Daya tanpa Beban

Latar Belakang

Saya seorang mahasiswa tahun kedua di universitas, dan ingin catu daya sederhana untuk menguji beberapa proyek kesayangan tanpa harus ke lab. Saya membeli Power-One MPU150-4350 dengan harga murah di toko elektronik bekas. Bagian spesifikasi output tampaknya menyatakan bahwa, untuk output 3.3V (V1), 3A adalah beban minimum sedangkan 30A adalah maksimum.

Saya tahu bahwa menjalankan catu daya mode yang diaktifkan tanpa beban dapat menghasilkan tegangan keluaran yang tidak akurat dan bahkan merusak sistem, meskipun saya tidak mengerti persis mengapa ini terjadi. Namun, harus selalu menarik setidaknya tiga amp dari rel 3.3V tampaknya berlebihan bagi saya.

Pertanyaan

1. Berapa beban minimum yang bisa saya pakai pada masing-masing output tanpa merusak catu daya?

2. Apakah menjalankan catu daya mode aktif tanpa beban untuk waktu yang singkat akan merusaknya? Atau hanya menghasilkan tegangan output yang tidak stabil?

3. Mengapa tidak mengganti catu daya seperti arus rendah?

Jika Anda hanya tahu jawaban untuk salah satu dari ini, jangan ragu untuk memposting. Apa pun yang membantu mendapat +1.

Sunting Artikel ini akan sangat membantu bagi pemula (seperti saya), jawabannya di bawah ini adalah penjelasan yang mendalam dan sangat berguna tentang mengapa SMPS dapat gagal karena tegangan berlebih saat tidak dimuat dengan cukup.

Sulit untuk menyamaratakan perilaku semacam ini. Beberapa catu daya akan bekerja pada kurang dari beban minimum tetapi dengan kinerja yang menurun. Catu daya lain mungkin mati, dan yang lain masih mungkin tidak berfungsi dengan baik (berosilasi / mati). Orang lain mungkin berperilaku sempurna.

Cukup sering, catu daya dasar menggunakan toplogies pulse-width-modulated (PWM) dengan elemen penyimpanan induktif. Frekuensi switching diperbaiki dan siklus tugas bervariasi untuk mengontrol tegangan output sebagai fungsi dari beban dan input.

Ketika arus dalam elemen penyimpanan induktif tidak pernah mencapai nol, konverter beroperasi dalam dua status - aktifkan dan matikan. Ini disebut mode konduksi kontinu (CCM). Setelah CCM tercapai, siklus kerja pada dasarnya tidak bervariasi (kecuali input berubah) - perilaku konverter tidak berubah dengan beban dan semuanya cukup konsisten.

Pada beban yang sangat ringan, tidak ada level arus DC dalam elemen penyimpanan induktif. Konverter sekarang memiliki tiga status operasi - nyalakan, matikan dan penurunan arus induktor, matikan dan arus induktor = 0. Ini disebut mode konduksi putus-putus (DCM). Di DCM, beban keluaran mempengaruhi siklus kerja dan juga variasi input.

Sebagian besar pengontrol memiliki PWM minimum tepat waktu yang dapat dicapai - jika pembangkit mencoba memerintahkan siklus tugas lebih rendah dari minimum ini, Anda mungkin melihat output yang tidak menentu, pulsa yang hilang, arus riak tinggi, dll. - beberapa konverter hanya akan berhenti mengatur (output akan naik). Beberapa pengontrol mendeteksi ini dan masuk ke mode burst terkontrol untuk menjaga output diatur secara longgar.

Juga, kompensasi loop umpan balik akan ditentukan oleh kinerja CCM dari konverter, karena ada hal-hal buruk (seperti setengah-pesawat-nol) di CCM yang perlu distabilkan yang pada dasarnya tidak ada di DCM - kompensasi mungkin menjadi sub-optimal dan hal-hal seperti respons sementara akan terpengaruh.

Itu tergantung pada desain PSU.

Di bawah cahaya atau tanpa beban, konverter mode sakelar yang menggunakan dioda untuk salah satu sakelar * beralih ke mode terputus-putus. Dalam mode ini untuk siklus tugas dan voltase input yang diberikan, voltase output akan meningkat secara substansial saat arus beban berkurang.

Kebanyakan catu daya mode sakelar diatur. Jadi, ketika beban dikurangi, pengontrol akan mengurangi lebar pulsa dan karenanya siklus tugas dalam upaya untuk mempertahankan tegangan output.

Namun karena beban dikurangi, lebar pulsa mencapai minimum yang dapat dicapai pengontrol. Apa yang terjadi dengan muatan yang sangat kecil atau nol tergantung pada desain pengontrol.

1. Pengontrol dapat mempertahankan lebar pulsa minimum dan siklus kerja dan memungkinkan tegangan output meningkat hingga sesuatu naik dalam asap.
2. Pengontrol dapat mempertahankan lebar pulsa minimum dan menjalankan siklus agar tegangan output meningkat hingga sirkuit perlindungan tegangan lebih dipicu dan mematikan suplai hingga reset.
3. Pengontrol dapat mempertahankan lebar pulsa minimum dan siklus kerja hingga perlindungan tegangan-balik yang diatur sendiri dipicu yang menyebabkan perubahan tegangan output yang liar karena pasokan berulang kali dimatikan dan mulai kembali ke atas.
4. Pengontrol dapat menambah waktu antar pulsa. Ini memungkinkan pengaturan tegangan keseluruhan dipertahankan hingga nol beban tetapi itu berarti bahwa frekuensi riak keluaran tergantung pada beban. Ini dapat menyebabkan masalah kebisingan baik listrik maupun suara.

Pengalaman saya adalah bahwa sebagian besar catu daya modern masuk ke dalam kategori 4 tetapi desain yang lebih lama (yang kadang-kadang masih dijual) sering jatuh ke dalam kategori 2 atau 3.

Alternatif lain adalah untuk vendor catu daya untuk membangun dalam "beban dummy" untuk menghindari mencapai titik di mana catu daya tidak dapat mengurangi siklus tugas lagi tapi saya berharap itu hanya akan dilakukan dalam aplikasi spesialis di mana kualitas output adalah lebih penting daripada efisiensi.

* Konverter yang menggunakan dua sakelar yang dikendalikan secara aktif (dikenal sebagai "konverter sinkron") memiliki opsi untuk tetap dalam mode kontinu terlepas dari beban (meskipun pada beban ringan diskontinyu lebih efisien), bahkan mereka dapat beroperasi dua arah.