Fondo
Soy un estudiante de segundo año en la universidad y quería una fuente de alimentación simple para probar un par de proyectos favoritos sin tener que ir al laboratorio. Compré un Power-One MPU150-4350 barato en una tienda de electrónica de segunda mano. La sección de especificaciones de salida parece indicar que, para la salida de 3,3 V (V1), 3 A es la carga mínima mientras que 30 A es la máxima.
Sé que ejecutar una fuente de alimentación de modo conmutado sin carga puede producir voltajes de salida inexactos e incluso dañar el sistema, aunque no entiendo exactamente por qué es así. Sin embargo, tener que sacar siempre al menos tres amperios de un riel de 3.3V me parece excesivo.
Preguntas
¿Cuál es la carga mínima que puedo poner en cada una de las salidas sin dañar la fuente de alimentación?
¿El funcionamiento de una fuente de alimentación de modo conmutado sin carga durante períodos cortos de tiempo la dañará? ¿O simplemente produce voltajes de salida inestables?
¿Por qué no cambiar las fuentes de alimentación como corrientes bajas?
Si solo sabe la respuesta a una de estas, no dude en publicarla. Cualquier cosa que ayude obtiene +1.
Editar Este artículo será muy útil para los principiantes (como yo), la respuesta a continuación es una explicación detallada y muy útil de por qué los SMPS pueden fallar debido a un sobrevoltaje cuando no están lo suficientemente cargados.
Es difícil generalizar este tipo de comportamiento. Algunas fuentes de alimentación funcionarán con una carga inferior a la mínima, pero con un rendimiento degradado. Es posible que otras fuentes de alimentación se apaguen y que otras funcionen mal (oscilen/se apaguen). Otros pueden comportarse perfectamente.
Muy a menudo, las fuentes de alimentación básicas utilizan topologías moduladas por ancho de pulso (PWM) con elementos de almacenamiento inductivos. La frecuencia de conmutación es fija y el ciclo de trabajo varía para controlar el voltaje de salida en función de la carga y la entrada.
Cuando la corriente en el elemento de almacenamiento inductivo nunca llega a cero, el convertidor opera en dos estados: encendido y apagado. Esto se llama modo de conducción continua (CCM). Una vez que se logra CCM, el ciclo de trabajo esencialmente no varía (a menos que cambie la entrada): el comportamiento del convertidor no cambia con la carga y las cosas son bastante consistentes.
Con una carga muy ligera, no hay un nivel de corriente continua en el elemento de almacenamiento inductivo. El convertidor ahora tiene tres estados de operación: encendido, apagado y disminución de la corriente del inductor, apagado y corriente del inductor = 0. Esto se denomina modo de conducción discontinuo (DCM). En DCM, la carga de salida afecta el ciclo de trabajo así como las variaciones de entrada.
La mayoría de los controladores tienen un tiempo mínimo de activación de PWM que se puede lograr. Si la planta intenta ordenar un ciclo de trabajo inferior a este mínimo, es posible que vea una salida errática, pulsos faltantes, corriente de ondulación alta, etc. Algunos convertidores simplemente dejarán de regular. (la salida aumentará). Algunos controladores detectan esto y entran en modo de ráfaga controlada para mantener la salida regulada libremente.
Además, la compensación del bucle de retroalimentación estará dictada por el rendimiento de CCM del convertidor, ya que hay cosas desagradables (como el cero del semiplano derecho) en CCM que deben estabilizarse y que esencialmente no están allí en DCM: la compensación puede ser subóptima y cosas como la respuesta transitoria se verán afectadas.
Minimum load required to maintain regulation on V2 at maximum loadencontrado en la hoja de datos. La hoja de datos dice que para el modelo de salida única, la carga mínima es de 0 amperios, por lo que creo que estaré bien a menos que también intente usar V2.Depende del diseño de la fuente de alimentación.
Con luz o sin carga, un convertidor de modo conmutado que utiliza un diodo para uno de los interruptores* pasa a un modo discontinuo. En este modo, para un ciclo de trabajo y un voltaje de entrada dados, el voltaje de salida aumentará sustancialmente a medida que disminuya la corriente de carga.
La mayoría de las fuentes de alimentación conmutadas están reguladas. Entonces, a medida que se reduce la carga, el controlador reducirá el ancho del pulso y, por lo tanto, el ciclo de trabajo en un intento por mantener el voltaje de salida.
Sin embargo, a medida que la carga se reduce aún más, el ancho de pulso alcanza el mínimo que puede alcanzar el controlador. Lo que sucede con cargas muy pequeñas o cero depende del diseño del controlador.
Mi experiencia es que la mayoría de las fuentes de alimentación modernas caen en la categoría 4, pero los diseños más antiguos (que a veces todavía se venden) a menudo caen en las categorías 2 o 3.
Otra alternativa es que el proveedor de la fuente de alimentación construya una "carga ficticia" para evitar llegar al punto en el que la fuente de alimentación ya no pueda reducir el ciclo de trabajo, pero espero que eso solo se haga en aplicaciones especializadas donde la calidad de salida es más importante que la eficiencia.
* Los convertidores que utilizan dos interruptores controlados activamente (conocidos como "convertidores síncronos") tienen la opción de permanecer en modo continuo independientemente de la carga (aunque con carga ligera discontinuo es más eficiente), de hecho, incluso pueden operar bidireccionalmente.
connor lobo
dylan mackenzie