負荷のないスイッチモード電源の操作

バックグラウンド

私は大学の2年生で、ラボに行かずにいくつかのペットプロジェクトをテストするための簡単な電源装置が必要でした。私は拾ったパワーワンMPU150-4350を二手の電気店で安い上。出力仕様のセクションには、3.3V出力（V1）の場合、3Aが最小負荷であり、30Aが最大負荷であると記載されているようです。

負荷がない状態でスイッチモード電源を実行すると、出力電圧が不正確になったり、システムが損傷したりする可能性があることはわかっていますが、その理由は正確にはわかりません。ただし、3.3 Vのレールから常に少なくとも3つのアンプを引き出す必要があることは、私には過剰に思えます。

ご質問

1. 電源を損傷することなく各出力に加えることができる最小負荷はどれくらいですか？

2. 負荷のないスイッチドモード電源を短時間実行すると、電源が損傷しますか？または単に不安定な出力電圧を生成しますか？

3. 低電流のように電源を切り替えないのはなぜですか？

これらのいずれかに対する答えしかわからない場合は、遠慮なく投稿してください。役立つものはすべて+1されます。

編集 この記事は初心者（私のような）にとって非常に役立ちます。以下の答えは、十分に負荷がかかっていないときに過電圧が原因でSMPSが失敗する理由を詳細かつ非常に役立つ説明です。

この種の動作を一般化することは困難です。一部の電源装置は、最小負荷未満で動作しますが、パフォーマンスが低下します。他の電源はシャットダウンするかもしれません、そして、他はまだひどく誤作動するかもしれません（発振/シャットダウン）。他の人は完全に動作するかもしれません。

非常に多くの場合、基本的な電源は、誘導性蓄電要素を備えたパルス幅変調（PWM）トポロジーを使用します。スイッチング周波数は固定されており、負荷と入力の関数として出力電圧を制御するためにデューティサイクルが変化します。

誘導性蓄電素子の電流がゼロにならない場合、コンバーターは2つの状態で動作します-スイッチオンとスイッチオフです。これは連続導通モード（CCM）と呼ばれます。CCMが達成されると、デューティサイクルは本質的に変化しません（入力が変化しない限り）-コンバータの動作は負荷によって変化せず、物事はかなり一貫しています。

非常に軽い負荷では、誘導性蓄電要素にDC電流レベルはありません。これで、コンバーターには3つの動作状態があります-スイッチオン、スイッチオフ、インダクター電流の減少、スイッチオフ、インダクター電流=0。これは不連続導通モード（DCM）と呼ばれます。DCMでは、出力負荷がデューティサイクルと入力変動に影響します。

ほとんどのコントローラーは、達成可能な最小PWMオン時間を備えています-プラントがこの最小値よりも低いデューティサイクルをコマンドしようとすると、出力が不安定になったり、パルスが欠落したり、高リップル電流などが発生したりします-一部のコンバーターは単に調整を停止します（出力が上昇します）。一部のコントローラーはこれを検出し、制御されたバーストモードに移行して、出力を緩やかに調整します。

また、フィードバックループの補償は、コンバーターのCCMパフォーマンスによって決定されます。これは、安定化する必要がある厄介な問題（右半平面のゼロなど）があり、DCMには本質的に存在しないためです。最適とは言えず、過渡応答などが影響を受けます。

PSUの設計によって異なります。

軽負荷または無負荷状態では、スイッチの1つにダイオードを使用するスイッチドモードコンバーター*が不連続モードになります。このモードでは、所定のデューティサイクルと入力電圧で、負荷電流が減少すると出力電圧が大幅に増加します。

ほとんどのスイッチモード電源は安定化されています。したがって、負荷が減少すると、コントローラーはパルス幅を減少させ、したがって出力電圧を維持しようとしてデューティサイクルを減少させます。

ただし、負荷がさらに減少すると、パルス幅はコントローラーが達成できる最小値に達します。非常に小さいまたはゼロの負荷で何が起こるかは、コントローラーの設計によって異なります。

1. コントローラは、最小パルス幅とデューティサイクルを維持し、何かが煙で上昇するまで出力電圧を増加させることができます。
2. コントローラーは最小パルス幅とデューティサイクルを維持し、過電圧保護回路がトリガーされるまで出力電圧を上昇させ、リセットされるまで電源をシャットダウンします。
3. コントローラーは、セルフリセット過電圧保護がトリガーされて電源が繰り返しシャットダウンおよびバックアップを開始するときに出力電圧に急激な変動を引き起こすまで、最小パルス幅とデューティサイクルを維持します。
4. コントローラは、パルス間の時間を増加させることができます。これにより、全体の電圧レギュレーションをゼロ負荷まで維持できますが、出力リップルの周波数が負荷に依存することを意味します。これは、電気的および可聴的なノイズの問題を引き起こす可能性があります。

私の経験では、ほとんどの最新の電源装置はカテゴリ4に分類されますが、古いデザイン（時にはまだ販売されている）は、多くの場合カテゴリ2または3に分類されます。

別の代替案は、電源ベンダーが「ダミー負荷」を構築して、電源がデューティサイクルをこれ以上削減できないポイントに到達しないようにすることですが、これは出力品質が専門のアプリケーションでのみ行われると思います効率よりも重要です。

* 2つのアクティブ制御スイッチを使用するコンバーター（「同期コンバーター」と呼ばれます）は、負荷に関係なく連続モードを維持するオプションがあります（ただし、軽負荷では不連続の方が効率的です）。実際、双方向で動作することもできます。