Warum sollte die Ausgangsspannung eines 5-V-SMPS (USB-Ladegerät) mit der Last steigen?

Ich habe ein USB-Spannungs- / Strommessgerät verwendet , um den Stromverbrauch von USB-Geräten und die Leistung von USB-Ladegeräten und -Batterien zu bewerten. Die meisten USB-Netzteile, die ich verwendet habe, sind Schaltnetzteile, die eine Leerlaufspannung von knapp über 5 V haben und unter Last unterschiedlich stark durchhängen. Ich habe jedoch festgestellt, dass eines meiner USB-Ladegeräte, ein Samsung "Reiseadapter" (5 V, 0,7 A Nennleistung), der mit einem Feature-Telefon geliefert wird, unter Last einen erheblichen Spannungsanstieg aufweist, bis die Grenze der Versorgung erreicht ist .

Hier ist, was ich bekomme:

Amps    Volts   Error
0.00    5.11    0.02
0.03    5.14    0.02
0.06    5.17    0.02
0.12    5.20    0.02
0.17    5.23    0.02
0.25    5.28    0.02
0.31    5.32    0.02
0.35    5.35    0.02
0.41    5.39    0.02
0.46    5.41    0.02
0.50    5.42    0.02
0.56    5.45    0.02
0.61    5.49    0.02
0.64    5.51    0.02
0.67    5.53    0.02
0.70    5.54    0.02
0.73    5.55    0.02
0.82    5.60    0.02
0.83    5.59    0.02
0.85    5.07    0.05
0.89    3.90    0.15
0.93    3.70    0.25

Diagramm, das die Ausgangsspannung gegen die Stromstärke darstellt

Beachten Sie, dass die Spannung ansteigt, wenn die Last auf 0,82 A ansteigt. Der Versuch, mehr Strom zu ziehen, führt dazu, dass die Spannung von einer Klippe abfällt, wenn die Grenze der Stromversorgung überschritten wird.

Ich finde dieses Verhalten bizarr, da kein anderes SMPS, mit dem ich gearbeitet habe, unter Last eine erhöhte Spannung ausgibt. Welche Art von SMPS-Design würde dazu führen, dass die Spannung unter Last ansteigt, und wie würde es sich von typischeren Designs unterscheiden? Welche Vorteile hätte dieses Design, wenn überhaupt?

Eventuell liegt ein lastabhängiger Fehlerterm im Rückführkreis vor.

Antworten (4)

Einige billige Ladegeräte verwenden keinen Regler auf der Ausgangsseite, der die Ausgangsspannung überwacht und diese Informationen über einen Optokoppler an die Primärseite zurückgibt. Stattdessen regeln sie basierend auf dem, was die Hilfswicklung auf der Primärseite „sieht“, wodurch die Kosten für den Optokoppler gespart werden. An der Aux-Wicklung eines Sperrwandlers erhält man eine sehr ungefähre Information über die Spannung an der Sekundärwicklung, und manchmal dominieren Überschwinger und Spikes das Bild statt der theoretisch idealen Widerspiegelung der Ausgangsspannung. Es könnte sein, dass unter mittleren bis hohen Lastbedingungen das Klingeln an der Hilfswicklung geringer wird und der Regler die Leistung erhöht, nur weil er ein abnehmendes Verhältnis der Ausgangsspannung erhält.

Wenn dies der Fall ist, würde der Fehler tatsächlich bei geringen Lasten auftreten (weil hier das Klingeln möglicherweise stark sein könnte), wird jedoch durch Verringern der Gesamtregelung so kompensiert, dass die Spannung über den gesamten Lastbereich etwas innerhalb der Spezifikation liegt. Die Details würden beispielsweise davon abhängen, wofür die Dämpfer optimiert sind.

Günstige USB-Ladegeräte werden teilweise auf ein absolutes Minimum an Bauteilen reduziert, weil der Kostendruck dramatisch ist. Muntzing ist alles andere als ein altmodischer Trick des Handels.

Die Suche nach „Primärseitenregelung in Sperrwandlern“ kann zu Hintergrundinformationen wie diesem Artikel führen .

Manchmal wird absichtlich ein negativer Lastregelungsterm eingeführt, um den IR-Abfall im Kabel zwischen dem Regler und der Last zu kompensieren. Dies ist in Automobil- oder Industriesystemen üblich, wo das Kabel lang und sperrig ist und eine dicke Verkabelung unerwünscht ist.

Wenn dieser Regler für ein bestimmtes Telefon entwickelt wurde, ist es auch möglich, dass er interne Einbrüche in den Stromkreisen des Telefons ausgleicht. Wenn beispielsweise ein LDO verwendet wird, um eine interne 5-V-Schiene zu erzeugen, steigt seine Dropout-Spannung, wenn sein Laststrom zunimmt. Der Telefondesigner könnte dies kompensieren und den LDO vor Aussetzern bewahren, indem er die Eingangsspannung als Funktion der Last erhöht ...

Das ist eine wirklich coole Funktion. Der Anstieg von 0,5 V/A kompensiert einen Kabelabfall von 0,5 Ohm. Sicher, 0,5 Ohm klingen nach viel, bis Sie # 28-Drähte betrachten, die 65 Milliohm pro Fuß sind. Wenn Sie ein 3-Fuß-USB-Kabel mit Stromkabel Nr. 28 verwenden, ist diese Kompensation genau richtig. Oder ein 10-Fuß-Kabel mit Nr. 24.

Nicht wirklich eine Antwort auf die Frage. Sie können die Frage kommentieren, wenn Sie genug Ansehen haben.
@pipe: Es ist eine Antwort auf eine vollkommen vernünftige Interpretation der Titelfrage. Die anderen Antworten befassen sich alle damit , wie es passieren könnte, diese erwähnt, warum Sie es so gestalten würden. Der Titel fragt warum und der Hauptteil der Frage beides (welche Art von Design, welche Vorteile).

Die Bewertungen bedeuten nie den maximalen Wert. Die Bewertungen basieren auf einigen Standardtestbedingungen. Auch wenn Sie die V - I-Kurve sehen, scheint dies einem Batterieladezyklus mehr oder weniger ähnlich zu sein, außer dass V & I umgekehrt sind. Üblicherweise steigt in einem typischen Batterieladezyklus zunächst die Spannung an, während der Strom konstant bleibt. Nachdem die OCV (Leerlaufspannung) der Batterie einen Sollwert erreicht hat, bleibt die Spannung konstant, aber der Strom nimmt ab. Nach einiger Zeit wird der Ladevorgang beendet. Aber in Ihrem Fall ist es genau das Gegenteil eines typischen Ladezyklus. Angenommen, Sie haben die Reihenfolge der Daten umgekehrt, dann ist mit dem Ladegerät nichts falsch. Es funktioniert gut.

Weitere Details zum Ladevorgang des Akkus finden Sie hier

Ein USB-Ladegerät soll eine geregelte 5-V-Stromquelle sein. Die Umrechnung auf die richtige Ladespannung übernimmt das Gerät, an dem die Stromquelle angeschlossen ist; Der Strom wird nicht direkt in die Batterie eingespeist.
Ah jetzt verstehe ich es. Ich dachte, dass diese Messungen vom Ausgang des USB-Ladegeräts stammten. In diesem Fall glaube ich, dass das, was Zebonaut gesagt hat, richtig ist.
Warum sollte die Ausgangsspannung eines 5-V-SMPS (USB-Ladegerät) mit der Last steigen?
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