Как ограничить пусковой ток?

Я разрабатываю устройство с питанием от USB. Устройство использует чип FTDI FT2232 для подключения USB. По команде с компьютера микросхема FT2232 должна включить питание через выключатель MOSFET для остальной цепи. Эта дополнительная схема имеет емкость 50 мкФ (FPGA + вспомогательный материал) и питается от того же USB-порта. После включения переключателя эта дополнительная емкость 50 мкФ будет поглощать огромный ток, пока он не зарядится.

Как ограничить этот пусковой ток 1) во избежание падения напряжения на шинах питания и 2) во избежание отключения USB PTC от устройства?

Достаточно ли поставить ферритовый шарик последовательно с переключателем MOSFET, чтобы ограничить пусковой ток? Или я должен использовать специальные микросхемы, такие как микросхемы для ограничения тока или микросхемы для контроля скорости нарастания?

Примечание: все устройства питаются от 3,3 В. Таким образом, небольшое падение на шине 5 В не должно быть проблемой, если оно не мешает LDO выводить стабильные 3,3 В.

— ибиза
источник

50 мкФ через USB 5V не должно быть проблемой. PTC имеют постоянную времени, поэтому кратковременный скачок тока не сработает. В любом случае, у меня есть какой-то проект с несколькими сотнями мкФ через USB-рельсы, но безрезультатно.

— Коннор Вольф

@Поддельное имя. PTC медленны и, по договоренности, они не срабатывают из-за короткого пика длительности. Однако такой всплеск может создать достаточное падение напряжения на шине, чего я бы хотел избежать. Спецификация USB говорит, что пусковая эквивалентная нагрузка не должна превышать 10 мкФ параллельно с 44 Ом.

— Ибица

Мой ноутбук высвечивал ошибки перегрузки по току и не работал с устройствами с 47 мкФ через VBUS. Придерживайтесь USB-спецификации <10 мкФ.

— эндолит

Я предполагаю, что USB-измерение тока зависит от конкретной реализации / материнской платы. Если вы хотите быть в безопасности, подключите USB-концентратор с питанием последовательно к устройству. Таким образом, гораздо сложнее что-то перенести на ваш компьютер, даже если что-то пойдет не так.

— Коннор Вольф

У меня были похожие проблемы с USB-терминалами на промышленном ПЛК Beckhoff, который был действительно привередливым и фактически отображал предупреждение на экране, когда я подключал USB-концентратор без питания без подключения (сам концентратор имел слишком большую емкость). FakeName прав, это очень зависит от реализации / материнской платы.

— Кевин Вермеер

Ответы:

Используйте RC-цепь в затворе MOSFET, чтобы замедлить включение.

В одной из заметок приложения FTDI приведен пример схемы плавного пуска на USB Vbus:

введите описание изображения здесь

— mikeselectricstuff
источник

Согласовано. RC-цепь будет ограничивать ток, идущий на конденсатор. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить соблюдение минимального времени нарастания на устройствах, подключенных к шине, иначе могут возникнуть странные логические сбои логики запуска, которые трудно диагностировать. Также может потребоваться быстрый выключающий диод через резистор (для быстрого отключения MOSFET).

— Адам Лоуренс

Это кажется лучшим решением. Действительно, схема плавного пуска на основе MOSFET показана в рекомендациях FTDI ftdichip.com/Documents/AppNotes/… . Спасибо.

— Ибица

Когда я симулирую эту схему, она не делает ничего особенного; Я все еще получаю 18-амперный ток. Типичный порог IRLML6402 составляет -0,55 В, поэтому он включается довольно быстро. Я что-то пропустил?

— эндолит

Кажется, есть лучшая версия с дополнительной заглушкой для ввода, объясненного здесь semianalog.com/articles/fet-inrush/fet-inrush.pdf (но я сам не пробовал)

— patstew

Спецификация USB глава 11, функциональная совместимость и мощность доставка, места довольно жесткие ограничения на энергопотребление. Приведенная емкость составляет всего 10 мкФ, чтобы избежать слишком большого падения напряжения. Существуют специализированные ИС (например, LM3525 ) для ограничения тока и переключения питания, что может помочь, но убедитесь, что схема позади него правильно обрабатывает медленный рост напряжения. Детектор отключения может быть достаточно, но несколько устройств требуют много напряжений в определенных порядках.

— Ян Вернье
источник

Аналогичные специализированные ИС для ограничения тока USB: AP2337 , BD82034FVJ-GE2 и т. Д.

— davidcary

Другие ответы хороши, но если вы предпочитаете однокомпонентное решение, существуют ограничители пускового тока.

Я использовал их раньше, чтобы предотвратить перегорание предохранителей при горячей замене блока питания. Их операция действительно проста. В основном они имеют сопротивление при комнатной температуре, скажем, 5 Ом. При подключении к источнику питания 5 В импульсный ток теперь ограничивается 1 А, даже если на другой стороне ICL имеется прямое короткое замыкание. (5V / 5Ω = 1A) Как только ток протекает через ICL, он начинает нагреваться, и его сопротивление падает очень близко к 0Ω (см. Таблицу данных), и компонент как будто больше не находится в цепи.

Мне они нравятся, потому что их обычно легко переделать в существующий дизайн, и это всего лишь один компонент.

— ДСА
источник

Это, безусловно, новый способ ограничения тока, но ОП хотела найти решение, которое предотвратило бы падение напряжения.

— sherrellbc

Ой, я думал, что сортировал по новейшим. Не знал, что это было лет. ОП хотел чего-то такого, что не привело бы к падению напряжения на шинах питания. Он ничего не сказал о провисании. Плюс «провисание» будет происходить только в течение микросекунд (более мягкий старт). Как только установится устойчивое состояние, шина 5 В не будет отключена более чем на пару милливольт, и шина 3 В 3 не пострадает.

— ACD

Я интерпретировал то, что ОП говорил об ограничении падения напряжения, как что-то, что было прямым следствием техники ограничения тока. То есть, если бы предложенная вами ICL пропускала ток 1 А, через него было бы пропущено 5 В (т. Е. Мгновенное падение напряжения, когда источник заряжает емкость). Я мог быть совершенно не прав, хотя здесь. Возможно, я бросаю термины, которые не являются взаимозаменяемыми. В любом случае, мне нравится ваше решение.

— sherrellbc