Wie kann man den Einschaltstrom begrenzen?

Ich entwerfe ein Gerät, das über USB mit Strom versorgt wird. Das Gerät verwendet den FTDI FT2232-Chip für die USB-Verbindung. Auf Befehl eines Computers sollte der FT2232-Chip die Stromversorgung über einen MOSFET-Schalter für den Rest der Schaltung freigeben. Diese zusätzliche Schaltung hat eine Kapazität von 50uF (FPGA + Aux Stuff) und wird über denselben USB-Port mit Strom versorgt. Nach dem Einschalten des Schalters nimmt diese zusätzliche Kapazität von 50 uF einen großen Strom auf, bis sie aufgeladen ist.

Wie kann dieser Einschaltstrom begrenzt werden? 1) um einen Spannungsabfall auf den Stromschienen zu vermeiden und 2) um zu verhindern, dass der USB-PTC die Stromversorgung des Geräts unterbricht?

Reicht es aus, eine Ferritperle mit dem MOSFET-Schalter in Reihe zu schalten, um den Einschaltstrom zu begrenzen? Oder sollte ich spezielle Chips verwenden, wie Chips zur Strombegrenzung oder Chips zur Anstiegsgeschwindigkeitsregelung?

Hinweis: Alle Geräte werden mit 3,3 V versorgt. Ein kleiner Abfall auf der 5-V-Schiene sollte also kein Problem sein, wenn ein LDO nicht daran gehindert wird, stabile 3,3 V auszugeben.

— ibiza
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50 uF über den USB 5V sollten kein Problem sein. PTCs haben eine Zeitkonstante, so dass eine kurzzeitige Stromspitze diese nicht auslöst. Wie auch immer, ich habe ein Projekt mit mehreren hundert uF über die USB-Schienen, das keine negativen Auswirkungen hat.

— Connor Wolf

@Falscher Name. PTCs sind langsam und lösen, wie vereinbart, aufgrund einer kurzen Spannungsspitze nicht aus. Eine solche Spitze kann jedoch einen ausreichenden Spannungsabfall auf der Spannungsschiene erzeugen, den ich vermeiden möchte. Die USB-Spezifikation besagt, dass die äquivalente Einschaltstromlast 10uF bei 44 Ohm nicht überschreiten sollte.

— Ibiza

Mein Laptop hat Überstromfehler geflasht und funktioniert nicht mit Geräten mit 47 uF über VBUS. Halten Sie sich an die USB-Spezifikation von <10 uF.

— Endolith

Ich denke, die USB-Strommessung ist ziemlich implementierungs- / Motherboard-spezifisch. Wenn Sie sicher sein möchten, schalten Sie einen USB-Hub in Reihe mit Ihrem Gerät. Auf diese Weise ist es viel schwieriger, irgendetwas auf Ihrem Computer in die Luft zu jagen, selbst wenn etwas schief geht.

— Connor Wolf

Ich hatte ähnliche Probleme mit den USB-Anschlüssen an einer Beckhoff-Industrie-SPS, die wirklich pingelig waren und eine Warnung auf dem Bildschirm auslösten, wenn ich einen nicht mit Strom versorgten USB-Hub ohne Verbindung anschloss (der Hub selbst hatte zu viel Kapazität). FakeName ist richtig, es ist sehr implementierungs- / motherboardspezifisch.

— Kevin Vermeer

Antworten:

Verwenden Sie eine RC-Schaltung im MOSFET-Gate, um das Einschalten zu verlangsamen.

Eine der FTDI-App-Notizen enthält das folgende Beispiel für eine Softstart-Schaltung auf USB Vbus:

Bildbeschreibung hier eingeben

— mikeselectricstuff
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Einverstanden. Eine RC-Schaltung begrenzt den zum Kondensator fließenden Strom. Es muss darauf geachtet werden, dass die minimalen Anstiegszeiten der an die Schiene angeschlossenen Geräte eingehalten werden. Andernfalls kann es zu seltsamen Startlogikfehlern kommen, die schwer zu diagnostizieren sind. Möglicherweise ist auch eine schnelle Abschaltdiode über dem Widerstand erforderlich (um den MOSFET schnell abzuschalten).

— Adam Lawrence

Dies scheint die beste Lösung zu sein. Tatsächlich ist eine MOSFET-basierte Softstart-Schaltung in den FTDI-Richtlinien ftdichip.com/Documents/AppNotes/… aufgeführt . Vielen Dank.

— Ibiza

Wenn ich diese Schaltung simuliere, macht es nicht viel; Ich bekomme immer noch eine 18 A Stromspitze. Der typische Schwellenwert für IRLML6402 liegt bei -0,55 V, sodass er sich ziemlich schnell einschaltet. Vermisse ich etwas?

— Endolith

Es scheint mit dem Eingang eine bessere Version mit einer zusätzlichen Kappe zu sein hier erklärt semianalog.com/articles/fet-inrush/fet-inrush.pdf (aber ich habe es selbst nicht ausprobiert)

— patstew

Die USB-Spezifikation Kapitel 11, Interoperabilität und Stromversorgung, sieht strenge Beschränkungen für die Leistungsaufnahme vor. Die dort angegebene Kapazität beträgt nur 10µF, um zu viel Spannungsabfall zu vermeiden. Es gibt spezialisierte ICs (wie LM3525 ), die sowohl die Strombegrenzung als auch die Leistungsumschaltung durchführen. Dies kann hilfreich sein, aber stellen Sie sicher, dass die dahinterliegende Schaltung den langsamen Spannungsanstieg korrekt verarbeitet. Ein Brown-Out-Detektor mag ausreichen, aber einige Geräte benötigen viele Spannungen in bestimmten Ordnungen.

— Yann Vernier
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Ähnliche spezialisierte ICs für die USB-Strombegrenzung: AP2337 , BD82034FVJ-GE2 usw.

— Davidcary

Die anderen Antworten sind gut, aber wenn Sie eine Einkomponentenlösung bevorzugen, gibt es Einschaltstrombegrenzer.

Ich habe sie schon einmal benutzt, um zu verhindern, dass beim Anschließen des Netzteils Sicherungen durchbrennen. Ihre Bedienung ist wirklich einfach. Grundsätzlich haben sie einen Widerstand bei Raumtemperatur, zum Beispiel 5Ω. Wenn Sie eine 5-V-Stromquelle anschließen, ist der Stoßstrom jetzt auf 1A begrenzt, auch wenn auf der anderen Seite der ICL ein direkter Kurzschluss vorliegt. (5V / 5Ω = 1A) Sobald Strom durch den ICL fließt, beginnt er sich aufzuwärmen und sein Widerstand fällt dann sehr nahe an 0Ω ab (siehe Datenblatt) und es scheint, dass sich die Komponente nicht mehr im Stromkreis befindet.

Ich mag diese, weil sie in der Regel leicht in ein vorhandenes Design überarbeitet werden können und nur eine Komponente sind.

— ACD
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Dies ist sicherlich ein neuartiger Weg, um den Strom zu begrenzen, aber das OP wollte eine Lösung, die einen Spannungsabfall verhindert.

— Sherrellbc

Hoppla, ich dachte, ich sortiere nach Neuestem. Wusste nicht, dass dies Jahre alt war. OP wollte etwas, das nicht zu einem Spannungsabfall auf den Stromschienen führen würde. Er sagte nichts über das Absacken. Außerdem würde der "Durchhang" nur für Mikrosekunden auftreten (eher ein sanfter Start). Sobald der stationäre Zustand erreicht ist, würde die 5V-Schiene nicht mehr als ein paar Millivolt entfernt sein, und die 3V3-Schiene würde nicht betroffen sein.

— ACD

Ich interpretierte, was das OP über die Begrenzung des Spannungsabfalls sagte, als eine direkte Folge der Strombegrenzungstechnik. Das heißt, wenn die von Ihnen vorgeschlagene ICL einen Strom von 1 A durchläuft, werden 5 V darüber abfallen (dh die Spannung sinkt vorübergehend, wenn die Quelle die Kapazität auflädt). Ich könnte mich hier allerdings völlig irren. Vielleicht werfe ich Begriffe herum, die nicht austauschbar sind. Wie auch immer, ich mag deine Lösung.

— Sherrellbc