Como limitar a corrente de irrupção?

Estou projetando um dispositivo alimentado por USB. O dispositivo usa o chip FTDI FT2232 para conexão USB. Sob um comando de um computador, o chip FT2232 deve ativar a energia através de um comutador MOSFET para o restante do circuito. Este circuito adicional tem uma capacitância de 50uF (FPGA + material auxiliar) e é alimentado pela mesma porta USB. Depois que o interruptor é ligado, essa capacitância adicional de 50uF afunda uma enorme corrente até que seja carregada.

Como limitar essa corrente de irrupção 1) para evitar queda de tensão nos trilhos de energia e 2) para evitar que o PTC USB desconecte a energia do dispositivo?

É suficiente colocar um cordão de ferrite em série com o interruptor MOSFET para limitar a corrente de irrupção? Ou devo usar chips especiais, como chips para limitar a corrente ou chips para controlar a taxa de giro?

Nota: todos os dispositivos são alimentados a partir de 3.3V. Portanto, uma pequena queda no trilho de 5V não deve ser um problema se não impedir que um LDO produza 3,3V estáveis.

— ibiza
fonte

50 uF no USB 5V não deve ser um problema. Os PTCs têm uma constante de tempo, portanto, um pico de corrente de curta duração não disparará. Enfim, eu tenho algum projeto com várias centenas de uF através dos trilhos USB, sem nenhum efeito negativo.

— Connor Lobo

@Nome falso. Os PTCs são lentos e, concordam, não disparam por causa do pico de curta duração. No entanto, esse pico pode criar uma queda suficiente no trilho de tensão, o que eu gostaria de evitar. A especificação USB diz que a carga equivalente à irrupção não deve exceder 10uF paralelamente a 44 Ohms.

— ibiza

Meu laptop apresentou erros de sobrecorrente e não funcionou com dispositivos com 47 uF no VBUS. Fique com a especificação USB de <10 uF.

— endolith 23/01

Eu acho que o sensor de corrente USB é bastante específico da implementação / placa-mãe. Se você quiser se proteger, coloque um hub USB com alimentação em série com o seu dispositivo. Dessa forma, é muito mais difícil explodir qualquer coisa no seu computador, mesmo que algo dê errado.

— Connor Lobo

Eu tive problemas semelhantes com os terminais USB em um CLP industrial da Beckhoff, o que era muito exigente e realmente mostrava um aviso na tela quando eu conectava um hub USB sem energia sem nada conectado (o próprio hub tinha muita capacitância). FakeName está certo, é muito específico de implementação / placa-mãe.

— Kevin Vermeer

Respostas:

Use um circuito RC no portão MOSFET para diminuir a velocidade da ligação.

Uma das notas do aplicativo FTDI tem este exemplo de um circuito de inicialização suave no USB Vbus:

insira a descrição da imagem aqui

— mikeselectricstuff
fonte

Acordado. Um circuito RC limitará a corrente que vai para o capacitor. Deve-se tomar cuidado para garantir que os tempos mínimos de subida nos dispositivos conectados ao trilho sejam cumpridos; caso contrário, pode haver falhas lógicas de inicialização estranhas que são difíceis de diagnosticar. Além disso, pode ser necessário um diodo de desligamento rápido através do resistor (para desligar rapidamente o MOSFET).

— Adam Lawrence

Esta parece a melhor solução. De fato, o circuito de partida suave baseado em MOSFET é mostrado nas diretrizes da FTDI ftdichip.com/Documents/AppNotes/… . Obrigado.

— ibiza

Quando eu simulo este circuito, não faz muito; Ainda recebo um pico de corrente de 18 A. O limite típico da IRLML6402 é de -0,55 V, portanto é ativado rapidamente. Estou esquecendo de algo?

— endolith

Parece haver uma versão melhor com uma tampa extra para a entrada explicado aqui semianalog.com/articles/fet-inrush/fet-inrush.pdf (mas eu não tentei me)

— patstew

O capítulo 11 da especificação USB , Interoperabilidade e fornecimento de energia, impõe limites bastante rigorosos ao consumo de energia. A capacitância citada é de apenas 10 µF, para evitar muita queda de tensão. Existem ICs especializados (como o LM3525 ) para fazer a limitação de corrente e a comutação de energia, o que pode ajudar, mas certifique-se de que o circuito atrás dele lide com o aumento lento da tensão corretamente. Um detector de escurecimento pode ser suficiente, mas alguns dispositivos requerem muitas voltagens em ordens específicas.

— Yann Vernier
fonte

Similar CIs especializados para USB para limitação de corrente: AP2337 , BD82034FVJ-GE2 , etc.

— davidcary

As outras respostas são boas, mas se você preferir uma solução de um componente, existem limitadores de corrente de irrupção.

Eu os usei antes para evitar que os fusíveis explodissem ao conectar a fonte de alimentação a quente. A operação deles é realmente simples. Basicamente, eles têm resistência à temperatura ambiente, digamos 5Ω. Quando você conecta uma fonte de alimentação de 5V, a corrente de pico agora é limitada a 1A, mesmo que haja um curto-circuito direto no outro lado do ICL. (5V / 5Ω = 1A) Assim que a corrente flui através do ICL, ela começa a aquecer e sua resistência cai muito perto de 0Ω (verifique a folha de dados) e é como se o componente não estivesse mais no circuito.

Gosto disso porque geralmente é fácil retrabalhar em projetos existentes e é apenas um componente.

— ACD
fonte

Essa é certamente uma nova maneira de limitar a corrente, mas o OP queria uma solução que evitasse a queda de tensão.

— Sherrellbc

Opa, eu pensei que estava classificando pelos mais novos. Não sabia que isso tinha anos. A OP queria algo que não levasse a uma queda de tensão nos trilhos de potência. Ele não disse nada sobre flacidez. Além disso, o "flac" aconteceria apenas por microssegundos (mais um começo suave). Quando o estado estacionário é atingido, o trilho de 5V não está desligado em mais de um par de milivolts, e o trilho 3V3 não é afetado.

— ACD

Eu interpretei o que o OP estava dizendo sobre a limitação da queda de tensão como algo que foi uma conseqüência direta da técnica de limitação de corrente. Ou seja, se o ICL que você sugeriu estivesse passando 1A de corrente, 5V cairiam sobre ele (ou seja, a tensão diminuiria momentaneamente enquanto a fonte carrega a capacitância). Eu poderia estar completamente errado aqui. Talvez eu esteja lançando termos que não são intercambiáveis. De qualquer forma, gosto da sua solução.

— precisa saber é o seguinte