Как ограничить пусковой ток?

Я разрабатываю устройство с питанием от USB. Устройство использует чип FTDI FT2232 для USB-подключения. По команде от компьютера микросхема FT2232 должна включить питание через переключатель MOSFET на остальную часть схемы. Эта дополнительная схема имеет емкость 50 мкФ (FPGA + aux) и питается от того же USB-порта. После включения переключателя эта дополнительная емкость 50 мкФ будет потреблять огромный ток, пока не будет заряжена.

Как ограничить этот пусковой ток 1) чтобы избежать падения напряжения на шинах питания и 2) чтобы USB PTC не отключал питание устройства?

Достаточно ли поставить ферритовую бусину последовательно с переключателем MOSFET, чтобы ограничить пусковой ток? Или я должен использовать специальные микросхемы, такие как микросхемы для ограничения тока или микросхемы для управления скоростью нарастания?

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

50 мкФ через USB 5V не должно быть проблемой. PTC имеют постоянную времени, поэтому кратковременный всплеск тока не сработает. В любом случае, у меня есть проект с несколькими сотнями мкФ на шинах USB, без каких-либо побочных эффектов.
@Поддельное имя. PTC работают медленно и, по общему мнению, не срабатывают из-за кратковременного всплеска. Однако такой всплеск может создать достаточное падение напряжения на шине, чего хотелось бы избежать. Спецификация USB говорит, что эквивалентная пусковая нагрузка не должна превышать 10 мкФ при параллельном сопротивлении 44 Ом.
Мой ноутбук выдавал ошибки перегрузки по току и не работал с устройствами с 47 мкФ через VBUS. Придерживайтесь спецификации USB <10 мкФ.
Я предполагаю, что измерение тока USB довольно специфично для реализации/материнской платы. Если вы хотите быть в безопасности, подключите USB-концентратор с питанием последовательно к вашему устройству. Таким образом, гораздо сложнее что-либо снести на вашем компьютере, даже если что-то пойдет не так.
У меня были похожие проблемы с USB-терминалами на промышленном ПЛК Beckhoff, который был очень привередливым и фактически высвечивал предупреждение на экране, когда я подключал обесточенный USB-концентратор, к которому ничего не было подключено (сам концентратор имел слишком большую емкость). FakeName прав, это очень зависит от реализации/материнской платы.
@ConnorWolf Предел пускового тока не предназначен для предотвращения повреждения компьютера; это для предотвращения просадки напряжения, которая приводит к сбросу других устройств на той же шине, и для увеличения срока службы контактов разъема из-за уменьшения дугового разряда.
@endolith - Хороший вопрос.

Ответы (3)

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

В одном из примечаний к приложению FTDI есть этот пример схемы плавного пуска на USB Vbus:

введите описание изображения здесь

Согласовано. Цепь RC будет ограничивать ток, идущий на конденсатор. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что минимальное время нарастания на устройствах, подключенных к шине, соблюдается, иначе могут возникнуть странные логические сбои при запуске, которые трудно диагностировать. Кроме того, может потребоваться диод быстрого отключения на резисторе (чтобы быстро отключить MOSFET).
Это кажется лучшим решением. Действительно, схема плавного пуска на основе MOSFET показана в рекомендациях FTDI ftdichip.com/Documents/AppNotes/… . Спасибо.
Когда я моделирую эту схему, она мало что делает; Я все еще получаю всплеск тока 18 А. Типичный порог IRLML6402 составляет -0,55 В, поэтому он включается довольно быстро. Я что-то пропустил?
Кажется, есть лучшая версия с дополнительным колпачком для ввода, описанным здесь semianalog.com/articles/fet-inrush/fet-inrush.pdf (но я сам не пробовал)

Спецификация USB, глава 11, Взаимодействие и подача питания, устанавливает довольно строгие ограничения на энергопотребление. Указанная емкость составляет всего 10 мкФ, чтобы избежать слишком большого падения напряжения. Существуют специализированные микросхемы (например, LM3525 ) для ограничения тока и переключения мощности, что может помочь, но убедитесь, что схема, стоящая за ней, правильно обрабатывает медленное повышение напряжения. Детектора пониженного напряжения может быть достаточно, но некоторым устройствам требуется много напряжений в определенных порядках.

Аналогичные специализированные ИМС для токоограничения USB: AP2337 , BD82034FVJ-GE2 и др.

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

Я использовал их раньше, чтобы предотвратить перегорание предохранителей при горячем подключении блока питания. Их действие действительно простое. В основном они имеют сопротивление при комнатной температуре, скажем, 5 Ом. Когда вы подключаете источник питания 5 В, импульсный ток теперь ограничен 1 А, даже если на другой стороне ICL есть прямое короткое замыкание. (5 В / 5 Ом = 1 А). Как только ток протекает через ICL, он начинает нагреваться, и его сопротивление падает очень близко к 0 Ом (проверьте техническое описание), и кажется, что компонент больше не находится в цепи.

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

Это, безусловно, новый способ ограничения тока, но OP хотел найти решение, которое предотвратило бы просадку напряжения.
Упс, я думал, что сортирую по самым новым. Не знала, что этому несколько лет. OP хотел что-то, что не привело бы к падению напряжения на шинах питания. Он ничего не сказал о провисании. Кроме того, «провисание» произойдет только на микросекунды (скорее плавный пуск). Как только установившееся состояние будет достигнуто, шина 5 В не будет отключена более чем на пару милливольт, а шина 3 В 3 не будет затронута.
Я интерпретировал то, что ОП говорил об ограничении падения напряжения, как прямое следствие метода ограничения тока. То есть, если предложенный вами ICL пропускает ток 1 А, на нем будет падать 5 В (т. Е. Напряжение проседает на мгновение, когда источник заряжает емкость). Хотя здесь я могу быть совершенно не прав. Возможно, я разбрасываю термины, которые не являются взаимозаменяемыми. В любом случае, мне нравится ваше решение.
Как ограничить пусковой ток?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v