Правильное использование MOSFET для управления USB

На RaspberryPi.SE было предложено использовать MOSFET BS170 для включения и выключения USB-устройства с помощью контакта GPIO (3,3 В). Мне нужно получить 500 мА для питания GSM-ключа; желательно, чтобы падение напряжения было минимальным, так как USB довольно строго относится к напряжению).

Я не уверен, правильно ли я поступил. Я перерезал провод питания USB-кабеля и подключил к нему MOSFET следующим образом:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

(Я использую динамик на схеме для представления своего USB-устройства, а переключатель — для обозначения вывода GPIO.)

Проблема в том, что:

  1. Я не уверен, что эти два основания на самом деле связаны.
  2. Согласно схеме на странице elinux RPi , я должен был перерезать провод GND вместо провода PWR.
  3. Официальное напряжение затвора составляет 3 В, и я подал на него 3,3 В.

Я думаю, что я повредил транзистор, который я купил. Я могу купить новый (даже пару штук, они действительно дешевые), но я бы предпочел знать, что делать, прежде чем снова экспериментировать или перерезать еще несколько проводов.

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Я еще немного поискал и нашел схему от bretth на sparkfun.com , которая, кажется, делает то, что я хочу, используя P-MOSFET вместо N-MOSFET. Является ли эта схема хорошим способом? Проблема в том, что GPIO обеспечивает 3,3 В, а максимальное значение V_GS составляет 3 В для N-FET и (минус) 2,4 В для P-FET?

схематический

смоделируйте эту схему

(Надеюсь, мой вопрос сформулирован не слишком плохо. Я всего лишь экспериментатор-любитель, поэтому, пожалуйста, извините меня за недостаток знаний.)
Также помните, что USB 1 и 2 (IIRC) гарантируют только 500 мА после согласования периферийного устройства.
Я не использовал его и не просматривал подробно техническое описание, но что-то вроде Ritchtek RT9701 перечисляет использование в качестве переключателя питания USB среди своих предполагаемых приложений. Внутри это N-канальный полевой МОП-транзистор со схемой перевода входного сигнала разрешения выше напряжения питания, что позволяет использовать такое переключение на стороне высокого напряжения. На самом деле я заказал свои после того, как увидел, что они используются для включения небольших сервоприводов RC (и никогда их не устанавливал), но вы можете найти техническое описание, по крайней мере, интересным для чтения.
@thephoton у rpi нет специальных USB-портов. прямо к входной мощности 5 В, без управления питанием. Не ошибка.
N-канальные МОП-транзисторы или npn-транзисторы переключают низкий уровень/землю. Канал P или pnp переключают верхнюю сторону. Просто к сведению. А usb обычно позволяет +- 0,25.
@passerby, оп сказал, что идея пришла с форума rpi, но никогда не говорил, что будет использовать свою схему только с rpi в качестве хоста.

Ответы (4)

Поэтому я решил попробовать, купил AOP605, все подключил, и все работает! :) Итак, следующая схема — это то, что можно использовать для управления питанием USB с помощью входного напряжения 3,3 В:

схематический

Когда контакт GPIO отключен, USB-УСТРОЙСТВО отключено, включение GPIO также включает USB-УСТРОЙСТВО. Я использую 7,5k как R1 (у меня нет 10k вручную), и он тоже работает хорошо. Спасибо Бетту и его сообщению на sparkfun.com , я только заменил транзисторы на что-то более подходящее для моего случая, которое я могу купить здесь.

Поздравляем с тем, что ваша схема заработала (и с тем, что вы научились использовать P-канальные полевые МОП-транзисторы в начале своей карьеры в области электроники). Одно дополнение, которое вы, возможно, захотите сделать в этой схеме, — это резистор между выходом GPIO и затвором M1, скажем, 100 Ом; это делается для ограничения тока, потребляемого от вывода GPIO, емкостью затвора, когда GPIO меняет состояние. Вы также можете добавить подтягивающий резистор (100 кОм должно подойти) от конца GPIO этого 100-омного резистора к истоку M1; это гарантирует, что питание обязательно отключится, если GPIO отключен.

Альтернативы: существуют специализированные микросхемы переключателя питания USB, например, Maxim 1562 и многие другие.

Или вы можете рассмотреть небольшое герконовое реле. Если вы хотите избежать тока удержания, вы можете выбрать герконовое реле с фиксацией.

Похоже, мне просто придется отказаться от идеи заниматься электроникой, какой бы даташит какого бы устройства я ни открыл, я понятия не имею, как я буду его использовать :(
Не расстраивайтесь. Официальные спецификации всегда содержат много информации, которая либо является шаблонной, либо для неясных угловых случаев, либо иным образом не важна для вас. Ключ в том, чтобы узнать, каков основной характер каждого типа компонента, и найти спецификации, которые описывают это. Все еще не тривиально, но гораздо менее пугающе. Например, типичный транзистор может иметь лист данных на 5 или 10 страниц, но есть только 2 или 3 числа и, возможно, один или два графика, которые рассказывают большую часть того, что вы хотите знать.
И в этом проблема: я открываю лист, и из смеси цифр я могу что- то увидеть . Но явно не все необходимое: например величина падения напряжения на DS в транзисторе для меня полная загадка. (Если бы вы согласились прийти в чат, я был бы признателен за это и миллион раз благодарю вас за вашу помощь :))
@tohecz - Не зацикливайтесь, никто не рождается, зная все это. Начните с основ и не пытайтесь бежать, пока не научитесь ходить (или, если вы это сделаете, не корите себя, если у вас не получится). «Начало работы с электроникой» Форреста М. Мимса III — отличная книга для начинающих, в которой объясняются базовые вещи с некоторыми хорошими схемами для сборки и изучения.
Так что я последовал вашему совету, не был обескуражен и сделал вещь работает :)

Следуя совету Дэйва Твида, становится очевидным, что переключение нагрузки USB через заземляющую шину не очень хорошо, поэтому от этого ответа остается только выбрать полевой транзистор и проверить соответствующие графики в спецификации устройства. Короче говоря, посмотрите на график зависимости тока стока от напряжения сток-исток и выберите устройство с наименьшим падением напряжения для напряжения затвора, которое вы можете обеспечить. В этом конкретном случае уместно использовать MOSFET с каналом ap, переключающий положительную шину на нагрузку, и для этого требуется NPN BJT для интерфейса между gpio и затвором MOSFET.

Вы должны были вставить N-канальный МОП-транзистор в заземляющий провод к нагрузке с истоком на землю и стоком на нагрузку, подключенную к положительной шине. Также вам нужно поставить резистор на затвор и источник для утечки заряда после размыкания переключателя. Выводы затвор-исток фактически представляют собой небольшой конденсатор с очень небольшой способностью отводить заряд / напряжение, подаваемое на них, когда переключатель замкнут. Попробуйте 10кОм или 100кОм.

РЕДАКТИРОВАТЬ ПРИМЕЧАНИЕ . Первоначально вопрос показывал IRF530 в цепи.

3,3 В может быть слишком легким для полевого МОП-транзистора, который вы показали на диаграмме. IRF530 рассчитан на 100 В и имеет довольно высокое пороговое напряжение затвор-исток (от 2 В до 4 В). Это означает, что при напряжении 3,3 В полевой МОП-транзистор может только начать полностью включаться:

введите описание изображения здесь

Я отметил красным, каково падение напряжения на МОП-транзисторе при протекающем токе 1 А, когда напряжение затвор-исток составляет 4,5 В - они не указывают меньше 4,5 В, так что это также большой ключ к тому, что вы должны ищите устройство с гораздо меньшим Vgs (порог). Как видите, при токе 1 А вы теряете 1 В на MOSFET, а это не то, к чему стоит стремиться. Ясно, что если бы вы могли подать напряжение привода затвора (скажем) 10 В, то при токе стока 1 А падение напряжения будет около 100 мВ.

Попробуйте найти устройство, которое показывает тот же график с напряжением затвора до 3 В, и обратите внимание на потери не более 100 мВ на полевом транзисторе при протекании 1 А.

BS170 FET будет хуже, если вы хотите 1A: -

введите описание изображения здесь

При 1 А вам понадобится не менее 6 В, чтобы сбросить, может быть, 1,8 В. Мили хуже, чем IRF530. Однако, если ваш ток нагрузки больше похож на 100 мА, напряжение затвор-исток 3 В может «потерять» всего 0,5 вольта на устройстве.

Извините, мой плохой (и отсутствие опыта работы с редактором схем). Использован транзистор BS170.
Я добавил и этот аппарат - он хуже!! Какой ток вы хотите обеспечить и какое падение напряжения вы можете вытерпеть? В этом суть вещей.
Желаемый ток равен <500mA, я не могу страдать от большого падения напряжения, поскольку USB-устройства в целом довольно строги в отношении уровней напряжения ...
Пожалуйста, как вы думаете, есть ли какой-то значительно лучший вариант, как разрезать USB-устройство с помощью GPIO, чем с помощью MOSFET?
Начните искать МОП-транзисторы с низким напряжением стока, вероятно, 20 вольт и с низким сопротивлением. Скорее всего, это будет устройство для поверхностного монтажа от Fairchild или IR, но я не могу исключать и других. Два сильных кандидата от TI.
Поскольку на USB есть 5 В, с полевым входом ap-канала вы можете переключить положительную шину на нагрузку, но вам понадобится дополнительный транзистор для сопряжения его затвора с выводом gpio. Вероятно, простой БЖТ. Его коллектор будет управлять затвором pch. К сожалению, я сейчас на андроиде и не смогу ничего нарисовать до завтра.
Этот ответ неверен. Вы никогда не должны переключать землю на USB-устройство. Используйте P-канальный МОП-транзистор в В U С Б линия вместо этого. Потянув затвор вниз, устройство включится; если он станет высоким (например, с помощью подтягивающего резистора), он выключится.
@DaveTweed Спасибо за вклад. Было бы слишком смело просить вас составить схему этого?
@dave спасибо, чувак, что присматриваешь за мной. Я изменил свой ответ, а не удалил его по причинам, которые я указал.

Во-первых, вам не нужен резистор 10k, я думаю, он был унаследован от схемы, включающей транзисторы NPN + PNP. Во-вторых, есть еще один вариант, иногда даже более простой, заключающийся в использовании LDO-регулятора с входным контактом отключения. Это то, что используется на плате BusPirate и ряде других. Такие стабилизаторы почти не показывают падения напряжения между входом и выходом, выпускаются в 5-выводном корпусе SOT23, имеют малый размер и очень удобны. В противном случае есть переключатели питания USB, которые также включают два транзистора (а иногда и ограничение тока и, возможно, эмуляцию предохранителя).

Правильное использование MOSFET для управления USB
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 2v