Hot-Plug-sichere Leiterplattensteckverbinder

Ich versuche, einige von mir verwendete Anschlüsse idiotensicher zu machen, die nicht für Hot-Plugging vorgesehen sind, aber natürlich sind sie es.

Der typische Problemfall ist mit einem standardmäßigen 4-poligen Stecker, den ich verwende, wo die Pins sind:

  1. 20V
  2. Masse
  3. SDA (I2C)
  4. SCL (I2C)

Ich verwende einen 4-poligen JST-Stecker mit 2 mm Abstand (B4B-PH-KS), bei dem alle Stifte die gleiche Länge haben, sodass die Reihenfolge der Verbindung nicht sicher ist, daher die Hot-Plug-Probleme.

Ich habe keine Probleme mit diesen Anschlüssen, wenn sie im ausgeschalteten Zustand sicher vom System eingesteckt/abgezogen werden. Aber sie sind immer wieder bei unbeabsichtigtem Hot-Swapping ausgefallen.

Ich weiß, dass viele gängige Hot-Plug-Schnittstellen (z. B. USB) erweiterte Stromanschlüsse haben, um die Kontaktreihenfolge der Stifte zu gewährleisten und Schäden zu vermeiden.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich denke, meine Frage ist, gibt es einen kostengünstigen, kleinen Formfaktor, ähnlich dem JST-Anschluss, den ich verwende, der diese Art von Funktion hat?

Auch andere Lösungsideen sind willkommen!

SATA-Anschlüsse
Haben Sie darüber nachgedacht, leitfähiges Klebeband oder ein anderes Metallgehäuse um den Stecker herum anzubringen? Dies würde eine negative Verstärkung unterstützen, indem es jedem, der versucht, den Stecker zu entfernen, während das Gerät eingeschaltet ist, einen leichten Schock versetzt.

Antworten (2)

Es gibt mehrere Möglichkeiten zum Hot-Swap:

1) Verwenden Sie einen Stecker, der zuerst Masse und zuletzt Strom anschließt. Die wirklich guten Hot-Swap-Anschlüsse haben einen kürzeren Pin, so dass Sie zuerst einen Widerstand an die Stromversorgung anschließen und die Schiene mit einem Strombegrenzer auf Spannung "kommen" lassen können, bevor die anderen Power-Pins verbunden werden.

2) Verwenden Sie eine elektronische Sicherung oder einen Mosfet, um die Schiene hochzubringen

3) Setzen Sie möglicherweise einen Induktor in Reihe auf die Stromschiene, der Einschaltströme verhindert (dies kann unbeabsichtigte Folgen haben, sodass dies mit dem Rest Ihres Designs möglicherweise nicht möglich ist).

4) Evtl. Isolation oder Puffer mit Schutz für die digitalen Leitungen verwenden.

Das Problem in der OP-Situation ist, dass er eine 20-V-Stromleitung hat. Wenn die 20-V-Stromversorgungsstifte und eine oder beide Datenleitungen verbunden sind, bevor die Erdungsleitung verbunden ist, werden wahrscheinlich schlechte Dinge passieren.
Ein Teil des Problems besteht darin, dass beim Hot-Swap die Stromversorgung vor der Masse verbunden wird und einen alternativen Pfad wählt und manchmal eine andere Leitung mit einer unerwarteten Spannung durchlaufen kann. Deshalb müssten Sie die digitalen Leitungen schützen. Ich hatte das gleiche Problem mit SPI-Leitungen und einer 15-V-Schiene, aber ein Teil des Problems war, dass die digitalen Leitungen ausgeblasen wurden. Wenn Sie die digitalen Leitungen am anderen Ende puffern und schützen (mit Dioden und einem Puffer oder einem Puffer, der eine höhere Spannung verarbeiten kann, einige gehen auf 7 V), kann das das Problem lösen. Der Weg, den ich einschlug, war digitaler Schutz an beiden Enden

Leider sind mir keine Steckverbinder im PCB-Header-Stil mit der gewünschten Funktion bekannt (was nicht bedeutet, dass sie nicht existieren).

Das größte Problem, das ich bei Ihrem Design sehe, ist, was passiert, wenn die Stromversorgung und eine der IO-Leitungen verbunden sind, die Masseleitung jedoch nicht. In diesem Fall wird das mit Strom versorgte Verbrauchergerät über die Logikleitungen mit Strom versorgt, wodurch es möglicherweise unerwünschten Spannungen und/oder Strömen ausgesetzt wird.

Auch andere Lösungsideen sind willkommen

Zwei Techniken, die ich in Betracht ziehen würde, um das Risiko zu verringern.

  1. Fügen Sie einige Schutzdioden, Schottky-Dioden von den IO-Leitungen zur logischen Stromschiene und Erdung und dann eine Zenerdiode über die logische Stromschiene hinzu. Wenn Ihre Timings/Spannungsspielräume dies tolerieren können, sollten Sie auch Inline-Strombegrenzungswiderstände in Betracht ziehen.
  2. Wenn Sie weitere Erdungsstifte hinzufügen, erhöht ein Erdungsstift an jedem Ende des Steckverbinders die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens eine Erdungsverbindung zuerst erfolgt, dramatisch.
Hallo, danke für den Vorschlag, ich bin neugierig auf Lösung 1. Ich habe Probleme, mich davon zu überzeugen, dass dies vor Beschädigung von 3V3-Logik-ICs schützen würde. Angenommen, die typische Slave-Konfiguration hat einen 20 V -> 3 V3-Regler, der einen direkt an meinen Anschluss angeschlossenen I2C-Slave mit Strom versorgt. Können Sie erklären, wie eine Schottky-Diode von SDA/SCL bis 20 V diese Eingänge schützt? Interessieren Sie sich wirklich für diese Art von Lösung.
Entschuldigung, wenn ich mich nicht klar ausgedrückt habe, die Schutzdioden gehen zur / über die Logikstromschiene, nicht die 20-V-Stromschiene.
Ich schaue mir ein Teil an, das ich derzeit für den ESD-Schutz auf USB-Leitungen verwende: USBLC6-2SC6. Ich würde dies mit GND, 3V3, SDA, SCL verbinden. Wenn 3V3 an Bord vom 20-V-Eingang geregelt wird. Unter der Annahme, dass der Zenerdurchbruch von USBLC6-2SC6 niedrig genug ist, um innerhalb der absoluten Maximalwerte der ICs zu bleiben, erwarten Sie irgendwelche Probleme? Schätzen Sie die Vorschläge!
Als Update für alle Interessierten: Ich habe versucht, USBLC6-2SC6 als Schutz für ein 5-V-System zu verwenden, wobei ein IC sowohl auf dem Master als auch auf dem Slave in der Nähe des Anschlusses vorhanden ist. Ich habe die Verbindung mehrere Male im laufenden Betrieb angeschlossen und bei meinen beiden Tests schnell einen Fehler festgestellt. Scheint, als hätte diese spezielle Lösung mein Problem nicht gelöst. Ich werde aktualisieren, wenn eine Lösung gefunden und getestet wurde.
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