Richtige Verwendung eines MOSFET zur Steuerung von USB

Auf dem RaspberryPi.SE wurde vorgeschlagen , dass man den MOSFET BS170 verwenden kann, um ein USB-Gerät über einen GPIO-Pin (3,3 V) ein- und auszuschalten. Ich brauche 500 mA, um einen GSM-Dongle mit Strom zu versorgen. der Spannungsabfall sollte vorzugsweise minimal sein, da USB ziemlich streng mit der Spannung ist).

Ich bin mir nicht sicher, ob ich das Richtige getan habe. Ich habe das Stromkabel des USB-Kabels abgeschnitten und den MOSFET wie folgt daran angeschlossen:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

(Ich verwende einen Lautsprecher im Schaltplan, um mein USB-Gerät darzustellen, und einen Schalter, um einen Pin des GPIO darzustellen.)

Das Problem ist, dass:

  1. Ich bin mir nicht sicher, ob die beiden Gründe tatsächlich verbunden sind.
  2. Nach einem Schema auf der Elinux-Seite von RPi hätte ich den GND-Draht anstelle des PWR-Drahts abschneiden sollen.
  3. Die offizielle Gate-Spannung beträgt 3 V und ich habe ihr 3,3 V zugeführt.

Ich glaube, ich habe den Transistor beschädigt, den ich gekauft habe. Ich kann einen neuen kaufen (sogar ein paar davon, sie sind wirklich billig), aber ich würde lieber wissen, was zu tun ist, bevor ich erneut experimentiere oder weitere Drähte schneide.

BEARBEITEN:

Ich habe weiter gesucht und auf sparkfun.com einen Schaltplan von Bretth gefunden , der anscheinend das tut, was ich will, indem er einen P-MOSFET anstelle eines N-MOSFET verwendet. Ist dieser Schaltplan ein guter Weg? Es ist ein Problem, dass GPIO 3,3 V liefert und V_GS maximal 3 V für N-FET und (minus) 2,4 V für P-FET beträgt?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

(Ich hoffe, meine Frage ist nicht zu schlecht formuliert. Ich bin nur ein Amateur, der experimentiert, also entschuldigen Sie bitte meinen Mangel an Wissen.)
Denken Sie auch daran, dass USB 1 und 2 (IIRC) nur 500 mA garantieren, nachdem das Peripheriegerät dafür ausgehandelt hat.
Ich habe es nicht verwendet oder das Datenblatt im Detail überprüft, aber so etwas wie der Ritchtek RT9701 listet die Verwendung als USB-Netzschalter unter seinen beabsichtigten Anwendungen auf. Intern ist es ein N-Kanal-MOSFET mit einer Schaltung, um den Freigabeeingang über die Versorgungsspannung zu übersetzen, um eine solche High-Side-Schaltung zu ermöglichen. Ich habe meine eigentlich bestellt, nachdem ich gesehen habe, dass sie verwendet wurden, um kleine RC-Servos zu aktivieren (und sie nie installiert haben), aber Sie könnten das Datenblatt zumindest interessant finden.
@thephoton das rpi hat keine USB-Anschlüsse. direkt auf 5 V Eingangsleistung, keine Energieverwaltung. Kein Problem.
N-Kanal-Mosfets oder npn-Transistoren schalten Low-Side/Masse. P-Kanal oder PNP-Schalter High-Side. Nur zur Info. Und USB erlaubt normalerweise +- 0,25.
@passerby, op sagte, die Idee stamme aus einem RPI-Forum, sagt aber nie, dass er seine Schaltung nur mit einem RPI als Host verwenden wird.

Antworten (4)

Also entschied ich, dass ich es versuchen würde, ich kaufte AOP605, verkabelte alles und es funktioniert! :) Das folgende Schema kann also verwendet werden, um die USB-Stromversorgung mit einer Eingangsspannung von 3,3 V zu steuern:

schematisch

Wenn der GPIO-Pin ausgeschaltet ist, ist das USB-GERÄT ausgeschaltet, das Einschalten des GPIO schaltet auch das USB-GERÄT ein. Ich benutze 7.5k als R1 (ich habe keine 10k von Hand) und es funktioniert auch gut. Gutschrift an beth und seinen Beitrag auf sparkfun.com , ich habe nur die Transistoren gegen etwas geändert, das für meinen Fall besser geeignet ist und das ich hier kaufen kann.

Herzlichen Glückwunsch, dass Sie Ihre Schaltung zum Laufen gebracht haben (und dass Sie schon früh in Ihrer Elektronikkarriere gelernt haben, wie man P-Kanal-MOSFETs verwendet). Die einzige Ergänzung, die Sie vielleicht zu dieser Schaltung machen möchten, ist ein Widerstand zwischen dem GPIO-Ausgang und dem Gate von M1, sagen wir 100 Ohm; Dies dient dazu, den Strom zu begrenzen, der vom GPIO-Pin durch die Gate-Kapazität gezogen wird, wenn der GPIO seinen Zustand ändert. Sie können auch einen Pulldown-Widerstand (100 k sollten in Ordnung sein) vom GPIO-Ende dieses 100-Ohm-Widerstands zur Quelle von M1 hinzufügen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Stromversorgung definitiv ausgeschaltet wird, wenn der GPIO getrennt wird.

Alternativen: Es gibt dedizierte USB-Leistungsschalter-ICs, zum Beispiel Maxim 1562 und viele andere.

Oder Sie könnten ein kleines Reed-Relais in Betracht ziehen. Wenn Sie den Haltestrom vermeiden möchten, können Sie ein selbsthaltendes Reed-Relais wählen.

Es scheint, dass ich die Idee, Elektronik zu machen, einfach fallen lassen muss, egal welches Datenblatt von welchem ​​​​Gerät auch immer ich öffne, ich habe keine Ahnung, wie ich es verwenden würde :(
Seien Sie nicht zu entmutigt. Offizielle Datenblätter enthalten immer viele Informationen, die entweder nur als Musterbeispiel oder für obskure Eckfälle oder anderweitig für Sie nicht wesentlich sind. Der Schlüssel ist, zu lernen, was der Kerncharakter jedes Komponententyps ist, und die Spezifikationen zu finden, die dies beschreiben. Immer noch nicht trivial, aber weit weniger beängstigend. Beispielsweise kann ein typischer Transistor ein 5- oder 10-seitiges Datenblatt haben, aber es gibt nur 2 oder 3 Zahlen und vielleicht ein oder zwei Diagramme, die das meiste aussagen, was Sie wissen möchten.
Und das ist das Problem: Ich öffne das Blatt, und aus dem Zahlengemisch kann ich vielleicht etwas erkennen . Aber offensichtlich nicht alles Notwendige: Zum Beispiel ist mir der Spannungsabfallwert bei DS in einem Transistor ein völliges Rätsel. (Wenn Sie bereit wären, in den Chat zu kommen, wäre ich Ihnen dafür dankbar und danke Ihnen millionenfach für Ihre Hilfe. :))
@tohecz - Nicht auflegen, niemand wird geboren und weiß alles. Beginnen Sie mit den Grundlagen und versuchen Sie nicht zu rennen, bevor Sie laufen können (oder wenn Sie es tun, machen Sie sich nicht fertig, wenn Sie versagen). "Erste Schritte in der Elektronik" von Forrest M Mims III ist ein großartiges Buch für Anfänger, das Dinge in grundlegenden Begriffen erklärt und einige gute Schaltungen zum Bauen und Erkunden enthält.
Also habe ich deinen Rat befolgt, mich nicht entmutigen lassen und das Ding zum Laufen gebracht :)

Nach dem Rat von Dave Tweed ist es offensichtlich, dass das Schalten einer USB-Last über die Erdungsschiene nicht gut ist. Was von dieser Antwort übrig bleibt, ist die Auswahl eines Mosfets und die Überprüfung der entsprechenden Diagramme in der Spezifikation für das Gerät. Kurz gesagt, sehen Sie sich das Diagramm des Drain-Stroms im Vergleich zur Drain-Source-Spannung an und wählen Sie ein Gerät mit dem niedrigsten Spannungsabfall für die Gate-Spannung, die Sie bereitstellen können. In diesem speziellen Fall ist es angebracht, einen p-Kanal-Mosfet zu verwenden, der die positive Schiene auf die Last schaltet, und dazu ist ein NPN-BJT als Schnittstelle zwischen dem gpio und dem Gate des mosfet erforderlich.

Sie sollten den N-Kanal-Mosfet in das Erdungskabel zur Last mit Source an Masse und Drain an die mit der positiven Schiene verbundene Last eingefügt haben. Außerdem müssen Sie einen Widerstand über Gate und Source legen, um Ladung abzuleiten, sobald der Schalter geöffnet ist. Die Gate-Source-Pins sind effektiv ein kleiner Kondensator mit sehr geringer Fähigkeit, Ladung / Spannung abzuleiten, die ihnen zugeführt wird, wenn der Schalter geschlossen ist. Versuchen Sie es mit 10 kOhm oder 100 kOhm.

HINWEIS BEARBEITEN - Ursprünglich zeigte die Frage einen IRF530 in der Schaltung

3,3 V sind möglicherweise etwas zu leicht für den MOSFET, den Sie im Diagramm gezeigt haben. Der IRF530 ist ein für 100 V ausgelegtes Gerät und hat eine ziemlich hohe Gate-Source-Schwellenspannung (min. 2 V bis max. 4 V). Dies bedeutet, dass bei 3,3 V der MOSFET möglicherweise gerade erst beginnt, den MOSFET vollständig einzuschalten: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe rot markiert, wie hoch der Spannungsabfall über dem MOSFET bei einem Strom von 1 A ist, der fließt, wenn die Gate-Source-Spannung 4,5 V beträgt - sie geben nicht weniger als 4,5 V an, daher ist dies auch ein wichtiger Hinweis, den Sie sollten Suchen Sie nach einem Gerät mit viel kleineren Vgs (Schwellenwert). Wie Sie sehen können, verlieren Sie bei fließendem 1 A 1 V über den MOSFET, und das ist nicht das, was Sie anstreben sollten. Wenn Sie eine Gate-Ansteuerspannung von (sagen wir) 10 V liefern könnten, beträgt der Spannungsabfall bei 1 A Drain-Strom eindeutig etwa 100 mV.

Versuchen Sie, ein Gerät zu finden, das denselben Graphen mit Gate-Spannungen bis hinunter zu 3 V zeigt, und suchen Sie nach nicht mehr als 100 mV, die über den FET verloren gehen, wenn 1 A fließt.

Ein BS170 FET wird schlechter sein, wenn Sie 1A wollen: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bei 1A benötigen Sie mindestens 6 V, um vielleicht 1,8 V abfallen zu lassen. Meilen schlechter als der IRF530. Wenn Ihr Laststrom jedoch eher 100 mA beträgt, "verliert" eine 3-V-Gate-Source-Spannung möglicherweise nur 0,5 Volt über das Gerät.

Entschuldigung, mein Fehler (und mangelnde Erfahrung mit dem Schaltplaneditor). Der verwendete Transistor ist BS170.
Ich habe dieses Gerät auch hinzugefügt - es ist schlimmer !! Wie viel Strom möchten Sie bereitstellen und wie viel Spannungsabfall können Sie erleiden? Das ist der springende Punkt.
Der gewünschte Strom ist <500mA, ich kann keinen großen Spannungsabfall erleiden, da USB-Geräte im Allgemeinen ziemlich streng auf Spannungspegel sind ...
Bitte, glauben Sie, dass es eine wesentlich bessere Möglichkeit gibt, ein USB-Gerät mit GPIO zu schneiden als mit MOSFETs?
Beginnen Sie mit der Suche nach Mosfets mit einer niedrigen Drain-Spannung, wahrscheinlich 20 Volt, und einem geringen Einschaltwiderstand. Wahrscheinlich wird es ein oberflächenmontiertes Gerät von Fairchild oder IR sein, aber ich kann andere nicht ausschließen. TI sind zwei starke Kandidaten.
Da auf dem USB 5 V anliegen, könnten Sie mit einem ap-Kanal-Fet die positive Schiene auf die Last schalten, aber Sie benötigen einen zusätzlichen Transistor, um sein Gate mit dem gpio-Pin zu verbinden. Wahrscheinlich ein einfaches bjt. Sein Kollektor würde das pch-Gatter treiben. Leider bin ich jetzt auf Android und kann bis morgen nichts zeichnen.
Diese Antwort ist falsch. Sie sollten die Erdung niemals auf ein USB-Gerät schalten. Verwenden Sie einen P-Kanal-MOSFET im v U S B Linie statt. Wenn Sie das Gate nach unten ziehen, wird das Gerät eingeschaltet. Wenn Sie es hoch gehen lassen (z. B. mit einem Pullup-Widerstand), wird es ausgeschaltet.
@DaveTweed Danke für die Eingabe. Wäre es zu mutig, Sie zu bitten, einen Plan daraus zu machen?
@dave danke dude, dass du dich um mich gekümmert hast. Ich habe meine Antwort aus den von mir angegebenen Gründen geändert, anstatt sie zu löschen.

Erstens brauchen Sie den 10k-Widerstand nicht, ich denke, er wurde von einem Diagramm mit NPN + PNP-Transistoren geerbt. Zweitens gibt es eine andere Option, die manchmal noch einfacher ist und darin besteht, einen LDO-Regler mit einem Shutdown-Eingangspin zu verwenden. Das wird auf dem BusPirate-Board und einigen anderen verwendet. Solche Regler sind in der Lage, fast keinen Spannungsabfall zwischen Ein- und Ausgang zu zeigen und sind in einem 5-Pin-SOT23-Gehäuse erhältlich, klein und sehr praktisch. Ansonsten gibt es USB-Leistungsschalter, die auch die beiden Transistoren enthalten (und manchmal Strombegrenzung und möglicherweise Sicherungsemulation).

Richtige Verwendung eines MOSFET zur Steuerung von USB
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v