Wie kann man den Einschaltstrom begrenzen?

Ich entwerfe ein Gerät, das über USB mit Strom versorgt wird. Das Gerät verwendet den FTDI FT2232-Chip für die USB-Verbindung. Auf einen Befehl von einem Computer hin sollte der FT2232-Chip die Stromversorgung über einen MOSFET-Schalter zum Rest der Schaltung aktivieren. Diese zusätzliche Schaltung hat eine Kapazität von 50 uF (FPGA + Aux Stuff) und wird über denselben USB-Anschluss mit Strom versorgt. Nach dem Einschalten des Schalters wird diese zusätzliche Kapazität von 50 uF einen enormen Strom aufnehmen, bis sie aufgeladen ist.

Wie kann dieser Einschaltstrom begrenzt werden, 1) um einen Spannungsabfall auf Stromschienen zu vermeiden und 2) um zu verhindern, dass der USB-PTC die Stromversorgung des Geräts trennt?

Reicht es aus, eine Ferritperle in Reihe mit dem MOSFET-Schalter zu schalten, um den Einschaltstrom zu begrenzen? Oder sollte ich spezielle Chips verwenden, wie Chips zur Strombegrenzung oder Chips zur Steuerung der Anstiegsgeschwindigkeit?

Hinweis: Alle Geräte werden mit 3,3 V betrieben. Ein kleiner Abfall auf der 5-V-Schiene sollte also kein Problem darstellen, wenn er einen LDO nicht daran hindert, stabile 3,3 V auszugeben.

50 uF über USB 5V sollten kein Problem sein. PTCs haben eine Zeitkonstante, sodass eine kurzzeitige Stromspitze sie nicht auslöst. Wie auch immer, ich habe ein Projekt mit mehreren hundert uF über die USB-Schienen, ohne negative Auswirkungen.
@Falscher Name. PTCs sind langsam und stimmen zu, dass sie nicht wegen kurzzeitiger Spitzen auslösen. Eine solche Spitze kann jedoch einen ausreichenden Abfall auf der Spannungsschiene erzeugen, was ich vermeiden möchte. Die USB-Spezifikation besagt, dass die äquivalente Einschaltlast 10 uF parallel zu 44 Ohm nicht überschreiten sollte.
Mein Laptop hat Überstromfehler geflasht und funktionierte nicht mit Geräten mit 47 uF über VBUS. Halten Sie sich an die USB-Spezifikation von <10 uF.
Ich denke, die USB-Strommessung ist ziemlich implementierungs- / Motherboard-spezifisch. Wenn Sie auf Nummer sicher gehen möchten, schalten Sie einen USB-Hub mit eigener Stromversorgung in Reihe mit Ihrem Gerät. Auf diese Weise ist es viel schwieriger, irgendetwas auf Ihrem Computer zu sprengen, selbst wenn etwas schief geht.
Ich hatte ähnliche Probleme mit den USB-Anschlüssen einer Beckhoff-Industrie-SPS, die wirklich pingelig war und tatsächlich eine Warnung auf dem Bildschirm anzeigte, wenn ich einen nicht mit Strom versorgten USB-Hub mit nichts angeschlossenem einsteckte (der Hub selbst hatte zu viel Kapazität). FakeName hat recht, es ist sehr implementierungs-/motherboardspezifisch.
@ConnorWolf Die Einschaltstrombegrenzung dient nicht dazu, Schäden am Computer zu verhindern. Es dient dazu, einen Spannungseinbruch zu verhindern, der andere Geräte auf demselben Bus zurücksetzt, und um die Kontaktlebensdauer des Steckverbinders aufgrund reduzierter Lichtbogenbildung zu verlängern.
@endolith - Guter Punkt.

Antworten (3)

Verwenden Sie eine RC-Schaltung im MOSFET-Gate, um das Einschalten zu verlangsamen.

Einer der FTDI-App -Hinweise enthält dieses Beispiel einer Sanftanlaufschaltung auf USB Vbus:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Einverstanden. Eine RC-Schaltung begrenzt den Strom, der zum Kondensator fließt. Es muss darauf geachtet werden, dass die minimalen Anstiegszeiten der an die Schiene angeschlossenen Geräte eingehalten werden, da es sonst zu seltsamen Startlogikstörungen kommen kann, die schwer zu diagnostizieren sind. Außerdem kann eine schnell abschaltbare Diode über dem Widerstand erforderlich sein (um den MOSFET schnell abzuschalten).
Dies scheint die beste Lösung zu sein. Tatsächlich wird eine MOSFET-basierte Sanftanlaufschaltung in den FTDI-Richtlinien ftdichip.com/Documents/AppNotes/… gezeigt . Danke schön.
Wenn ich diese Schaltung simuliere, macht sie nicht viel; Ich bekomme immer noch eine Stromspitze von 18 A. Der typische Schwellenwert des IRLML6402 beträgt -0,55 V, sodass er ziemlich schnell einschaltet. Übersehe ich etwas?
Es scheint eine bessere Version mit einer zusätzlichen Obergrenze für die hier erläuterte Eingabe zu geben semianalog.com/articles/fet-inrush/fet-inrush.pdf (aber ich habe es nicht selbst ausprobiert)

Das Kapitel 11 der USB-Spezifikation , Interoperability and Power Delivery, legt ziemlich strenge Grenzen für die Leistungsaufnahme fest. Die dort angegebene Kapazität beträgt nur 10µF, um einen zu großen Spannungsabfall zu vermeiden. Es gibt spezialisierte ICs (wie LM3525 ), die sowohl Strombegrenzung als auch Leistungsschaltung durchführen, was hilfreich sein könnte, aber stellen Sie sicher, dass die Schaltung dahinter den langsamen Spannungsanstieg korrekt handhabt. Ein Brownout-Detektor kann ausreichen, aber einige Geräte erfordern viele Spannungen in bestimmten Reihenfolgen.

Ähnliche spezialisierte ICs für die USB-Strombegrenzung: AP2337 , BD82034FVJ-GE2 usw.

Die anderen Antworten sind gut, aber wenn Sie eine Einkomponentenlösung bevorzugen, gibt es Einschaltstrombegrenzer.

Ich habe sie schon einmal verwendet, um zu verhindern, dass Sicherungen beim Hot-Plugging der Stromversorgung durchbrennen. Ihre Bedienung ist wirklich einfach. Grundsätzlich haben sie bei Raumtemperatur einen Widerstand, sagen wir 5Ω. Wenn Sie eine 5-V-Stromquelle anschließen, ist der Stoßstrom jetzt auf 1 A begrenzt, selbst wenn auf der anderen Seite des ICL ein direkter Kurzschluss vorliegt. (5V/5Ω = 1A) Sobald Strom durch den ICL fließt, beginnt er sich zu erwärmen und sein Widerstand fällt dann sehr nahe an 0Ω (siehe Datenblatt) und es ist, als wäre das Bauteil nicht mehr im Stromkreis.

Ich mag diese, weil sie normalerweise einfach in ein bestehendes Design nachgearbeitet werden können und es nur eine Komponente ist.

Dies ist sicherlich eine neuartige Möglichkeit, den Strom zu begrenzen, aber das OP wollte eine Lösung, die einen Spannungsabfall verhindert.
Ups, ich dachte, ich sortiere nach den neuesten. Wusste nicht, dass das Jahre alt ist. OP wollte etwas, das nicht zu einem Spannungsabfall auf den Stromschienen führen würde. Er sagte nichts von Durchhängen. Außerdem würde das "Durchhängen" nur für Mikrosekunden auftreten (eher ein sanfter Start). Sobald der stationäre Zustand erreicht ist, würde die 5-V-Schiene nicht um mehr als ein paar Millivolt ausgeschaltet sein, und die 3V3-Schiene wäre unbeeinflusst.
Ich interpretierte das, was das OP über die Begrenzung des Spannungsabfalls sagte, als etwas, das eine direkte Folge der Strombegrenzungstechnik war. Das heißt, wenn die von Ihnen vorgeschlagene ICL 1 A Strom durchließ, würden 5 V darüber abfallen (dh die Spannung sinkt vorübergehend, wenn die Quelle die Kapazität auflädt). Ich könnte hier aber völlig falsch liegen. Vielleicht werfe ich Begriffe um mich, die nicht austauschbar sind. Jedenfalls gefällt mir deine Lösung.
Wie kann man den Einschaltstrom begrenzen?
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