Würde diese Einschaltstromschaltung in der Praxis funktionieren?

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Ich baue eine USB-Hub-Schaltung, was aufgrund der Kapazitätsanforderungen von 120 uF an Upstream-USB-Anschlüssen bedeutet, dass ich diese großen Kondensatoren in meiner Schaltung aufladen muss. Mein Hub wird jedoch über USB-C mit Strom versorgt, was meiner Meinung nach bedeutet, dass ich auf die Einschaltstromanforderungen der USB-Spezifikation achten muss. Viele diskrete strombegrenzte Schalter, die ich gesehen habe, haben für diesen Zweck eine "Hot-Start" -Funktion, aber die meisten haben nicht die Fähigkeit, 3 A Strom zu leiten, wie ich es in meiner Anwendung benötige.

Kein Problem - bauen Sie den Schalter einfach aus diskreten Elementen. Ich habe mir diese ziemlich einfache Schaltung im Falstad-Schaltungssimulator ausgedacht . Der Betrieb ist ziemlich einfach - der 1uF-Kondensator wird über den Widerstand aufgeladen, bis die Spannung darüber (die Vgs ist) die Schwellenspannung erreicht, der P-Kanal-MOSFET beginnt im Sättigungsbereich zu leiten, wo der Rdson den Strom begrenzt. Wenn die Vgs dann weiter ansteigt, schaltet sich der Schalter vollständig ein.

Ich weiß, dass der Betrieb eines MOSFET im Sättigungsbereich eine gute Möglichkeit ist, den magischen Rauch durch P = I ^ 2R-Heizung freizusetzen, aber wie lange ist zu lang? Wenn Sie sich beispielsweise das Datenblatt des AO3401A ansehen, sagt Abbildung 10, dass es in Ordnung ist, ~10 W für einen 10-ms-Impuls zu verbrauchen? Wenn ja, denke ich, dass es in Ordnung wäre, da laut dem Diagramm „Stromverbrauch“ in Falstad der Spitzenstromverbrauch 1,7 W beträgt und das gesamte Einschaltereignis weniger als 5 ms dauert.

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Außerdem, obwohl ich denke, dass es selbstverständlich ist – übersehe ich etwas, das im Simulator nicht auftauchen kann, aber meinen Tag in der realen Welt ruinieren wird?

Ich denke, Andy hat die entscheidenden Punkte getroffen. Eine alternative Lösung besteht darin, einen einfachen Einschaltstrombegrenzungswiderstand zu verwenden, der von einem Mosfet umgangen wird. Eine Art Verzögerungsschaltung hält den Mosfet für eine feste Verzögerung ausgeschaltet, die dem Kondensator Zeit zum Aufladen gibt.
Meine Faustregel für Schaltungen, die eine Energieableitung erfordern (wobei die Ableitung von Energie der Zweck der Schaltung ist), lautet, dass es immer billiger und sicherer ist, Energie in einem Widerstand als in Silizium abzuleiten. Die Ableitung von Energie in Silizium sollte der letzte Ausweg sein. Der Grund dafür ist, dass Silizium teuer ist und keine hohen Temperaturen vertragen kann. Widerstände sind kostengünstiger und können oft höhere Temperaturen als Silizium aushalten, ohne zu versagen.

Antworten (3)

Es wird funktionieren - das erste Mal, wenn Sie etwas anschließen.

Überlegen Sie, was passiert, wenn Ihre 5-V-Verbindung eine intermittierende Verbindung hat - wenn die 5 V zu einem offenen Stromkreis werden, gibt es nichts, um den 1-uF-Kondensator zu entladen. Der FET ist immer noch eingeschaltet, sodass die 1 uF dazu neigen, durch die 300 uF geladen zu bleiben (selbst wenn sie sich entladen). Wenn Sie die Verbindung wieder herstellen, wenn die 300 uF nicht vollständig entladen sind (aber immer noch über einer Schwellenspannung), wird beim 2. Mal kein Einschaltstrom begrenzt.

Beachten Sie auch, dass, während die 300 uF geladen bleiben, die 5-V-Leitung bei Trennung auf 5 V bleibt. Dies erschwert das Erfassen des Entfernens des Verbinders.

Während der Strom nicht größer sein wird als beim ersten Einstecken, ist die Anstiegsrate des Stroms und letztendlich die dadurch verursachte kleine Lichtbogenbildung, die den Stecker beschädigen kann.

Es gibt keine Lösung für dieses Problem ohne einige zusätzliche Komponenten und Komplexität.

Diese Antwort scheint leider richtig zu sein - ich sehe, dass einige unangenehme Stromspitzen auftreten, wenn 5 V vorübergehend unterbrochen werden, da dieser 1-uF-Kondensator geladen bleibt. Ich schätze, ich muss in diesem Fall zum Reißbrett zurückkehren :/ Ich frage mich, was eine gute Lösung wäre. Ich mag den Klang von @mkeiths Idee mit dem umgangenen Widerstand, obwohl ich mir Sorgen mache, ob es für dasselbe Problem anfällig sein könnte. Vielleicht suchst du einfach nach einem IC...
Zum OP: Du musst die Fälle durcharbeiten. Die Verzögerungsschaltung könnte möglicherweise so ausgelegt sein, dass sie sehr prellfest ist, oder könnte sogar einen IO-Pin vom Prozessor verwenden, wobei die Verzögerung von der Firmware gesteuert wird.

Würde diese Einschaltstromschaltung in der Praxis funktionieren?

Der MOSFET könnte zu lange in seinem linearen Bereich bleiben und ausfallen. Es ist schwierig, es richtig zu machen, es sei denn, Sie verwenden einen überdimensionierten MOSFET oder einen, der darauf ausgelegt ist, ohne signifikantes thermisches Durchgehen in seinem linearen Bereich zu laufen. Es kann in deutlich kürzerer Zeit als einer Millisekunde "braten". Er ist auch als Spirito-Effekt bekannt ( weitere Informationen finden Sie in diesem Artikel von Analog Devices .

Abgesehen davon sieht die Eigenschaft des thermischen Durchgehens des von Ihnen gewählten MOSFET so gut aus, wie es nur geht, um ein signifikantes thermisches Durchgehen zu vermeiden: -

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Wenn also die Gate-Source-Spannung etwa -1,5 Volt beträgt, kann sich der MOSFET in sehr kurzer Zeit schnell von 25 ° C auf 125 ° C erwärmen, aber ich vermute, dass dieser MOSFET das überleben wird - der Unterschied zwischen den beiden Kurven ist ziemlich gering . Der gewählte MOSFET ist jedoch auch recht klein. Übrigens können Sie sich nicht auf Kupferkühlkörper verlassen, um dies zu vermeiden. Versuchen Sie es und führen Sie einige anständige Tests durch.

Wenn im Gerät Platz dafür ist, würde ich vorschlagen, ein größeres Teil mit einer höheren thermischen Masse zu verwenden, vielleicht etwas in SOT-223 oder sogar DPAK. Hier kommt es auf die thermische Masse an; Die Zeitskala ist zu kurz, als dass der Kühlkörper einen Unterschied machen könnte. Darauf wollten Sie wohl hinaus, als Sie einen übergroßen FET erwähnten.
@Hearth ja, es ist die thermische Masse des Siliziumchips, die den Tag retten wird, und wie ich sagte und Sie sagten, verhindert ein externer Kühlkörper ein thermisches Durchgehen nicht.
Ja, ich weiß, ich habe einiges von dem wiederholt, was Sie bereits gesagt haben, aber ich wollte es ein wenig erweitern.
Vielen Dank für diese Antwort - dieser Artikel von Analog ist hilfreich zu lesen. Wenn ich am Ende einen diskreten MOSFET verwende, denke ich, dass ich versuchen werde, nach einem kräftigeren als SOT-23 zu suchen. Ich habe nicht ganz den Platz für SOT-223, aber ein nettes 3,3 x 3,3- oder 5 x 6-DFN-Paket würde meiner Meinung nach die Rechnung erfüllen.

Andys Antwort befasst sich bereits damit, ob diese Schaltung funktionieren würde oder nicht, aber ich möchte Ihre Aufmerksamkeit auf etwas lenken, von dem Sie vielleicht nicht wissen, dass es existiert: den Einschaltstrombegrenzer. Es ist ein Teil, das genau für den Zweck entwickelt wurde, den Sie benötigen, und es kostet nicht viel Geld ( dieses Teil kostet beispielsweise 0,40 USD in einer Einzelmenge).

Was es ist, ist nur ein NTC-Thermistor, der für relativ hohen Dauerstrom ausgelegt ist (ich bin mir nicht sicher, aber ich vermute, dass sie auch eine gewisse Wärmeisolierung haben); Sie schalten es in Reihe mit Ihrer Last, und bei Raumtemperatur hat es einen Widerstand von einigen Ohm, was verhindert, dass zu viel Strom fließt, aber wenn es sich erwärmt, sinkt sein Widerstand.

Diese Lösung führt zu etwas mehr Energieverschwendung als ein MOSFET mit ausreichend niedrigem R ds,on , ist aber auch narrensicherer, sodass es Ihnen überlassen bleibt, welchen Weg Sie einschlagen möchten. Es kann auch zu einem zu hohen Spannungsabfall für eine 5-V-Schaltung führen; ICLs werden häufiger bei Geräten mit Netzspannung verwendet.

Würde diese Einschaltstromschaltung in der Praxis funktionieren?
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