¿Por qué explota la conexión en caliente y cómo prevenirlo?

Cometí el error muy estúpido de conectar cosas en caliente muchas veces antes. Mi problema es que me apresuré y es muy fácil para mí olvidar que tengo el Arduino o algún otro IC o hardware costoso enchufado.

Hoy conecté la entrada PWM de mi ESC a mi pin digital Arduino. Vi escapar el humo mágico. ¡Adiós un grupo de pines digitales! Me odio ahora.

¿Por qué las cosas no les gusta estar conectadas en caliente?

¿Hay alguna manera fácil de proteger contra esto?

Otros dos efectos, además de estos ya mencionados, pueden alterar los circuitos muy delicados:

-Los cables blindados y los cables coaxiales son en realidad condensadores, que pueden retener una carga. Esta carga puede malinterpretarse como una señal y causar cambios de estado no deseados (por ejemplo, un bloqueo del procesador), o incluso ...

-Hacer conexion. Con el IC alimentado, algunos tipos de entradas CMOS sin protección no pueden soportar ningún voltaje por encima del voltaje de suministro incluso durante microsegundos, ya que esto desencadenará un efecto de retroalimentación positiva (todo el dispositivo de repente parece un tiristor con estos voltajes aplicados) dejando el dispositivo en un estado bloqueado o incluso actuando como un cortocircuito cercano a través de sus rieles de suministro.

Observe que los dos pines en ambos lados son más largos y los dos en el centro son más cortos. Esto garantiza que las conexiones se realicen en el orden correcto (y también se rompan en el orden correcto al desenchufar).

Si el conector no está diseñado para conexión en caliente, no existe tal garantía.

El orden que quieres es:

• Primero, tierra / escudo.

Esto garantiza que ambas partes acuerden qué es "0V" y también descarga cualquier electricidad estática de forma segura. A veces se ve una pequeña chispa. ¡No desea conectar los pines sensibles a ESD primero!

• En segundo lugar, la fuente de alimentación.

• Tercero, señales

El orden es muy importante. Realmente desea evitar aplicar voltaje a los pines de señal de un chip sin alimentación, ya que la corriente fluirá a través de los diodos de protección ESD, y el chip se alimentará de sus pines IO. Esto puede dañar el chip.

Además, si la conexión a tierra es la última, las líneas de señal actuarán como tierra y la corriente fluirá en ellas. Si el dispositivo contiene chips 3V3 alimentados por un LDO desde + 5V desde USB y la tierra no está conectada, quién sabe cuáles serán los voltajes dentro del dispositivo ...

Un excelente ejemplo de cómo NO hacerlo son los conectores RCA de audio.

Observe cómo la punta hace contacto primero. Estoy seguro de que has hecho esto antes. Los altavoces emiten un zumbido muy fuerte, hasta que los terrenos están conectados.

¿Por qué las cosas no les gusta estar conectadas en caliente?

Es porque los pines se conectan en el orden incorrecto.

Como mencionas un ESC, supongo que tienes voltajes y corrientes lo suficientemente grandes como para freír algunos chips. En este caso, no conectar primero el suelo realmente puede doler ...

¿Hay alguna manera fácil de proteger esto?

Use un conector que sea seguro para conexión en caliente. Si no transporta la fuente de alimentación, solo señales y tierra, entonces podría escapar con resistencias de gran valor en las líneas de señal ... pero es un truco.

Lamentablemente, estos conectores son muy poco comunes. Los encabezados como los que se usan con los arduino están diseñados para ser parte de un producto terminado que solo se enchufarán durante la fabricación, por lo que no serán aptos para la conexión en caliente.

Los conectores aptos para conexión en caliente estarán disponibles para los estándares habituales (USB, HDMI, lo que sea), pero esto no será lo que necesita para su aplicación.

Entonces, supongo que estás atrapado haciéndolo con cuidado, apagándote antes de jugar con el circuito ...

El intercambio en caliente es malo por varias razones:
1) Si conecta el Vcc antes de que la corriente de tierra pueda fluir a su circuito de manera anómala. Por ejemplo, si Vcc está conectado y un pin digital o analógico antes de la conexión a tierra, la energía puede fluir hacia Vcc y salir del pin, lo que podría provocar un cortocircuito en ese pin y quemar esa parte del circuito.

2) Puede causar un "apagón" por la caída de voltaje temporalmente en un bus del sistema o fuente de alimentación.

3) Al desconectar los inductores en el circuito o los cables pueden exhibir altos voltajes si se desconectan.

(Tenía un cable que no era intercambiable en caliente en un producto que los representantes de servicio intercambiarían en caliente por accidente. Debido a la inductancia mutua en el cable (y un diseño de cable incorrecto con cables rectos que corren uno al lado del otro durante un metro más o menos) ) apagaría los controladores digitales a ambos lados del cable. Tras una inspección adicional, se descubrió que cuando se desconectaba el cable, ¡una línea digital CMOS se elevaría a 7V!)

También he tenido un gran éxito en la implementación de ambas estrategias a continuación. Una cosa que puede hacer en el diseño si está rodando su propio sistema de intercambio en caliente es encontrar un conector estándar (usé sca2 para mi bus, pero podría usar sata u otro conector estándar de la industria, solo asegúrese de que las personas entiendan que no pueden enchufar otras cosas en él).

Circuito de precarga:

Se puede usar un pin largo y una resistencia limitadora de corriente para limitar la corriente de entrada a un dispositivo. El alfiler largo se empareja primero; el límite de corriente debe establecerse para que los rieles de alimentación del sistema host se mantengan dentro de las especificaciones, pero el dispositivo se carga adecuadamente antes de que los pines de alimentación y señal hagan la conexión. Se debe tener cuidado al elegir un valor de resistencia de precarga, los siguientes escenarios muestran algunos problemas comunes: Si el valor de la resistencia de precarga es demasiado pequeño, el dispositivo aún consumirá demasiada corriente en la inserción, haciendo que los rieles de alimentación del sistema caigan fuera de regulación.

Controlador de intercambio en caliente

Un controlador de intercambio en caliente IC controla la corriente de entrada a un dispositivo. Los controladores de intercambio en caliente suelen incorporar fusibles electrónicos, y en aplicaciones de alta corriente puede ser difícil distinguir entre corriente de entrada y cortocircuito. Los componentes son más caros que las resistencias de precarga y, en algunos casos, el uso de componentes más activos en el sistema puede generar problemas de confiabilidad.

Fuente de imagen y texto: consideraciones de diseño para el intercambio en caliente

Realmente depende del circuito y, en algunos casos, del conector en sí.

Cuando desconecta o conecta algo, no todas las conexiones ocurren al mismo tiempo. Eso significa que hay un estado de conexión impredecible durante el proceso. Algunas de esas conexiones pueden poner grandes voltajes o grandes corrientes donde realmente no quieres que estén. Peor aún, los conectores suelen estar apretados, lo que significa que el usuario los mueve para que se separen, creando aún más marcas aleatorias en el proceso.

Algunos conectores, como los conectores de borde de tarjeta, también son conocidos por acortar los pines adyacentes al insertarlos o retirarlos antes de que se acoplen correctamente. Uno nunca debería pensar en enchufar o desenchufar uno de estos en caliente.

Si lo que se está desconectando no le importa, por ejemplo, un enchufe de dos clavijas que va a un LED con un simple disco pull-up pulldown, no pasará nada malo suponiendo que no lo golpee con ESD. Pero la mayoría de las cosas no son tan robustas.

Por supuesto, puede diseñar cosas que se puedan conectar en caliente, pero eso es complicado y costoso, y no funcional durante la mayor parte de la vida útil del producto y es difícil de justificar si no es un requisito de diseño específico.

Dicho esto, los sistemas siempre deben diseñarse de manera que si la cosa se enciende cuando el sensor A no está enchufado, la salida B no debe entrar en un estado que dependa de ese sensor. Si la pérdida de ese sensor causará una falla o peligro, entonces se deben agregar las medidas apropiadas para detectar esa pérdida y entrar con gracia en un estado seguro.

Pero en general, a menos que REALMENTE sepa lo que PODRÍA suceder, ¡no conecte en caliente!