¿Cómo limitar la corriente de entrada?

Estoy diseñando un dispositivo alimentado por USB. El dispositivo utiliza el chip FTDI FT2232 para la conexión USB. Ante un comando de una computadora, el chip FT2232 debería habilitar la alimentación a través de un interruptor MOSFET para el resto del circuito. Este circuito adicional tiene una capacidad de 50uF (FPGA + material auxiliar) y se alimenta desde el mismo puerto USB. Después de encender el interruptor, esta capacitancia adicional de 50uF hundirá una corriente enorme hasta que se cargue.

¿Cómo limitar esta corriente de entrada 1) para evitar la caída de voltaje en los rieles de alimentación y 2) para evitar que el PTC USB desconecte la alimentación del dispositivo?

¿Es suficiente poner un cordón de ferrita en serie con el interruptor MOSFET para limitar la corriente de entrada? ¿O debería usar chips especiales, como chips para limitar la corriente o chips para el control de la velocidad de rotación?

Nota: todos los dispositivos funcionan con 3.3V. Por lo tanto, una pequeña caída en el riel de 5V no debería ser un problema si no evita que un LDO tenga una salida estable de 3.3V.

— ibiza
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50 uF a través del USB 5V no debería ser un problema. Los PTC tienen una constante de tiempo, por lo que un pico de corriente de corta duración no lo disparará. De todos modos, tengo algún proyecto con varios cientos de uF a través de los rieles USB, sin ningún efecto negativo.

— Connor Wolf

@Nombre falso. Los PTC son lentos y, de acuerdo, no se disparan debido al pico de corta duración. Sin embargo, tal pico puede crear una caída suficiente en el riel de voltaje, lo que me gustaría evitar. La especificación USB dice que la carga equivalente de entrada no debe exceder 10uF en paralelo con 44 ohmios.

— Ibiza

Mi computadora portátil mostró errores de sobrecorriente y no funcionó con dispositivos con 47 uF en VBUS. Quédese con la especificación USB de <10 uF.

— endolito el

Supongo que la detección de corriente USB es bastante específica de implementación / placa base. Si desea estar seguro, coloque un concentrador USB con alimentación en serie con su dispositivo. De esa manera es mucho más difícil soplar algo en su computadora, incluso si algo sale mal.

— Connor Wolf el

He tenido problemas similares con los terminales USB en un PLC industrial Beckhoff, lo cual fue realmente meticuloso y en realidad mostraba una advertencia en pantalla cuando enchufé un concentrador USB sin alimentación sin nada conectado (el concentrador en sí tenía demasiada capacidad). FakeName tiene razón, es muy específico de implementación / placa base.

— Kevin Vermeer

Respuestas:

Use un circuito RC en la puerta MOSFET para ralentizar el encendido.

Una de las notas de la aplicación FTDI tiene este ejemplo de un circuito de arranque suave en USB Vbus:

ingrese la descripción de la imagen aquí

— mikeselectricstuff
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Convenido. Un circuito RC limitará la corriente que va al condensador. Se debe tener cuidado para garantizar que se cumplan los tiempos de subida mínimos en los dispositivos conectados al riel, de lo contrario puede haber fallas lógicas de arranque extrañas que son difíciles de diagnosticar. Además, puede ser necesario un diodo de apagado rápido a través de la resistencia (para apagar rápidamente el MOSFET).

— Adam Lawrence

Esta parece la mejor solución. De hecho, el circuito de arranque suave basado en MOSFET se muestra en las directrices FTDI ftdichip.com/Documents/AppNotes/… . Gracias.

— Ibiza

Cuando simulo este circuito no hace mucho; Todavía obtengo un pico de corriente de 18 A. El umbral típico de IRLML6402 es -0.55 V, por lo que se enciende bastante rápido. ¿Me estoy perdiendo de algo?

— endolito

Parece que hay una mejor versión con una tapa adicional para la entrada explica aquí semianalog.com/articles/fet-inrush/fet-inrush.pdf (pero no he probado a mí mismo)

— patstew

El capítulo 11 de la especificación USB , Interoperabilidad y suministro de energía, establece límites bastante estrictos en el consumo de energía. La capacitancia mencionada es de solo 10 µF, para evitar una caída de voltaje excesiva. Hay circuitos integrados especializados (como LM3525 ) para hacer tanto la limitación de corriente como la conmutación de potencia, lo que podría ayudar, pero asegúrese de que los circuitos detrás de él manejen el aumento lento de voltaje correctamente. Un detector de apagón puede ser suficiente, pero algunos dispositivos requieren muchos voltajes en órdenes específicas.

— Yann Vernier
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Circuitos integrados especializados similares para limitación de corriente USB: AP2337 , BD82034FVJ-GE2 , etc.

— davidcary

Las otras respuestas son buenas, pero si prefiere una solución de un componente, existe Inrush Current Limiters.

Los he usado antes para evitar que los fusibles se quemen al conectar en caliente la fuente de alimentación. Su funcionamiento es realmente simple. Básicamente tienen una resistencia a temperatura ambiente, digamos 5Ω. Cuando conecta una fuente de alimentación de 5 V, la corriente de sobretensión ahora está limitada a 1 A, incluso si hay un cortocircuito directo en el otro lado de la ICL. (5V / 5Ω = 1A) Tan pronto como la corriente fluye a través de la ICL, comienza a calentarse y su resistencia cae muy cerca de 0Ω (consulte la hoja de datos) y es como si el componente ya no estuviera en el circuito.

Me gustan porque generalmente son fáciles de modificar en diseños existentes y es solo un componente.

— ACD
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Esta es ciertamente una forma novedosa de limitar la corriente, pero el OP quería una solución que evitara una caída de voltaje.

— sherrellbc

Vaya, pensé que estaba ordenando por el más nuevo. No me di cuenta de que esto tenía años. OP quería algo que no condujera a una caída de voltaje en los rieles de alimentación. No dijo nada sobre la flacidez. Además, el "hundimiento" solo ocurriría por microsegundos (más de un comienzo suave). Una vez que se alcanza el estado estable, el riel de 5V no estaría apagado por más de un par de milivoltios, y el riel de 3V3 no se vería afectado.

— ACD

Interpreté lo que decía el OP sobre limitar la caída de voltaje como algo que era una consecuencia directa de la técnica de limitación de corriente. Es decir, si la ICL que sugirió pasara 1A de corriente, se caerían 5V (es decir, el voltaje se desploma momentáneamente cuando la fuente carga la capacitancia). Aunque podría estar completamente equivocado aquí. Tal vez estoy lanzando términos que no son intercambiables. De cualquier manera, me gusta tu solución.

— sherrellbc