突入電流を制限する方法は?


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USBから給電されるデバイスを設計しています。デバイスは、USB接続にFTDI FT2232チップを使用します。コンピューターからのコマンドにより、FT2232チップは、MOSFETスイッチを介して回路の残りの部分に電力を供給できるようになります。この追加回路の容量は50uF(FPGA + aux stuff)で、同じUSBポートから給電されます。スイッチがオンになった後、この追加の50uFキャパシタンスは、充電されるまで巨大な電流をシンクします。

この突入電流を制限するには、1)電源レールの電圧降下を回避し、2)USB PTCがデバイスの電源を切断しないようにしますか?

突入電流を制限するために、フェライトビーズをMOSFETスイッチと直列に配置するだけで十分ですか?または、電流制限用のチップやスルーレート制御用のチップなど、特別なチップを使用する必要がありますか?

注:すべてのデバイスは3.3Vから給電されます。したがって、LDOが安定した3.3Vを出力するのを妨げない限り、5Vレールの小さな低下は問題になりません。


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USB 5Vで50 uFは問題になりません。PTCには時定数があるため、短時間の電流スパイクでPTCが作動することはありません。とにかく、USBレールに数百uFのプロジェクトがあり、悪影響はありません。
コナーウルフ

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@偽名。PTCは時間がかかり、短時間のスパイクのためにトリップしません。ただし、このようなスパイクは電圧レールで十分な降下を引き起こす可能性があるため、回避したいと思います。USB仕様では、突入等価負荷は44オームと並行して10uFを超えてはならないとされています。
イビザ

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私のラップトップは過電流エラーをフラッシュし、VBUSで47 uFのデバイスでは動作しませんでした。<10 uFのUSB仕様に固執します。
エンドリス

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USB電流検出は、実装/マザーボード固有のものであると思います。安全にしたい場合は、デバイスと直列に電源供給されたUSBハブを入れてください。そうすれば、たとえ何かがうまくいかなくても、コンピューター上で何かを吹き飛ばすのがはるかに難しくなります。
コナーウルフ

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ベッコフの産業用PLCのUSB端子にも同様の問題がありましたが、実際には細心の注意が必要で、何も接続していない状態で電源が入っていないUSBハブを接続すると、実際に画面に警告が点滅します(ハブ自体の容量が大きすぎました)。FakeNameは正しいです、それは非常に実装/マザーボード固有です。
ケビンフェルメール

回答:


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MOSFETゲートにRC回路を使用して、ターンオンを遅くします。

FTDIアプリノートの1つには、 USB Vbusのソフトスタート回路のこの例があります。

ここに画像の説明を入力してください


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同意した。RC回路は、コンデンサに流れる電流を制限します。レールに接続されたデバイスの最小立ち上がり時間が満たされるように注意する必要があります。そうしないと、診断が困難な奇妙な起動ロジックグリッチが発生する可能性があります。また、抵抗の両端に高速ターンオフダイオードが必要になる場合があります(MOSFETをすばやく遮断するため)。
アダムローレンス

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これが最善の解決策のようです。実際、MOSFETベースのソフトスタート回路はFTDIガイドラインftdichip.com/Documents/AppNotes/…に示されています。ありがとうございました。
イビザ

この回路をシミュレートすると、あまり効果がありません。それでも18 Aの電流スパイクが発生します。IRLML6402の一般的なしきい値は-0.55 Vであるため、かなり早くオンになります。何か不足していますか?
エンドリス

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入力への余分なキャップ付き改良版はここで説明があるように思わsemianalog.com/articles/fet-inrush/fet-inrush.pdf(しかし、私はそれを自分自身を試していない)
patstew

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USB仕様の第11章、相互運用性と電源供給は、消費電力のかなり厳しい制限を課します。引用された静電容量は、電圧降下が大きくなりすぎないように、わずか10µFです。電流制限と電力スイッチングの両方を行うための特殊なIC(LM3525など)がありますが、これは役立つ可能性がありますが、背後の回路が遅い電圧上昇を正しく処理することを確認してください。電圧低下検出器で十分かもしれませんが、いくつかのデバイスは特定の順序で多くの電圧を必要とします。


USB電流制限用の同様の専用IC:AP2337BD82034FVJ-GE2など
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他の答えは良いですが、1つのコンポーネントソリューションを好む場合、突入電流リミッターが存在します。

電源をホットプラグするときにヒューズが切れないようにするために、以前にそれらを使用しました。彼らの操作は本当に簡単です。基本的に、それらは室温で抵抗があります。たとえば、5Ωです。5V電源を接続すると、ICLの反対側で直接短絡が発生しても、サージ電流は1Aに制限されるようになりました。(5V /5Ω= 1A)ICLに電流が流れるとすぐにウォームアップが始まり、その抵抗は0Ωに非常に近く低下し(データシートを確認)、コンポーネントが回路に存在しないようになります。

通常、既存のデザインに簡単に作り直すことができ、1つのコンポーネントにすぎないため、これらが気に入っています。


これは確かに電流を制限する斬新な方法ですが、OPは電圧低下を防ぐソリューションを望んでいました。
sherrellbc 14

おっと、私は最新のものでソートしていると思った。これが何年も前のものであることに気づかなかった。OPは、電源レールの電圧降下につながらないものを求めていました。彼はたるみについては何も言わなかった。さらに、「たるみ」はマイクロ秒の間のみ発生します(よりソフトスタート)。定常状態に達すると、5Vレールは数ミリボルト以上オフにならず、3V3レールは影響を受けません。
ACD 14

OPが電圧降下の制限について言っていることは、電流制限技術の直接的な結果であると解釈しました。あなたが提案しICLは現在の1Aを渡していた場合には、5Vがそれで降下されるだろう(すなわち、電圧サグ源は、静電容量を充電一瞬のように)。私はここで完全に間違っている可能性があります。おそらく、私は互換性のない用語を投げかけています。いずれにせよ、私はあなたのソリューションが好きです。
sherrellbc 14
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