¿Cómo limitar la corriente de entrada?

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

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

¿Es suficiente poner una perla de ferrita en serie con un interruptor MOSFET para limitar la corriente de entrada? ¿O debería usar chips especiales, como chips para limitar la corriente o chips para controlar la velocidad de giro?

Nota: todos los dispositivos funcionan con 3,3 V. Por lo tanto, una pequeña caída en el riel de 5V no debería ser un problema si no evita que un LDO genere una salida estable de 3.3V.

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 un proyecto con varios cientos de uF en los rieles USB, sin ningún efecto negativo.
@Nombre falso. Los PTC son lentos y, de acuerdo, no se disparan debido a picos 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 los 10 uF en paralelo con 44 ohmios.
Mi computadora portátil ha mostrado errores de sobrecorriente y no funcionó con dispositivos con 47 uF en VBUS. Quédese con la especificación USB de <10 uF.
Supongo que la detección de corriente USB es bastante específica para la implementación/placa base. Si quiere estar seguro, coloque un concentrador USB alimentado en serie con su dispositivo. De esa manera, es mucho más difícil arruinar cualquier cosa en su computadora, incluso si algo sale mal.
He tenido problemas similares con los terminales USB en un PLC industrial de Beckhoff, que era muy quisquilloso y de hecho mostraba una advertencia en la pantalla cuando conectaba un concentrador USB sin alimentación y sin nada conectado (el concentrador en sí tenía demasiada capacitancia). FakeName tiene razón, es muy específico de implementación/placa base.
@ConnorWolf El límite de entrada no es para evitar daños a la computadora; es para prevenir la caída de voltaje que restablece otros dispositivos en el mismo bus y para aumentar la vida útil de los contactos del conector debido a la reducción de arcos.
@endolith - Buen punto.

Respuestas (3)

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

Acordado. 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 extrañas en la lógica de arranque que son difíciles de diagnosticar. Además, es posible que se necesite un diodo de apagado rápido en la resistencia (para apagar rápidamente el MOSFET).
Esta parece la mejor solución. De hecho, el circuito de arranque suave basado en MOSFET se muestra en las pautas de FTDI ftdichip.com/Documents/AppNotes/… . Gracias.
Cuando simulo este circuito, no hace mucho; Todavía recibo un pico de corriente de 18 A. El umbral típico de IRLML6402 es -0,55 V, por lo que se enciende con bastante rapidez. ¿Me estoy perdiendo de algo?
Parece que hay una versión mejor con un límite adicional a la entrada explicada aquí semianalog.com/articles/fet-inrush/fet-inrush.pdf (pero no lo he probado yo mismo)

El capítulo 11 de la especificación USB , Interoperabilidad y suministro de energía, establece límites bastante estrictos en el consumo de energía. La capacitancia citada allí es solo de 10 µF, para evitar demasiada caída de voltaje. Hay circuitos integrados especializados (como LM3525 ) para limitar la corriente y cambiar la alimentación, lo que podría ayudar, pero asegúrese de que el circuito detrás de él maneje correctamente el aumento lento de voltaje. Un detector de caídas de tensión puede ser suficiente, pero algunos dispositivos requieren muchos voltajes en órdenes específicos.

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

Las otras respuestas son buenas, pero si prefiere una solución de un componente, existen limitadores de corriente de entrada.

Los he usado antes para evitar que se quemen los fusibles al conectar la fuente de alimentación en caliente. Su funcionamiento es realmente sencillo. 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 estos porque generalmente son fáciles de volver a trabajar en diseños existentes y es solo un componente.

Esta es ciertamente una forma novedosa de limitar la corriente, pero el OP quería una solución que evitara una caída del voltaje.
Vaya, pensé que estaba ordenando por más reciente. No me di cuenta de que esto tenía años. OP quería algo que no provocara una caída de voltaje en los rieles de alimentación. No dijo nada sobre la flacidez. Además, el "hundimiento" solo ocurriría durante microsegundos (más bien un comienzo suave). Una vez que se alcanza el estado estacionario, el riel de 5V no se desviaría por más de un par de milivoltios, y el riel de 3V3 no se vería afectado.
Interpreté lo que decía el OP sobre limitar la caída de voltaje como algo que era una consecuencia directa de la técnica de limitación actual. Es decir, si la ICL que sugirió estaba pasando 1A de corriente, se caerían 5V a través de ella (es decir, la caída de tensión momentánea mientras la fuente carga la capacitancia). Sin embargo, podría estar completamente equivocado aquí. Quizás estoy lanzando términos que no son intercambiables. De cualquier manera, me gusta tu solución.
¿Cómo limitar la corriente de entrada?
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