Conectores PCB seguros de conexión en caliente

Estoy buscando una prueba idiota de algunos conectores que uso, que no están destinados a ser conectados en caliente, pero por supuesto que lo son.

El caso problemático típico es con un conector estándar de 4 polos que uso donde los pines son:

  1. 20V
  2. TIERRA
  3. SDA (I2C)
  4. SCL (I2C)

Estoy usando un conector JST de 2 mm de paso, 4 polos (B4B-PH-KS), donde todos los pines tienen la misma longitud, por lo que no hay certeza en el orden de conexión, por lo tanto, los problemas de conexión en caliente.

No tengo problemas con estos conectores cuando están conectados/desconectados de forma segura del sistema cuando está apagado. Pero han fallado constantemente durante el intercambio en caliente no intencionado.

Sé que muchas interfaces de conexión en caliente comunes (como USB) tienen pines de alimentación extendidos para garantizar el orden de contacto de los pines, a fin de evitar daños.ingrese la descripción de la imagen aquí

Supongo que mi pregunta es, ¿hay algún factor de forma pequeño y de bajo costo, similar al conector JST que estoy usando que tenga este tipo de característica?

¡Otras ideas sobre soluciones también son bienvenidas!

conectores sata
¿Ha considerado aplicar alguna cinta conductora u otra carcasa metálica alrededor del conector? Esto apoyaría el refuerzo negativo al proporcionar una descarga leve a cualquiera que intente quitar el conector mientras la unidad está encendida.

Respuestas (2)

Hay algunas formas de intercambio en caliente:

1) Use un conector que conecte la tierra primero y la energía al final. Los conectores de intercambio en caliente realmente buenos tienen un pin más corto para que pueda conectar una resistencia a la alimentación primero y dejar que el riel "suba" al voltaje con un limitador de corriente antes de que se acoplen los otros pines de alimentación.

2) Use un fusible electrónico o mosfet para subir el riel

3) Tal vez coloque un inductor en serie en el riel de alimentación que evitaría las corrientes de entrada (esto puede tener consecuencias no deseadas, por lo que puede que no sea posible con el resto de su diseño).

4) Eventualmente utilizar aislamiento o un buffer con protección para las líneas digitales.

El problema en la situación de los OP es que tiene una línea de alimentación de 20 V. Si el pin de alimentación de 20 V se acopla y una o ambas líneas de datos se acoplan antes de que se conecte la línea de tierra, es probable que sucedan cosas malas.
Parte del problema es cuando cambias en caliente y la energía se conecta antes que la tierra, elige una ruta alternativa y, a veces, puede pasar por una línea diferente con un voltaje inesperado. Es por eso que necesitarías proteger las líneas digitales. Me encontré con el mismo problema con las líneas SPI y un riel de 15 V, pero parte del problema era que las líneas digitales se estaban apagando. Si almacena y protege las líneas digitales en el otro extremo (con diodos y un búfer, o un búfer que puede manejar un voltaje más alto, algunos van a 7V), eso puede resolver el problema. La ruta que tomé fue la protección digital en ambos extremos.

Desafortunadamente, no conozco ningún conector de estilo de encabezado de PCB con la función que desea (no significa que no existan).

El mayor problema que veo con su diseño es lo que sucede si la alimentación y una de las líneas IO se conectan, pero la línea de tierra no. En ese caso, el dispositivo de consumo alimentado se alimentará a través de las líneas lógicas, exponiéndolos potencialmente a tensiones y/o corrientes no deseadas.

Otras ideas sobre soluciones también son bienvenidas.

Dos técnicas que consideraría para reducir el riesgo.

  1. Agregue algunos diodos de protección, diodos Schotky de las líneas de E/S a la línea de alimentación lógica y tierra y luego un diodo Zener a través de la línea de alimentación lógica. SI sus tiempos/márgenes de voltaje pueden tolerarlo, también considere las resistencias limitadoras de corriente en línea.
  2. Agregue más clavijas de conexión a tierra, una clavija de conexión a tierra en cada extremo del conector aumentará drásticamente la probabilidad de que al menos una conexión a tierra se conecte primero.
Hola, gracias por la sugerencia, tengo curiosidad acerca de la solución 1. Tengo problemas para convencerme de que esto protegería contra daños en los circuitos integrados lógicos 3V3. Suponiendo que la configuración esclava típica tiene un regulador de 20V -> 3V3, alimentando un esclavo I2C conectado directamente a mi conector, ¿puede explicar cómo un diodo Schotky de SDA/SCL a 20V protege estas entradas? Realmente interesado en este tipo de solución.
Lo siento si no fui claro, los diodos de protección van hacia/a través del riel de alimentación lógica, no del riel de alimentación de 20 V.
Estoy viendo una parte que estoy usando actualmente para protección ESD en líneas USB: USBLC6-2SC6 Lo conectaría a GND, 3V3, SDA, SCL. Con 3V3 siendo regulado a bordo desde la entrada de 20V. Suponiendo que el desglose de zener de USBLC6-2SC6 es lo suficientemente bajo como para mantenerse dentro de los valores máximos absolutos de los circuitos integrados, ¿espera algún problema? ¡Agradezco las sugerencias!
Como actualización para cualquier persona interesada: intenté usar USBLC6-2SC6 como protección en un sistema de 5V, con un IC tanto en el maestro como en el esclavo cerca del conector. Conecté la conexión en caliente varias veces y rápidamente vi fallas en mis dos pruebas. Parece que esta solución particular no resolvió mi problema. Actualizaré si se encuentra y prueba una solución.
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