Warum explodiert das Hot-Plug-Verfahren und wie kann es verhindert werden?

Ich habe den sehr dummen Fehler gemacht, Dinge heiß anzuschließen. Mein Problem ist, dass ich es eilig habe und es für mich so einfach ist, zu vergessen, dass ich das Arduino oder einen anderen teuren IC oder Hardware angeschlossen habe.

Heute habe ich den PWM-Eingang meines ESC an meinen digitalen Arduino-Pin angeschlossen. Ich sah den magischen Rauch entweichen. Tschüss, eine Gruppe von digitalen Pins! Ich hasse mich jetzt.

Warum mögen Dinge nicht, heiß gesteckt zu werden?

Gibt es eine einfache Möglichkeit, mich davor zu schützen?

Zusätzlich zu diesen bereits erwähnten Effekten können zwei weitere sehr empfindliche Schaltkreise stören:

- Geschirmte Kabel und Koaxialkabel sind Kondensatoren, die eine Ladung aufnehmen können. Diese Ladung kann als Signal fehlinterpretiert werden und unerwünschte Zustandsänderungen (z. B. Prozessorabsturz) oder sogar ...

-Latchup. Bei eingeschaltetem IC können einige Arten von ungeschützten CMOS-Eingängen selbst für Mikrosekunden keine Spannung über der Versorgungsspannung aushalten, da dies einen positiven Rückkopplungseffekt auslöst (das gesamte Gerät sieht plötzlich wie ein Thyristor aus, an dem diese Spannungen anliegen) und das Gerät in einem abgestürzt sind oder sogar als Kurzschluss über die Versorgungsschienen wirken.

Beachten Sie, dass die beiden Stifte auf beiden Seiten länger und die beiden in der Mitte kürzer sind. Dies stellt sicher, dass die Verbindungen in der richtigen Reihenfolge hergestellt werden (und auch beim Abziehen in der richtigen Reihenfolge unterbrochen werden).

Wenn der Stecker nicht für das Hot-Plugging ausgelegt ist, gibt es keine solche Garantie.

Die Reihenfolge, die Sie wünschen, ist:

• Erstens Ground / Schild.

Dies stellt sicher, dass beide Seiten sich auf "0 V" einigen und dass statische Elektrizität sicher abgeleitet wird. Manchmal ist ein kleiner Funke sichtbar. Sie möchten nicht zuerst die ESD-empfindlichen Stifte anschließen!

• Zweitens Stromversorgung.

• Drittens Signale

Ordnung ist sehr wichtig. Sie möchten wirklich vermeiden, Spannung an die Signalstifte eines nicht mit Strom versorgten Chips anzulegen, da dann Strom durch die ESD-Schutzdioden fließt und der Chip über seine E / A-Stifte mit Strom versorgt wird. Dies kann den Chip beschädigen.

Wenn die Masse zuletzt angeschlossen wird, fungieren die Signalleitungen stattdessen als Masse und es fließt Strom in ihnen. Wenn das Gerät 3V3-Chips enthält, die von einem LDO von +5 V über USB mit Strom versorgt werden, und keine Erdung vorhanden ist, wer weiß, wie die Spannungen im Gerät sein werden?

Ein hervorragendes Beispiel dafür, wie man es NICHT macht, sind Audio-Cinch-Anschlüsse.

Beachten Sie, wie der Tipp zuerst Kontakt aufnimmt. Ich bin mir sicher, dass Sie das schon einmal gemacht haben. Die Lautsprecher geben ein sehr lautes Summen von sich, bis die Erdung angeschlossen ist.

warum mögen Dinge nicht, heiß gesteckt zu werden?

Das liegt daran, dass die Stifte in der falschen Reihenfolge verbunden sind.

Da Sie einen ESC erwähnen, haben Sie vermutlich Spannungen und Ströme, die groß genug sind, um einige Chips zu braten. In diesem Fall kann es wirklich weh tun, den Boden nicht zuerst anzuschließen ...

Gibt es eine einfache Möglichkeit, mich gegen diese zu schützen?

Verwenden Sie einen Hotplug-sicheren Anschluss. Wenn es nicht die Stromversorgung, sondern nur Signale und Masse führt, könnten Sie stattdessen mit Widerständen mit großem Wert auf den Signalleitungen davonkommen ... aber es ist ein Hack.

Leider sind diese Anschlüsse sehr selten. Header, wie sie bei Arduino's verwendet werden, sind so konzipiert, dass sie Teil eines fertigen Produkts sind, das nur während der Herstellung eingesteckt wird. Sie sind daher nicht hotplugsicher.

Hotplug-sichere Anschlüsse sind für die üblichen Standards (USB, HDMI, was auch immer) verfügbar, dies ist jedoch nicht das, was Sie für Ihre Anwendung benötigen.

Also, ich schätze, du steckst fest, machst es vorsichtig und schaltest es aus, bevor du mit der Schaltung herumspielst ...

Das Austauschen im laufenden Betrieb ist aus mehreren Gründen schlecht:
1) Wenn Sie den Vcc anschließen, bevor der Erdstrom auf anormale Weise in Ihren Stromkreis fließen kann. Wenn beispielsweise Vcc und ein digitaler oder analoger Pin vor Masse angeschlossen sind, kann Strom in Vcc und aus dem Pin fließen, wodurch dieser Pin möglicherweise kurzgeschlossen und dieser Teil des Stromkreises durchgebrannt wird.

2) Kann zu einem Spannungsabfall auf einem Systembus oder einem Netzteil führen.

3) Beim Trennen können Induktivitäten im Stromkreis oder in den Kabeln hohe Spannungen aufweisen, wenn sie getrennt werden.

(Ich hatte ein Kabel, das in einem Produkt, das Servicemitarbeiter bei einem Unfall im laufenden Betrieb austauschen würden, nicht im laufenden Betrieb austauschbar war. Wegen der gegenseitigen Induktivität im Kabel (und wegen eines falschen Kabeldesigns mit geraden Drähten, die einen Meter lang nebeneinander verlaufen) ) es würde die digitalen Treiber auf beiden Seiten des Kabels ausblasen. Bei weiterer Überprüfung wurde festgestellt, dass eine digitale CMOS-Leitung auf 7 V ansteigen würde, wenn das Kabel abgetrennt würde!)

Ich habe auch große Erfolge bei der Umsetzung der beiden folgenden Strategien erzielt. Eine Sache, die Sie im Design tun können, wenn Sie Ihr eigenes Hot-Swap-System rollen und einen Standardstecker finden (ich habe sca2 für meinen Bus verwendet, aber Sie könnten sata oder einen anderen Industriestandardstecker verwenden, stellen Sie einfach sicher, dass die Leute verstehen, dass sie nicht stecken können andere Sachen hinein).

Vorladeschaltung:

Ein langer Stift und ein Strombegrenzungswiderstand können verwendet werden, um den Einschaltstrom zu einem Gerät zu begrenzen. Der lange Stift passt zuerst; Die Strombegrenzung muss so eingestellt werden, dass die Stromschienen des Hostsystems innerhalb der Spezifikation bleiben, das Gerät sich jedoch ausreichend auflädt, bevor die Strom- und Signalstifte eine Verbindung herstellen. Bei der Auswahl eines Werts für den Vorladewiderstand ist Vorsicht geboten. In den folgenden Szenarien treten häufig Probleme auf: Wenn der Wert für den Vorladewiderstand zu klein ist, zieht das Gerät beim Einsetzen immer noch zu viel Strom, wodurch die Stromschienen des Systems abfallen außer Kontrolle geraten.

Hot-Swap-Controller

Ein Hot-Swap-Controller-IC steuert den Einschaltstrom für ein Gerät. Hot-Swap-Controller enthalten normalerweise eine elektronische Sicherung, und bei Hochstromanwendungen kann es schwierig sein, zwischen Einschaltstrom und Kurzschluss zu unterscheiden. Die Komponenten sind teurer als Vorladewiderstände, und in einigen Fällen kann die Verwendung von aktiveren Komponenten im System zu Zuverlässigkeitsproblemen führen.

Bild- und Textquelle: Überlegungen zum Entwurf für Hot-Swap

Es hängt wirklich von der Schaltung und in einigen Fällen vom Stecker ab.

Wenn Sie eine Verbindung trennen oder herstellen, werden nicht alle Verbindungen gleichzeitig hergestellt. Das bedeutet, dass während des Vorgangs ein unvorhersehbarer Verbindungsstatus vorliegt. Einige dieser Verbindungen können große Spannungen oder Ströme erzeugen, wenn Sie dies wirklich nicht möchten. Schlimmer noch, die Anschlüsse sind in der Regel eng, was bedeutet, dass der Benutzer sie herumwirbelt, um sie auseinanderzubringen, was zu noch mehr zufälligen Marken und Brüchen im Prozess führt.

Einige Steckverbinder, wie z. B. Kartenrandsteckverbinder, sind auch dafür berüchtigt, benachbarte Stifte beim Einsetzen oder Entfernen kurzzuschließen, bevor sie richtig zusammenpassen. Man sollte niemals daran denken, einen dieser Stecker in heißem Zustand anzuschließen oder abzuziehen.

Wenn es nicht wichtig ist, was gerade getrennt wird, beispielsweise einen zweipoligen Stecker, der mit einem einfachen Pull-Up-Pull-Down-Laufwerk an eine LED geht, passiert nichts Schlimmes, vorausgesetzt, Sie zappen nicht mit ESD. Aber die meisten Dinge sind nicht so robust.

Natürlich können Sie Dinge so entwerfen, dass sie Hot-Plug-fähig sind, aber das ist kompliziert und teuer und für den größten Teil der Lebensdauer des Produkts nicht funktionsfähig. Es ist schwer zu rechtfertigen, wenn es sich nicht um eine bestimmte Designanforderung handelt.

Abgesehen davon sollten Systeme immer so ausgelegt sein, dass der Ausgang B nicht in einen von diesem Sensor abhängigen Zustand wechselt, wenn das Gerät eingeschaltet wird, wenn Sensor A nicht angeschlossen ist. Wenn der Verlust dieses Sensors einen Ausfall oder eine Gefahr verursacht, müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um diesen Verlust zu erkennen und ordnungsgemäß in einen sicheren Zustand überzugehen.

Aber im Allgemeinen, es sei denn, Sie wissen WIRKLICH, was passieren KÖNNTE, nicht hot plug!