Lösung zur Anpassung an USB-Stromverbrauchsgrenzen?

Fazit: Ich baue einen USB-betriebenen Li-Ionen-Ladekreis auf und möchte natürlich den maximal möglichen Ladestrom situativ ziehen - aber ich möchte auch sicherstellen, dass ich bei der Stromaufnahme nicht gegen die USB-Spezifikation verstoße. Während ich in der Lage war, eine / zwei der USB-Bedingungen einzeln zu erfüllen, habe ich ein wenig Probleme, mir eine clevere Möglichkeit auszudenken, um sie alle zu erfüllen. Hier ist was passiert ...

Die folgenden vier USB-Spezifikationsregeln (drei in Bezug auf maximale Stromaufnahme und eine in Bezug auf Einschaltstrombegrenzung) beziehen sich auf meine spezielle Situation: (Hinweis: In diesem Diagramm werden verschiedene Zeitstufen angezeigt. :)

Die gute Nachricht ist ...

Ich verwende zufällig einen FTDI-USB-UART-IC, den FT232R ( Datenblatt ), der sich um die Aufzählung kümmert und über Ausgänge verfügt, die den Aufzählungsstatus und den Standby-Status anzeigen. Dies ist hilfreich, um festzulegen, wann welcher Strompegel entnommen werden soll.

Hilfreich ist auch, dass ich einen Li-Ionen-Ladegerät-IC verwende, den MCP73871 ( Datenblatt ), der über einen ChargeEnable-Pin sowie einen Prog2-Pin und einen Prog1-Pin verfügt, mit denen Ladestrombegrenzungen festgelegt werden können.

Die Funktionen dieser nützlichen Pins für beide obigen ICs sind in meinem (groben) versuchten Layout unten zusammengefasst. Es ist noch nicht vollständig, wie die Fragezeichen bei bestimmten Verbindungen anzeigen:

Mein Layout

Angaben zur Stromaufnahme

Abschließend finden Sie hier die Angaben zur Stromaufnahme in der jeweiligen Situation für die beiden ICs. Natürlich müssen diese Stromaufnahmen auch in die Stromaufnahmegrenzen von 0,5 / 100/500 mA an der USB-Versorgung einbezogen werden:

FRAGE: Es scheint eine Lösung zu geben, mein Layout so anzupassen, dass alle vier Regeln / Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, aber ich sehe es nicht. Irgendwelche Ideen?

Wie Sie bereits in meinem Layout gesehen haben, habe ich eine nicht angeschlossene Schaltung (RC-Kombination auf dem MOSFET) für das Softstartproblem eingerichtet. und ich habe den Grenzwert-Einstellwiderstand auf dem PROG1-Pin, der möglicherweise als Teil eines Teilers zum teilweisen Lösen des 500-mA-vs-100-mA-vs-0,5-mA-Problems verwendet werden könnte (teilweise basierend auf der FTDI-Strategie in diesem App-Hinweis ). Aber das ist so weit, wie ich erreichen konnte.

"Das MCP73871-Gerät hält sich ausdrücklich an die in der USB-Spezifikation festgelegten Strombegrenzungen." -MCP73871

Sie müssen derzeit nichts begrenzen. Ihre MOSFET-Lösung ist nur nützlich, um den Einschaltstrom aufgrund einer kapazitiven Last zu begrenzen, aber Ihr VDD-Pin ist nicht kapazitiv und diese Schaltkreisbegrenzung ist nicht aktiv, wenn er bereits eingeschaltet ist. Sie müssen lediglich herausfinden, wie Sie mit #PWREN und #SLEEP unterschiedliche Widerstandswerte umschalten können. Das MCP73871 erledigt den Rest.

1. Haken Sie einfach #SLEEP auf #CE, um sich um "Standby" zu kümmern.
2. Fügen Sie einen Wechselrichter zwischen #PWREN und # PROG2 hinzu, stellen Sie jedoch sicher, dass der Wechselrichterausgang standardmäßig auf LOW gesetzt ist.
3. Platzieren Sie ein 2.2k-Pulldown auf # PROG1

Hinweis: Stellen Sie sicher, dass Sie R1 haben, da #PWREN hoch fahren wird und Sie den Strom in den NPN begrenzen müssen.

Vielleicht wäre hier ein Reset-Controller hilfreich; Verbinden Sie den Ausgang zum Starten mit dem RC-Netzwerk. Dann nehmen Sie SLEEP, invertieren es und es mit dem Reset-Signal und speisen es an CE. Erstellen Sie für PWREN einen Spannungsteiler bei ca. 1,5 V. Führen Sie es durch einen invertierenden Komparator gegen 1V und speisen Sie das zu PROG2.