Lasttrennung zwischen USB +5V und externen +5V. MOSFET

Felix N. schrieb:

Das ganze funktioniert auch Problemlos wenn da nicht die Body-Diode im MOSFET wäre. Die sorgt jetzt leider dafür das die +5V vom Step-Down Regler über die Diode in den USB Anschluss fließen können.

Zwei FETs hintereinander, in umgedrehter Richtung.

Oder einen integrierten Power-Mux, z.B. TPS2116.

Darf der LM2596 überhaupt +5V am Ausgang, wenn der Eingang 0V ist? Am einfachsten beide 5V Zweige über eine Doppelschottky koppeln, kostet aber 0,4V.

Clemens L. schrieb:

Zwei FETs hintereinander

Hallo Clemens,

Wenn ich jetzt noch ein P-Channel in umgedrehter Richtung dahinter schalte, wie schaut das dann mit der Ansteuerung aus? Das Gate muss ja negativer sein als Vgs(Gemessen zu Source) damit er durchschaltet. Muss ich das Signal dann nochmal invertieren?

Clemens L. schrieb:

TPS2116.

Der gefällt mir ganz gut für mein Anwendungsfall. Ich muss eh für dieses Projekt noch bei mouser bestellen dort gibt es den sogar recht preiswert und lieferbar.

Ich habe mir das Datenblatt von dem TPS mal eben angeschaut eine Sache die ich nicht verstehe ich das mit dem beiden Switchover modes. Er kann ja im Priority mode oder Manual mode betrieben werden. Steuern über ein I/O Pin will ich ihn ja gar nicht. Und der LM2596 sollte wenn verfügbar so oder so immer Priorität haben als der USB Port(Das ist ja auch jetzt schon so angedacht).

Wenn ich ihn jetzt in den Manual Mode packe steht im Datenblatt "External Bias > 1V" dann kann ich ihn via PR1 mittels High/Low umschalten. Kann den Mode pin dann einfach an +5V legen?

Wolf17 schrieb:

Darf der LM2596 überhaupt +5V am Ausgang, wenn der Eingang 0V ist?

Ich hab im Datenblatt des LM2596 nichts gefunden das dass zu Problem führen könnte.

Wolf17 schrieb:

Am einfachsten beide 5V Zweige über eine Doppelschottky koppeln, kostet aber 0,4V.

Ja und bei USB kann die Spannung ja auch schonmal unter 5V leicht liegen und der AMS1117 der die 3,3V für den ESP12 bereitstellt funktioniert ja nur bis 4,3V ist mir ein bisschen zu gefährlich.

Aber ich habe ja die einstellbare Variante von dem LM2596 ich könnte den ja anstatt auf 5V auf 5,5V einstellen und eine Schottky Diode am Ausgang schalten zB. V3PM6 die hält 3A aus und hätte ein Spannungsfall von 0,4-0,5V.

Die 5V gehen ja in den AMS1117 und in die MAX7219. Der MAX7219 darf bis 5,5V haben. Dann kann ich vor der Diode direkt am Schaltregler den PR1 Pin des TPS anschließen um umschalten auf den LM2596.

Ich habe mal ein Schaltplan mit dem TPS erstellt wie ich das mir jetzt vorstelle. Das dürfte doch so funktionieren? Bis auf den MODE pin da bin ich mir nicht ganz sicher :/

Oder muss ich +5V vom Regler und +5V vom USB über zwei Dioden jeweils an den MODE pin liegen. Die richtigen "+5V" sind ja hinterm TPS und ggf. erst verfügbar wenn der Pin richtig beschaltet ist?

Mfg

Felix N. schrieb:

Wenn ich jetzt noch ein P-Channel in umgedrehter Richtung dahinter schalte, wie schaut das dann mit der Ansteuerung aus? Das Gate muss ja negativer sein als Vgs(Gemessen zu Source) damit er durchschaltet. Muss ich das Signal dann nochmal invertieren?

Nein. Die Source beider FETs verbinden, und die Gates normal ansteuern.

Ich habe mir das Datenblatt von dem TPS mal eben angeschaut eine Sache die ich nicht verstehe ich das mit dem beiden Switchover modes. Er kann ja im Priority mode oder Manual mode betrieben werden. Steuern über ein I/O Pin will ich ihn ja gar nicht.

Also willst du Priority Mode; MODE = VIN1.

Wenn ich ihn jetzt in den Manual Mode packe

... dann verhält er sich nicht so, wie du willst.

Ich habe mal ein Schaltplan mit dem TPS erstellt wie ich das mir jetzt vorstelle. Das dürfte doch so funktionieren?

Mit dem TPS2116 brauchst du keine Diode an VIN1.

Clemens L. schrieb:

Nein. Die Source beider FETs verbinden, und die Gates normal ansteuern.

So wie auf dem angehängten Bild eingezeichnet? An sich bin ich mit der Lösung mit den FETs nicht mehr interessiert da der TPS Baustein für mein Problem genau die richtige Lösung im Verhältnis zu Anzahl an benötigen Bauteilen, aber dennoch interessiert mich wie das damit zu lösen gewesen wäre :)

Clemens L. schrieb:

Also willst du Priority Mode; MODE = VIN1.

Also ich habe mir das Datenblatt jetzt nochmal in Ruhe angeschaut. Ich werde den Priority Modus nehmen. Hab auch nochmal ein Bild angehängt. So sollte der TPS2116 so funktionieren wie ich mir das vorstelle.

Den PR1 Pin hab ich mit an den Feedbackpin des LM2596 gehängt. Im Spannungslosen zustand sollte der PR1 Pin über den 1k Widerstand auf GND gezogen werden und somit tritt VPR1 < VREF ein und Vout ist Vin2 welcher die 5V vom USB-Port sind. Vref vom TPS liegt um 1V der LM2596 hat ein Spannung von 1.23V am Feedback pin das reicht aus um auf VIN1 zuschalten. So kann ich mir die zwei Widerstände am PR1 Eingang sparen.

Und wenn man jetzt halt via USB das Gerät versorgt ohne Step-Down Wandler vorher sollte er beim Einschalten direkt auf VIN2 schalten oder?

Clemens L. schrieb:

Mit dem TPS2116 brauchst du keine Diode an VIN1.

Ja stimmt. Keine Ahnung warum ich die da mit eingezeichnet habe. Hab mich wohl vertan mit dem anderen Post.

Mfg

Felix N. schrieb:

Wenn ich jetzt noch ..

.. den Schaltplan des originalen Arduino-UNO angucke, kann ich die Lösung direkt von dem abmalen.

Felix N. schrieb:

Und wenn man jetzt halt via USB das Gerät versorgt ohne Step-Down Wandler vorher sollte er beim Einschalten direkt auf VIN2 schalten oder?

Genau.

Clemens L. schrieb:

Genau.

Okay alles klar. Danke dir vielmals.

Eine Frage hätte ich aber noch, was ich noch nicht so ganz verstanden habe im Datenblatt. Ggf. muss ich das ganze auch später mal testen wenn ich den Chip habe.

Auf der ersten Seite des Datenblatts steht: "Reverse Current Blocking when VOUT > VINx"

Das heißt doch das die Ausgangsspannung größer sein muss als die Eingangsspannung um mindestens 42mV(VRCB,R). Interessant wäre das ja für den Fall wenn USB und der Step-Down Wandler mit Strom versorgt werden und somit an beiden VIN pins +5V anliegt. Die Ausgangsspannung beim LM2596 ein bisschen anzuheben auf 5,1 oder 5,2V wäre kein Problem.

Doch was passt wenn der USB-Port mal ein guten Tag hat und statt 5V 5,2V rausgibt, was ja in den Specs für USB liegt? Dann würde doch wieder ein Strom rückwärts durch den TPS in den USB Port fließen wenn ich das Datenblatt da richtig verstehe. Normalerweise tritt dieser Fall nicht ein weil im regulären Betrieb entweder ein USB Netzteil mit 5V/3A verwendet wird oder ein 12V Steckernetzteil. Aber es könnte ja sein das man zum Konfigurieren oder Firmware Upgrade des ESP12s den USB Anschluss benutzt und normalerweise das Gerät via Steckernetzteil versorgt.

Der andere Parameter der mich so ein bisschen stuzig macht ist der: "Reverse current blocking activation current(IRCB)"

Welcher im Datenblatt mit 1,4A definiert. Heißt das dass erst 1,4A rückwärts fließen müssen bevor der TPS überhaupt eingreift und diesen Strom blockt? 1,4A wäre ja schon heftig. Zumindest verstehe ich den Graph im Datenblatt "Figure 7-1. Reverse Current Blocking Behavior" so oder ist als ODER bedingung zu verstehen das wenn der Strom rückwärts größer als 1,4A ODER die Ausgangsspannung größer als VRCB,R ist das der Schutz einsetzt?

Oder verstehe ich da irgendwas Grundsätzlich falsch?

Mfg

Ich hatte damals "ideale Dioden" (MAX40200) benutzt. Mit denen kann man die beiden Ausgansspannungen mit quasi keinem Spannungsdrop und quasi ohne Verlustleistung zusammen-"odern".

Intern sind es glaub ich einfach ebenfalls MOSFETs.

Die kleinen Max können aber nur 1A - gibt aber sicherlich auch dickere ähnliche Teile.

Ansonsten würden mir noch "Power-Path"-Schaltungen einfallen, die man oft zum Umschalten von Akku-Betrieb auf externe Spannung sieht.

Der zuvor genannte Power-MUX ist ziemlich cool!

Felix N. schrieb:

Die Ausgangsspannung beim LM2596 ein bisschen anzuheben auf 5,1 oder 5,2V wäre kein Problem.

Nein, dafür ist der Spannungsteiler an PR1 gedacht. Du kannst ihn so einstellen, dass nur dann auf VIN2 umgeschaltet wird, wenn VIN1 auf z.B. 4,5 V fällt.

Das heißt doch das die Ausgangsspannung größer sein muss als die Eingangsspannung um mindestens 42mV(VRCB,R).

Ja. Soweit ich das verstehe, ist das der Spannungsabfall über den MOSFET.

Der andere Parameter der mich so ein bisschen stuzig macht ist der: "Reverse current blocking activation current(IRCB)"

Welcher im Datenblatt mit 1,4A definiert. Heißt das dass erst 1,4A rückwärts fließen müssen bevor der TPS überhaupt eingreift und diesen Strom blockt?

Ja. (1,4 A × 37 mΩ ≈ 52 mV; weniger kann er nicht messen.)

Aber das passiert nur, wenn eine dritte Spannungsquelle den Ausgang anhebt. Es ist immer nur ein MOSFET aktiv.

Mampf F. schrieb:

Ich hatte damals "ideale Dioden" (MAX40200) benutzt. Mit denen kann man die beiden Ausgansspannungen mit quasi keinem Spannungsdrop und quasi ohne Verlustleistung zusammen-"odern".

Aber wenn beide Eingänge (fast) die selbe Spannung haben, sind beide aktiv, und die beiden Quellen miteinander verbunden.

Die kleinen Max können aber nur 1A - gibt aber sicherlich auch dickere ähnliche Teile.

Z.B. LM66100. Das ist die Ein-Kanal-Version des LM66200, der eine einfachere Version des TPS2116 ist.

Für noch größere Ströme gibt es Ideale-Dioden-Controller wie den LM74502, bei dem du dir beliebig dicke externe MOSFETs aussuchen darfst.

Clemens L. schrieb:

Nein, dafür ist der Spannungsteiler an PR1 gedacht.

Mit Anheben der Ausgangspannung des LM2596 auf 5,1V-5,2V meinte ich um die Bedingung "Reverse Current Blocking when VOUT > VINx" zu erfüllen.

Clemens L. schrieb:

Ja. Soweit ich das verstehe, ist das der Spannungsabfall über den MOSFET.

Ah ok. Ja das würde sinn machen, hatte mich eh schon gefragt wie er das genau feststellen will. Wobei der Spannungsabfall über den MOSFET ja auch von der Versorgungsspannung abhängig ist er hat ja schließlich je nach VIN immer ein leicht anderen Rds(on) Wert. Bei +5V VIN sind es ja 37mΩ. Dürfte aber kein so signifikanten Unterschied machen.

Clemens L. schrieb:

Aber das passiert nur, wenn eine dritte Spannungsquelle den Ausgang anhebt. Es ist immer nur ein MOSFET aktiv.

Ja gut das passiert in meinem Fall ja nicht. Dann dürfte ja eigentlich maximal wenn an beiden VIN pins +5V anliegt der "Reverse leakage current out of VINx(IREV)" maximal fließen welcher irgendwo weit im unteren uA Bereich ist.

Ich hatte ein Beitrag im TI Forum gefunden:

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/989934/tps2116-how-to-prevent-current-going-to-battery-from-main-voltage-source

Wo es auch um den TPS2116 geht eine "ähnliche" Anwendung wie in meinem Fall da ging es jetzt zwar darum das ein kleiner Strom(0.2uA) durch den TPS2116 zurück in eine Trockenzelle fließt. Aber das wäre ja in meinem Fall wo die Batterie der USB-Port ist egal, mit dem Strom wäre ich auf jeden Fall fine da sollte dem PC nichts passieren.

Ich werde das Bauteil mal mit bestellen auf der Platine ist es schon eingezeichnet. Ist ja recht erschwinglich vom Preis her und dann erstmal testen bevor ich die Platine selbst bestelle.

Mfg