¿Por qué se usa un divisor de resistencia en la puerta del MOSFET del canal P del circuito de la ruta de alimentación USB discreta?

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Noté este circuito de ruta de alimentación discreta en el diseño del ESP32-A1S Kit de desarrollo de audio Wi-Fi + BT :

Losiento,perodesafortunadamenteningunodelosdesignadoresestánumeradoylosresistoresnotienenvalores.MetomélalibertaddenumerarlosD1,Q1,R1yR2.TambiénheindicadoexplícitamenteeldiododelcuerpodeQ1(comoseindicaen@Damien).

EntiendoeltrabajodeD1,Q1yR2.CuandosedesconectaelUSB,lacorrienteprovienedeVBATaVCC5VatravésdeldiododelcuerpodeQ1.R2tiradelacompuertadeQ1a0VyQ1seenciendedemodoquehayunacaídadevoltajemuchomenorqueladeldiododelcuerpodeQ1(a.k.a."función de diodo ideal"). Cuando el USB está conectado, Q1 está apagado y VBUS suministra corriente a VCC5V a través de D1 (con una caída de voltaje del diodo regular). La ruta de acceso preferida es a través de D1, porque VBUS > = 4.4V y VBAT < = 4.2V.

Actualización: Aquí está el diseño que utilicé (he indicado los rangos de voltaje normales de + 5V_USB y + VBAT; se muestran explícitamente la puerta, la fuente y el drenaje del MOSFET):

Los diseños que he visto y usado no tienen R1 (R1 = 0 Ohm). Debe haber una buena razón por la que incluyen R1. ¿Alguien puede ofrecer una explicación y qué valores de resistencia son buenos?

Actualización: Gracias @Cristobol por señalar los picos de voltaje (por ejemplo, ESD) en VBUS / + 5V_USB. Un resistor de bajo valor para R1 (por ejemplo, 1k) ofrecerá cierta protección para Q1 con Vgs_max = + -8V (por supuesto, solo si Q1 tiene un zener interno conectado entre la Puerta y la Fuente para proteger la Puerta).

Actualización: Gracias @Dorian ! Creo que tu respuesta es excelente! Un divisor de resistencia evita una caída transitoria en VCC5V durante el tiempo que se desconecta el USB y VBUS (batería) debe tomar el control y suministrar corriente.

    
pregunta Pieter Conradie

3 respuestas

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Mientras que VBUS cae de 5V a 0, Q1 se abrirá hasta tarde en VBUS por debajo de 3.3V (dado un voltaje de umbral de puerta de 0.7V) y VCC5V tendrá una caída a.

R1 y R2 crean un divisor que eleva el voltaje de umbral VBUS alrededor de 4V.

Es cierto, ya que Damien notó que es un error de diseño que el diodo inverso Q1 podría causar problemas si VBUS está demasiado alto o la batería está muy descargada.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Vea aquí los resultados de la simulación para R1 = 0 (VBUS en el eje X, corriente de la batería y voltaje de carga en el eje Y), el voltaje de carga cae a 2.8V, mientras que VBUS va de 0 a 5.2V

yenlamismasimulaciónconR1=15Kohm,latensióndecargaesconstantehastaqueD1realizalaconducción.

    
respondido por el Dorian
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Entiendo el trabajo de D1, Q1 y R2. Cuando se desconecta el USB, R2 tira de la compuerta de Q1 a 0V y Q1 se enciende para que VBAT.

En realidad no es el caso. VBat siempre suministra el VCC5V debido al diodo de protección en Q1, la única diferencia es que cuando se tira hacia abajo, tendrá menos pérdidas, ya que el mos cambiará.

Supuestamente se supone que funciona así: Como la batería es de 3.7 V, cuando conecta el USB, R2 (0ohm) elevará la compuerta hasta 5 V y, por lo tanto, desconectará la batería del circuito si el umbral de la compuerta es inferior a 1.3 V, extrayendo la corriente del USB en lugar del batería.

Pero esta implementación es bastante extraña y si VUSB aumenta por alguna razón, o si la tensión de la batería disminuye, podría sobrecargar la batería y tener un buen incendio. También la tensión de umbral de la puerta varía mucho con la temperatura.

    
respondido por el Damien
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He visto este divisor utilizado anteriormente en los casos en que la tensión de la fuente de la puerta se excedería con una conexión directa. Parece un poco cauteloso para 5V, pero tal vez el FET tenga un diodo de protección desde la fuente hasta la puerta que proporcionaría una ruta desde VBUS directamente a la batería. También puede ser protección contra picos o ruido en VBUS. Por supuesto, puede ser que se haya copiado de un circuito de mayor voltaje. Mi dinero está en el diodo de protección.

    
respondido por el Cristobol Polychronopolis

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