¿Por qué es peligroso conectar / desconectar circuitos con la alimentación?

Los cables y las entradas actúan como inductores y capacitancias. A menudo, por razones de filtrado, también encontrará los componentes reales (inductores y condensadores) además de los elementos parásitos del sistema. Al enchufar o desenchufar un dispositivo, usted "golpea" un circuito resonante de tanque LC que causará cambios de voltaje y corriente más allá de los niveles de estado estable y que podría ser destructivo para componentes sensibles como microcontroladores o circuitos integrados de memoria.

Esto sucede como una respuesta escalonada al conectar y desconectar el enchufe. Al conectar (encender) el tanque resonante LC, oscilará hasta el doble del voltaje aplicado. Cuando lo desconecta, también puede recibir un pulso de marcha libre a partir de la energía estimulada en la inductancia. Para empeorar las cosas, conectar o desconectar un enchufe nunca es un evento limpio. Si observa de cerca con un osciloscopio, notará que cada conexión o desconexión consta de muchos pulsos rápidos, comparables pero a menudo mucho peores que el llamado rebote de un interruptor.

Hay un montón de notas de aplicación por ahí sobre la prevención de los circuitos de este tipo de daño de "conexión en caliente", por ejemplo, Linear's AN-88 , este diseño característica de LTC o esta app'note .

Este mecanismo es válido para los cables de alimentación y de datos.

Además, las entradas analógicas o digitales no protegidas pueden causar eventos de bloqueo si se conectan antes de que se conecten los cables de alimentación. Esto también puede causar daños permanentes.

Esto solo explica cómo se pueden producir daños en los componentes físicos. Además, el software que se necesita para establecer la comunicación a través de interfaces conectables en caliente debe ser capaz de reconocer y admitir la conexión en caliente sin quedar colgado.

Conectar y desconectar es un problema con los pines de alimentación, no con las líneas de datos. Los pines de alimentación transportan grandes corrientes, y no pueden ser optoacoplados de todos modos.

La corriente de arranque se controla al limitar la cantidad de capacitancia que se puede colocar a través de las líneas eléctricas. La especificación de USB dice que no más de 10 µF entre VBUS y GND. Consulte la sección 7.2.4.1 Inrush Current Limiting de la especificación de USB .

  

Cuando una función o hub está conectado a la red, tiene una cierta cantidad de capacitancia a bordo entre   VBUS y tierra. Además, el regulador en el dispositivo puede suministrar corriente a su capacidad de derivación de salida   Y a la función tan pronto como se aplique potencia. En consecuencia, si no se toman medidas para prevenirlo, podría   puede producirse una oleada de corriente en el dispositivo que podría empujar el VBUS en el hub por debajo de su nivel operativo mínimo.   Las corrientes de arranque también pueden ocurrir cuando una función de alta potencia se cambia a su modo de alta potencia. Este problema   debe resolverse limitando la corriente de entrada y proporcionando suficiente capacitancia en cada concentrador para evitar la   La alimentación suministrada a los otros puertos se saldrá de tolerancia. Una motivación adicional para limitar la irrupción   la corriente es minimizar el arco de contacto, prolongando así la vida de contacto del conector.

También hay un mínimo de 1 µF de capacidad para suprimir los efectos de la separación. La desconexión puede causar un pico de voltaje debido a la inductancia del cable, pero no se considera dañino. Consulte 7.2.4.2 Detección dinámica de la especificación de USB:

  

Cuando un dispositivo se desconecta de la red y la energía fluye en el cable, la inductancia del cable   provocará un gran voltaje de retorno en el extremo abierto del cable del dispositivo. Este voltaje de retorno no es   destructivo. Las medidas de bypass adecuadas en los puertos del concentrador suprimirán cualquier ruido acoplado [de un dispositivo USB a otro]. El rango de frecuencia de   este ruido es inversamente dependiente de la longitud del cable, hasta un máximo de 60 MHz para un cable de un metro.   Esto requerirá un poco de capacitancia, muy baja capacidad de derivación de los condensadores en cada conector de puerto de hub. los   El voltaje de retorno y el ruido que genera también están moderados por la capacitancia de derivación en el extremo del dispositivo del dispositivo.   cable. Además, debe haber alguna capacitancia mínima en el extremo del dispositivo del cable para garantizar que el retorno inductivo en el extremo abierto del cable no haga que la tensión en el extremo del dispositivo invierta la polaridad.   Se recomienda un mínimo de 1.0 μF para el bypass a través de VBUS.

No estoy familiarizado con el término "desacoplamiento de optrones", pero sugeriría algunas razones por las que, en general, la conexión y desconexión de dispositivos en vivo es problemática:

1. Algunos dispositivos pueden estar descontentos si se realizan ciertas combinaciones de conexiones, pero otras no. Por ejemplo, un dispositivo que tiene alimentación, conexión a tierra y entrada de datos, puede generar una cantidad significativa de corriente en la línea de datos si la alimentación y los datos están conectados, pero la conexión a tierra no. Con algunos diseños de conectores, tales combinaciones de conexiones pueden ocurrir, especialmente si la conexión no se inserta o se elimina perfectamente en forma recta.
2. Muchos dispositivos pueden comportarse de forma extraña durante el encendido. Si todo el sistema se enciende al mismo tiempo, todo se puede reiniciar hasta que las cosas se estabilicen. Si un dispositivo recién conectado emite basura aleatoria durante un tiempo al inicio, el resto del sistema puede interpretar esa basura como datos reales.
3. Algunas placas tienen circuitos que no consumen casi corriente cuando el VDD cae a un voltio o menos. Apagar el dispositivo principal con una tarjeta de este tipo enchufada puede descargar completamente las tapas de almacenamiento (ya que el dispositivo principal puede generar corriente cuando el VDD se reduce a un voltio, incluso si no hay nada en la tarjeta enchufable). Si dicha placa se desenchufa y se vuelve a enchufar, es posible que el VDD no llegue a tierra y, por lo tanto, no se reinicie correctamente cuando se vuelva a insertar.

Es posible diseñar dispositivos, por lo que la conexión en caliente "por lo general" será segura, y es posible agregar varias cantidades de protección para que sea incondicionalmente segura, pero en ausencia de un diseño específico para la conexión en caliente, se debe cuidado.