Alimentazione USB: le basi


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Sono nuovo nel progettare qualcosa da alimentare tramite USB. Idealmente, può essere collegato a un adattatore a una presa a muro del Regno Unito o a una porta USB alimentata su un altro dispositivo. Ho progettato il circuito utilizzando Kicad ma non ho mai alimentato un dispositivo tramite USB.

È semplicemente collegando V + ai bit che necessitano di alimentazione, terra ai bit che richiedono terra e un connettore del condensatore 1uF tra i due (in tal caso, in che modo dovrebbero essere collegati)? O è selvaggiamente sbagliato? Non ho bisogno di alcun trasferimento di dati su D + e D- sono stati lasciati aperti. Devono essere collegati a terra con resistenze pull down o altro? Mi piacerebbe farlo bene, così posso farlo durante la progettazione di altri prodotti.

Sto alimentando un attiny e alcuni LED da 5 mm


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Non è tecnicamente corretto secondo le specifiche USB, ma ci sono 100000000 di dispositivi là fuori che fanno proprio questo. Finché non provi a disegnare troppa corrente, starai bene.
brhans,

Per quanto riguarda il condensatore: se il tuo circuito non si preoccupa davvero di un'alimentazione stabile o fa la propria regolazione di tensione, puoi lasciarlo fuori (o sostituirlo con il condensatore raccomandato nel foglio dati del tuo regolatore di tensione). Per i condensatori ceramici (più comuni nella gamma 1μF) la polarità non ha importanza, per tantalio o elettrolita il lato + è generalmente contrassegnato.
Michael,

Se non puoi permetterti la negoziazione del bus USB, non scegliere la presa USB. E 'così semplice.
Agent_L

Risposte:


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I dispositivi USB possono assorbire fino a 100 mA per eseguire la negoziazione iniziale, chiamata enumerazione , con l'host. Durante questo processo possono richiedere fino a 500 mA. L'host decide quindi se concedere la potenza aggiuntiva o spegnere il dispositivo.

In alcuni casi l'host può dire a un dispositivo di passare alla modalità di sospensione a basso consumo.

La maggior parte dei computer alimentati a parete collega semplicemente l'alimentazione USB alla loro alimentazione a 5 V tramite un polifusibile e non tenta di controllare o addirittura monitorare la corrente. I dispositivi a batteria spesso gestiscono con cura l'alimentazione USB. È quindi possibile cavarsela semplicemente attingendo energia senza chiedere quando è collegato a un computer desktop, ma forse non quando è collegato a un computer portatile.

Ovviamente, questo è tutto nelle specifiche USB.


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È ancora corretto per USB3 +?
AndrejaKo

Non è possibile collegare oggetti alla porta USB danneggiando il computer se consuma troppa energia o in qualche modo pantaloncini. Ho rovinato un computer dagli esperimenti USB ... ma forse è diverso.
Evan Carslake,

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@EvanCarslake sì, ma è anche colpa del computer a cui lo hai collegato: si suppone che abbiano fusibili auto ripristinanti sulle linee di alimentazione USB proprio per questo motivo. Ma alcuni produttori tagliano gli angoli.
Concedi il

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Dipende da quanta potenza hai bisogno. Per impostazione predefinita, si ottiene la modalità a basso consumo, che può erogare fino a 100 mA, che è sufficiente per molte cose. È possibile ottenere fino a 500 mA se si negozia la modalità ad alta potenza con l'host. Questo è stato trattato in altre domande .


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Come altri hanno già affermato, è possibile quasi sempre prelevare 100 mA da qualsiasi host USB.

Se desideri / hai bisogno di più energia di quella (senza violare le specifiche USB e creare qualcosa che potrebbe potenzialmente danneggiare i tuoi dispositivi host), puoi:

  1. Collegare un pin MCU / CPU ai pin dati, in modo da poter negoziare tassi di ricarica più elevati con l'host

o

  1. Senti attivamente i pin D + / D-. Quando sono collegati a un caricabatterie (conforme alle specifiche), i pin D + / D- sono messi in cortocircuito nel caricabatterie, in modo che il dispositivo possa sapere che è "autorizzato" a prendere energia ad alta velocità senza negoziazione. Quando sono collegati a un host, questi pin non verranno messi in corto circuito, quindi il dispositivo dovrà limitarsi a un assorbimento di 100 mA.

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C'è la teoria e c'è la pratica.

La teoria è che prima dell'enumerazione ti è permesso disegnare solo 100ma. Inoltre, ci sono limiti di tempo dopo i quali se l'enumerazione fallisce, è necessario scendere a uno stato di alimentazione molto basso. Le verruche da parete USB (specifiche "carica batteria") mettono in corto circuito le linee D + e D per indicare che non sono un normale host USB.

La pratica è che gli host (anche i laptop) normalmente hanno solo una corrente muta che limita con un theshold fisso. Quindi, se non ti interessa ottenere la certificazione del tuo dispositivo conforme a USB, puoi semplicemente disegnare 500ma (o anche leggermente di più) immediatamente e funzionerà bene con la stragrande maggioranza degli host.


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Credo che i dispositivi USB 3.0 possano assorbire fino a 1000 mA, a condizione che l'host lo consenta.


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Questo è solo dopo l'inizializzazione e la negoziazione riuscita tra host e client. Non ricordo esattamente l'importo, ma senza inizializzazione, è consentito solo un tasso di prelievo molto basso. Qualcosa come 100mA, IIRC
Robherc KV5ROB

@ RobhercKV5ROB grazie per il commento, sono nuovo di questo sito.
Jake Psimos,

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Resta uguale o inferiore a 100 mA e non devi preoccuparti dell'enumerazione. Se stai costruendo una tantum, non mi preoccuperei di tirare fino a 500 mA, anche senza enumerazione. Se stai costruendo un prodotto, lancia un MCU da 50 centesimi per elencare l'autobus e chiedere più corrente.

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