Raspberry Pi Pico: Wechselnde Stromversorgung über VBUS und VSYS

Wenn du einen Raspberry Pi Pico per USB verbindest, wird er automatisch auch über die VUSB-Spannung versorgt. Wenn gleichzeitig eine externe Spannungsquelle an VSYS (1,8 bis 5,5 V) angeschlossen ist, dann können sich die beiden Spannungsquellen gegenseitig beeinflussen.

Was ist das Problem?

Wenn man den Raspberry Pi Pico zum Programmieren mit dem USB verbindet und gleichzeitig eine externe Versorgung an VSYS betreibt, dann werden dadurch die beiden Spannungsquellen parallel verbunden. **Ohne Schutzbeschaltung kann es zu unerwünschtem Stromfluss (Rückstrom, Backfeeding) zwischen den beiden Spannungsquellen kommen.** Insbesondere USB-Ports sind nicht dafür gedacht, rückwärts gespeist zu werden.

Das kann

den USB-Port des Computers beschädigen.
die Batterie oder das Netzteil belasten.
zu einem instabilen Betrieb führen (Spannungsschwankungen).
im schlimmsten Fall Bauteile überhitzen.

Lösung: SV-Weiche mit P-Kanal-MOSFET für VBUS und VSYS

Schutzschaltung: Raspberry Pi Pico über VSYS (Pin 39) und parallel USB versorgen

Die entsprechende Lösung ist im Datenblatt des Raspberry Pi Pico auf Seite 20 aufgeführt. Darin wird ein P-Kanal-MOSFET DMG2305UX beschrieben, der in der Lage ist den Pico mit einem Dauerstrom bis 3 A über Pin 39 (VSYS) zu speisen. Sobald über die USB-Buchse (VBUS) eine Spannung erkannt wird, schaltet der MOSFET die Spannungsversorgung automatisch auf USB-Betrieb um. Die Stromversorgung über den Pin 39 (VSYS) wird dabei abgeschaltet.

Die Verschaltung funktioniert so:

Die externe Versorgungsspannung (+VCC) wird nicht direkt mit VSYS verbunden.
Stattdessen wird sie an den Drain (D) des MOSFETs angeschlossen.
Der Source (S) des MOSFETs geht zum VSYS-Pin (Pin 39) des Raspberry Pi Pico.
Das Gate (G) des MOSFETs wird mit VBUS (Pin 40) verbunden.

Der VBUS-Pin ist direkt mit der 5-V-Leitung des USB-Anschlusses verbunden.

So sorgt der P-Kanal-MOSFET dafür, dass automatisch die richtige Stromquelle verwendet wird und sich die USB- und externe VSYS-Versorgung nicht gegenseitig stören.

Der P-Kanal-MOSFET sorgt dafür, dass