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.

Offizielle 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

nur eine Quelle aktiv ist.
kein Strom zurückfließt.
automatisch die höhere Spannung gewinnt, ohne Schaden anzurichten.

Hinweis: Diese Lösung mit dem zusätzlichen P-Kanal-MOSFET funktioniert nur deshalb, weil in dieser Schaltung die Diode D1 VBUS und VSYS voneinander trennt, sowie durch den Widerstand R10 das Gate des MOSFETs auf GND gelegt ist.

SV-Weiche mit P-Kanal-MOSFET, Diode und Widerstand

Aufbau mit BS250

Dieser Aufbau ermöglicht es, den Raspberry Pi Pico wechselweise mit einer eigenen Stromversorgung an VSYS oder über VBUS (USB) zu betreiben. Dabei ist die Stromversorgung über VBUS bevorrechtigt, wenn die Spannung an VBUS höher ist, als an VSYS.

Die offizielle Lösung schlägt einen P-Kanal-MOSFET vom Typ DMG2305UX vor. Es kann auch ein anderer sein. Wir verwenden hier einen BS250 (TO-92), der ebenso den gewünschten Zweck erfüllt.

P-Kanal-MOSFET, z. B. BS250 bis maximal 100 mA

Aufbau mit FQP27P06

Die offizielle Lösung schlägt einen P-Kanal-MOSFET vom Typ DMG2305UX vor. Es kann auch ein anderer sein. Wir verwenden hier einen FQP27P06 (TO-220), der ebenso den gewünschten Zweck erfüllt.

P-Kanal-MOSFET, z. B. FQP27P06 bis maximal 3 A