Diodenabfall vs. Open-Drain-Ausgangstoleranz

Ich habe einen LED-Treiber-IC, der einen 5,5-V-toleranten Open-Drain-Ausgang angibt. Der Abschnitt „Absolutes Maximum“ zeigt 6,5 V mit einem Hinweis an: „Die negative Eingangsspannung und die Ausgangsspannung können überschritten werden, wenn die Eingangs- und Ausgangsstromwerte eingehalten werden.“ Die Ausgänge können LEDs direkt ansteuern oder als Open-Drain-GPIO verwendet werden.

Typische Anwendung:
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Meine Frage ist, wie wirkt sich der Durchlassspannungsabfall einer Diode darauf aus? Wenn ich ein LED-Streifensegment mit 3x 3,3-Vf-LEDs + 100-Ω-Widerstand in Reihe und eine 12-V-Versorgung habe, sollten die Spannungsabfälle von den Dioden den Ausgang nicht innerhalb der Toleranz bringen? Oder nicht? Warum?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Beachten Sie, dass der Strom durch den Port 20 mA beträgt, die Hälfte der maximal empfohlenen 40 mA (Absolute Max beträgt 50 mA und ein Klemmstrom von ±20 mA) pro Ausgang und 200 mA pro Port.

Bearbeiten: TI gefunden : Verstehen und Interpretieren von Standardlogik-Datenblättern

Ausgangsspannung, VO
Dies ist die maximale Spannung, die in Bezug auf die Masse des Geräts sicher an eine Ausgangsklemme angelegt werden kann.

Nützlicher Hinweis:
Wenn Klemmdioden zwischen den Geräteausgängen und der VCC-Versorgung (siehe Abbildung 20) für den ESD-Schutz oder parasitäre Strompfade im p-Kanal-Pullup-Ausgangstransistor vorhanden sind, wird der positive absolute Höchstwert für die Ausgangsspannung als VCC angegeben + 0,5 V. Dies stellt sicher, dass zwischen dem Ausgang und VCC nicht genügend Spannung anliegt, um die Klemmdiode in Vorwärtsrichtung vorzuspannen und einen Stromfluss zu verursachen. Sie können den negativen Nennwert überschreiten, wenn Sie sicherstellen, dass Sie nicht zu viel Strom durch die Ground-Clamp-Diode leiten. Der maximale Strom, den Sie durch die Ground-Clamp-Diode leiten dürfen, ist in der absoluten maximalen Nennleistung von IOK angegeben.

Da der IOk-Nennwert 20 mA beträgt und der normale EIN-Zustandsstrom ~ 18 mA betragen würde, sollte der normale AUS-Zustand mit offen gelassenem Drain viel geringer sein, oder? Wenn der Strom durch die ESD/Clamp-Diode ansteigt, sollte auch der Spannungsabfall über den LEDs und dem Widerstand ansteigen, richtig?

Diese Frage ist allgemein und nicht an ein bestimmtes Gerät gebunden, daher habe ich die meisten wichtigen Informationen oben bereitgestellt. Nichtsdestotrotz ist das fragliche Gerätedatenblatt das TI TCA6507 ti.com/lit/ds/symlink/tca6507.pdf
Das Problem ist, wenn der Ausgang auf Hi-Z geht, da die Durchlassspannung der LEDs auf fast nichts abfällt.
Wenn ich zwischen den Zeilen lese, vermute ich, dass der IC-Fertigungsprozess, den TI für diesen Chip verwendet hat, zusammenbricht (dauerhafter Schaden), wenn mehr als 6,5 V für längere Zeit irgendwo auf dem Chip erscheinen ... es gibt immer eine Prozessgrenze wie diese ... Wenn ihr Chip eine höhere Spannung überstehen könnte, würden sie dafür werben wollen. Ich weiß nicht, ob der LED-Leckstrom ausreichen würde, um diesen Schaden auszulösen, aber es könnte sein.
Normalerweise würde ich ein Latchup-Problem vermuten, aber das fehlende PMOS lässt mich das in Frage stellen.
@IgnacioVazquez-Abrams siehe Bearbeiten
1. Aber wie können Sie sicherstellen, dass der Punkt VCC + 0,5 genau dem Punkt 20mA entspricht? Vielleicht lässt TI etwas Spielraum . 2. Wenn Ihr Chip keinen Strom mehr hat und Ihre +12 V eingeschaltet sind, ist die Spannung am Drain größer als VCC, unabhängig davon, ob Ihre LEDs ein- oder ausgeschaltet sind.
An diesem Punkt muss ich es tatsächlich testen und berichten. Alle Punkte sind informativ.

Antworten (3)

Ich glaube nicht, dass die Dioden für diese Grenze eine Rolle spielen würden. Wenn der Ausgang offen ist, betragen die Diodenabfälle 0 V und der Pin sieht die vollen 12 V. Transistorspannungsgrenzen sollen verhindern, dass der Transistor durch ein starkes elektrisches Feld auseinandergerissen wird. Dazu braucht es nicht viel Strom.

Ich bin mir auch nicht sicher, ob eine Klemmdiode oder ein paralleler Widerstand am Eingang helfen würde. Wenn es genug Strom zieht, um signifikante Diodenabfälle zu erzeugen, schalten sich die LEDs ein. Wenn dies nicht der Fall ist, steigt die Pin-Spannung und überschreitet den Grenzwert. Wenn der LED-Strom den Vorspannungsstrom für den Treiber-IC überschreitet, kann Vcc ansteigen, es sei denn, Ihr Regler kann Strom aufnehmen. (Die meisten nicht.)

Ich glaube, die Schaltung kann mit einem hochwertigen Widerstand (vielleicht 100 K) von beiden Enden von R1 zum VCC des Prozessors gespeichert werden.

Wenn der Port-Pin eingeschaltet ist, ist die Energieverschwendung durch diesen Widerstand minimal; es hat praktisch keine Wirkung gegen den fließenden Strom von 2-20 mA.

Wenn der Port-Pin ausgeschaltet ist, wird jeder Leckstrom durch die Dioden über diesen Widerstand von der 5-V-Schiene gezogen, wodurch der Port-Pin um Ileakage * R auf über 5 V gezogen wird. Stellen Sie den Wert von R so ein, dass dieser Wert < 0,5 V für den schlimmsten Leckfall ist Strom über den Temperaturbereich (zuzüglich einer Sicherheitsmarge). Diese Analyse bleibt als Übung: Mein 100.000-Vorschlag ist lediglich eine Vermutung.

Wie gesagt, ich mag es immer noch nicht...

Diese Schaltung wird mit ziemlicher Sicherheit aus einem Grund, den niemand erwähnt hat, nicht funktionieren.

Wenn Strom durch die LEDs fließt, werden sie eingeschaltet. Der IC wird wahrscheinlich nicht beschädigt, weil Sie den Klemmstrom unter einem vernünftigen Niveau halten, aber dieser Fehlerstrom wird die LEDs mit Sicherheit einschalten. Sie haben also eine Schaltung, bei der der Zustand von P0 keine Rolle spielt. Tatsächlich spielt es keine Rolle, ob der IC-Treiberchip eingeschaltet ist. Immer wenn 12 V anliegen, sind die Dioden eingeschaltet. Wenn Sie das möchten, müssen Sie den IC überhaupt nicht anschließen, daher gehe ich davon aus, dass Sie dies nicht möchten.

Sie können dies beheben, indem Sie einen BJT oder einen diskreten MOSFET hinzufügen, um die LEDs anzusteuern. Vorgeschlagener BJT ist Typ 2N3904 oder 2N2222. Der vorgeschlagene MOSFET ist vom Typ BSS138.

Du scheinst ziemlich schlau zu sein, deshalb habe ich nicht weiter darauf eingegangen, aber wenn du irgendwelche Fragen hast oder möchtest, dass ich näher darauf eingehe, frag einfach, und ich werde das gerne tun.

Eigentlich nehme ich es zurück. Adam wies auch auf das grundlegende Problem hin.
Diodenabfall vs. Open-Drain-Ausgangstoleranz
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