Low side Mosfet in Verbindung mit PCA9685

@Major M. (major_m)

>PWM über PCA9685 an 3,3v Current Sink mit 25mA (220R Widerstände am
>Port)

Braucht man nicht, schon gar nicht in der Schaltung.

"The LED output driver is programmed to be either open-drain with a 25 
mA current
sink capability at 5 V or totem pole with a 25 mA sink, 10 mA source 
capability at 5 V."

Du kannst den selbstgestrickten Treiber weglassen, der funktioniert 
sowieso nicht so wie du das denkst.
Betreibe den PCA9685 mit 5V und stell die Ausgänge auf totem pole um, 
dann kannst du einen 5V Logic Level MOSFET wie den IRLZ34N direkt 
treiben. Kein Gatewiderstand!
Der kurze Strompuls beim Einschalten des MOSFETs bringt den IC nicht um.

Hi, danke für die schnelle Antwort.
Problem: Geht nicht... Ich muss den auf 3,3V laufen lassen das 3 
Controller alle auf 3,3v laufen wo der eingesetzt wird und kann den auch 
nicht am Mode2 Register rum fummeln um evt NPN, Mosfets direkt an zu 
schließen. 8 der 16 Kanäle müssen nach wie vor die Funktion erfüllen die 
Sie jetzt schon haben:
INVRT = 1
OUTDRV = 0

Na gut, dann muss man halt extra Peglewandler/Treiber nehmen. 2x 
74_HCT_244 sind deine Freunde. Die musst du natürlich mit 5V versorgen.
Die Ausgänge das PCA9685 brauchen dann einen Pull-Up Widerstand nach 
3,3V, 10k sollten reichen.

Also wenn ich es richtig verstehe:
PCA an 3,3V
PCA Ausgänge mit 10k Pull-Up an 74HCT
VIN über Linearwandler oder DC Buck auf 5V an 74HCT
74HCT out an Mosfet

Wäre dann nicht auch die Schaltung von 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern#Schaltstufe_f.C3.BCr_gro.C3.9Fe_Lasten 
möglich, nur mit SI2302DS statt BC337?

@  Major M. (major_m)

>PCA an 3,3V
>PCA Ausgänge mit 10k Pull-Up an 74HCT
>VIN über Linearwandler oder DC Buck auf 5V an 74HCT
>74HCT out an Mosfet

Ja. Ein Schaltbild ist aber DEUTLICH sinnvoller also solche Lyrik!

>Wäre dann nicht auch die Schaltung von
>https://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mi...
>möglich, nur mit SI2302DS statt BC337?

Diese Schaltung ist um GRÖßENORDNUNGEN schlechter, weil hochohmiger und 
langsamer als die vollintegrierte Treiberlösung. Vergiss sie!
Erfinde das Rad nicht neu und 5-eckig!

Ausserdem steht das auch im Artikel.

"Achtung! Diese Schaltung ist nur für langsame Ansteuerung mit ein paar 
Hertz geeignet. PWM mit Frequenzen von 50 Hz und höher ist damit nicht 
möglich, da die erste Schaltstufe dafür viel zu langsam ist. Der 
Leistungstransistor kann nicht schnell ein und aus geschaltet werden, 
dadurch befindet er sich während der Umschaltung im Linearbetrieb und 
erzeugt viel Verlustleistung (=Wärme). Für PWM muss ein schneller 
MOSFET-Treiber eingesetzt werden. "

Für PWM muss ein schneller MOSFET-Treiber eingesetzt werden...
Deswegen ja der mosfet anstelle von dem NPN. Evt habe ich den Satz aus 
dem Artikel aber auch einfach falsch verstanden...

Ich möchte das Rad nicht neu erfinden, so oder so, es bleibt ja rund, 
aber ich möchte nicht unbedingt noch einen Spannungswandler 
unterbringen. 5v habe ich nicht zur Verfügung, nur 3,3v und 12/24v. 
Daher ist die Schaltung mit 2 MOSFETs einiges interessanter wenn sie 
schnell genug ist...

@  Major M. (major_m)

>Für PWM muss ein schneller MOSFET-Treiber eingesetzt werden...

Ja.

>Deswegen ja der mosfet anstelle von dem NPN. Evt habe ich den Satz aus
>dem Artikel aber auch einfach falsch verstanden...

Hast du. Ein scheller MOSFET-Treiber ist ein IC, der einen MOSFET 
schnell treiben (schalten) kann.
So wie Apfelmus Mus aus Äpfeln ist ;-)
Der Treiber muss nicht notwenigerweise selber MOSFETs enthalten, es gibt 
auch viele Treiber rein auf Bipolarbasis.

Deine "Konstruktion" mit dem Q2 und R1 ist KEIN schneller MOSFET-Treiber 
sondern eine schnarchlangsame Schaltstufe.

>Ich möchte das Rad nicht neu erfinden, so oder so, es bleibt ja rund,
>aber ich möchte nicht unbedingt noch einen Spannungswandler
>unterbringen.

Mein Gott, das sind Luxusprobleme! Ein kleiner Linearregler im SOT23 
Gehäuse reicht, denn deine Treiber brauchen bei moderaten PWM-Frequenzen 
von ein paar 100 Hz nur wenige mA (in Summe, nicht pro Kanal!)

"fixed frequency individual PWM controller that operates at a 
programmable frequency from a typical of 40 Hz to 1000 Hz"

https://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber#Treiberleistung

Wenn wir mal ganz grob 25nC Total Gate Charge für den IRLZ34N ausgehen 
und mit 1kHz PWM machen, macht das pro Kanal

I = C * f = 25nC * 1kHz = 25uA mittlerer Strom

Macht für 16 Kanäle in Summe 0,4mA

Hust

> 5v habe ich nicht zur Verfügung, nur 3,3v und 12/24v.
>Daher ist die Schaltung mit 2 MOSFETs einiges interessanter wenn sie
>schnell genug ist...

Sie ist Schrott. Punkt.

Wenn man, warum auch immer, absolut nicht 5V betreitstellen kann/will, 
muss man halt auf Logic Level MOSFETs ausweichen, welche bei 3,3V schon 
offiziell voll durchgesteuert sind. Davon gibt es heutzutage viele, die 
meisten jedoch in SMD-Gehäusen. Dann kann man den Treiber als 74_HC_244 
Version nutzen und mit 3,3V betreiben.

Siehe Mosfet-Übersicht.

Ok, du hast mich überzeugt. ;)
Schau bitte nochmal auf den Schaltplan (oben) ob ich es richtig 
verstanden habe mit dem 74HC*. Der 7805 ist nur beispielhaft drin, da 
such ich mir noch was passendes.

Was Ich allerdings noch verstehen möchte ist warum die untere Schaltung 
"suboptimal" ist? Ich hab die auf 
http://www.savel.org/2005/08/29/tl494-magic-chip-part-5/ gefunden und 
nach meinem Verständnis sollte die auch recht schnell sein über den 
NPN/PNP Driver. Etwas bauen weil es klappt ist für mich das eine, 
verstehen warum meine Idee nicht klappt das andere...

Danke dir nochmal!

@ Major M. (major_m)

>Schau bitte nochmal auf den Schaltplan (oben) ob ich es richtig
>verstanden habe mit dem 74HC*. Der 7805 ist nur beispielhaft drin, da
>such ich mir noch was passendes.

Es fehlen die Bauteilwerte der Kondensatoren. Für den Treiber brauchst 
du 100nF NAH am IC.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator#Entkoppelkondensator

R3 ist überflüssig, lass ihn weg.

>Was Ich allerdings noch verstehen möchte ist warum die untere Schaltung
>"suboptimal" ist? Ich hab die auf
>http://www.savel.org/2005/08/29/tl494-magic-chip-part-5/ gefunden und
>nach meinem Verständnis sollte die auch recht schnell sein über den
>NPN/PNP Driver.

Sie ist leidlich brauchbar, aber nur bei VCC=12V. Bei 24V bekommt der 
MOSFET zuviel Gatespannung.
Trotzdem ist die Schaltung in vielen Dingen IMMER noch deutlich 
schlechter.

- Der statische Stromverbrauch ist deutlich höher. Bei LOW am Gate 
fließen durch R1 12mA
- Die Schaltverzögerung vom Eingang zum Gate ist höher, denn der 
Treibertransistor T1 wird nur mit dem 10k Pull-Up angesteuert
- Dieser hat auch einiges an Speicherzeit beim Abschalten, sodas die 
minimal schaltbare Pulsbreite größer ist
- der Platzverbrauch der dikreten Lösung ist deutlich höher, ebenso der 
Lötaufwand bei manueller Bestückung

Ergo. Einen guten, schnellen, vollintegrierten Treiber baut man nicht 
einfach mal so nach.

Mittlerweile gibt es MOSFETs, die für Vgs=3V spezifiziert sind
und trotzdem gut niederohmig durchschalten:

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/csd17307q5a.pdf

Dadurch könnte Plan A wieder in Kraft treten: Direkt ohne Treiber.
Die Gate Charge Total ist auch erfreulich niedrig und liegt bei 3nC
bezogen auf Vgs=3,3V. Da braucht es wirklich keinen Treiber.

Wenn Ich mir den Preis von diesen "besonderen" Mosfets ansehe, im 
Vergleich zu den Extra Bauteilen und sicherheit die ich bei der 
Verwendung eines Treibers habe... Ich denke Ich geh mit der Lösung von 
Frank.

Dazu: Schaltung ist nun fertig (denke Ich) und wenn Ich keine groben 
Schnitzer habe sollte die auch so funktionieren. (Falls nicht bitte 
sagen wo mein Fehler ist.)
Frage allerdings zu dem Mosfet:
Ich habe mir zuerst den IRLZ34N aus gesucht. Jetzt bin Ich aber auf den 
IRL3303S bzw IRL540NS gekommen, beides Logik Level (wenn Ich das mit dem 
L richtig verstanden habe) und bei Vgs 5v auch mit 7A belastbar. Kann 
Ich die einfach tauschen oder gibt es noch besonderheiten zwischen LZ 
und L?
Ich habe auch noch den PSMN015-100B von NXP gefunden, da bin Ich mir 
aber wirklich unsicher, wüüste aber gerne warum dieser Mosfet klappen 
kann und warum nicht. Einfach nur um es endlich mal zu verstehen...

Nochmals Danke!

P.S. Der untere Teil ist nur so da drin... am Stecker könnte man nochmal 
4 Mosfets anschließen zum erweitern so mein gedanke. Da sind die Ports 
ja eh, also warum nicht über Stecker nach außen führen...

@  Major M. (major_m)

>Wenn Ich mir den Preis von diesen "besonderen" Mosfets ansehe, im
>Vergleich zu den Extra Bauteilen und sicherheit die ich bei der
>Verwendung eines Treibers habe... Ich denke Ich geh mit der Lösung von
>Frank.

Wer ist das?

>Dazu: Schaltung ist nun fertig (denke Ich) und wenn Ich keine groben
>Schnitzer habe sollte die auch so funktionieren.

> (Falls nicht bitte
>sagen wo mein Fehler ist.)

Ist soweit OK, aber

Schaltplan richtig zeichnen

>Ich habe mir zuerst den IRLZ34N aus gesucht. Jetzt bin Ich aber auf den
>IRL3303S bzw IRL540NS gekommen, beides Logik Level (wenn Ich das mit dem
>L richtig verstanden habe) und bei Vgs 5v auch mit 7A belastbar. Kann
>Ich die einfach tauschen oder gibt es noch besonderheiten zwischen LZ
>und L?

Keine Ahnung, muss man ins Datenblatt schauen. Entscheindend ist der 
R_DS_ON, der macht die Verlustleistung.

>Ich habe auch noch den PSMN015-100B von NXP gefunden, da bin Ich mir
>aber wirklich unsicher, wüüste aber gerne warum dieser Mosfet klappen
>kann und warum nicht. Einfach nur um es endlich mal zu verstehen...

Das ist ein 75A Moster-MOSFET. Der möchte gern 10V am Gate haben, damit 
er auf 12-15mOhm kommt. Siehe Datenblatt, R(DS)on

https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Gate-Source_Threshold_Voltage

Falk B. schrieb:
> Wer ist das?

Frank ist Falk mit Autocorrectur... Sry, wollte deinen Namen nicht 
verunglimpflichen.

Also der IRLZ34 hat 0.046 @ Vgs 5V, ID 16A, IRL540 hat 0.077 @ Vgs 5V, 
ID 17A.
Sprich der Verlust vom IRL540 ist bisschen höher, dafür kann der IRLZ34 
1A weniger. Ich glaube ich weiß langsam wie Ich die richtigen Bauteile 
aussuche...

Möchte mich nochmal recht herzlich bei der Hilfe bedanken, es hat mich 
wieder ein Stück mehr dazu gebracht das Ich verstehe wie es 
funktioniert. ;)

Hallo zusammen, muss nochmal ne frage Stellen weil Ich mir grade etwas 
nicht erklären kann:
Bei einem kleinen Versuchsaufbau funktioniert die Schaltung ohne 
Probleme. 12 Kanäle, 100mA pro Kanal bei 24V dimmt zuverlässig und ohne 
flackern. Wenn Ich allerdings auf 900mA pro Kanal gehe und mehrere 
PCA9685 ansteuere über Broadcast (0x70) fangen die Led's an zu flackern 
und alle paar Stunden schaltet einer oder mehrere PCA9685 nicht mehr. 
Nur trennen vom Strom hilft dann.
Wo kann der Fehler sein und wie kann ich den Evt eliminieren? Bin für 
Tips zur Fehlersuche dankbar!

Grüße