PCA9685 Ausgänge zusammenschalten?

Alex schrieb:
> habe berechnet dass ich bei
> maximaler PWM Frequenz des PCA9685 in Kombination mit meinem gewählten
> MOSFET einen Gatestrom von max. 30mA benötige

Zeig die Rechnung mal. Sicher dass das nicht Nano-Ampere waren? Oder 
Gigahertz?

I=Q×f

Guten Morgen,

Hier bitte.

Alex

Alex schrieb:
> Ich ... habe berechnet dass ich ... in Kombination mit meinem gewählten
> MOSFET einen Gatestrom von max. 30mA benötige, ...
>
> Meine Frage lautet nun: Kann ich in Push-Pull Konfiguration mindestens 3
> PWM Outputs des PCA9685 zusammenschalten um den entsprechenden
> Gate-Strom zu erzielen, da jeder PWM Output nur max. 10mA sourcen kann?

Du vergleichst Äpfel mit Birnen.
Die 10mA des PCA9685 sind der (statische) max. Source I_OH in totem pole 
Konfiguration.

Deine berechneten 30mA sind ein dynamischer Strom zum Umladen der 
Gate-Kapazität.

Wolfgang schrieb:
> Deine berechneten 30mA sind ein dynamischer Strom zum Umladen der
> Gate-Kapazität.

Heißt es dann nicht, um die Gate-Umladezeit einzuhalen, der PCA die 30mA 
bereitstellen muss, eben jeweils für 1µs? Wo liegt mein Denkfehler?

Wolfgang schrieb:
> Meine Frage lautet nun: Kann ich in Push-Pull Konfiguration mindestens 3
> PWM Outputs des PCA9685 zusammenschalten um den entsprechenden
> Gate-Strom zu erzielen, da jeder PWM Output nur max. 10mA sourcen kann?

Ersetze "kann" durch "sollte". Er kann wesentlich mehr, die 
10mA-Angabe spezifiziert eigentlich einen maximalen Innenwiderstand von 
50 Ohm bei VCC=4.5V. Wie viel er maximal darf, ist nicht sicher, 
Optimisten nehmen die 25mA aus den Limiting values, Pessimisten glauben, 
dass die nur für IOL gelten. Im Kurzschlussfall würde auf jeden Fall 
viel zu viel Strom fließen und das FET-Gate stellt im ersten Moment 
einen Kurschluss dar.

Ein Widerstand ist also zwingend nötig.

Es gibt LED-Treiber, die die Ausgänge minimal versetzt ansteuern um die 
Stromspitzen zu verteilen. Solche Ausgänge kann man nicht parallel 
schalten. Ansonsten hätte ich keine Bedenken.

Zum gleichzeitigen Schalten vieler Ausgänge gibt es einen Hinweis im 
Datenblatt (wobei 400mA schon für einen satten Einbruch der 5V sorgen 
können, vom Ground Bounce garnicht zu reden):

1

[2] Each bit must be limited to a maximum of 25 mA and the

2

total package limited to 400 mA due to internal busing limits.

Bauform B schrieb:
> Ein Widerstand ist also zwingend nötig.

Pro Output oder einen gemeinsamen vor dem Gate? Wie groß sollte er etwa 
sein?

Alex schrieb:
> Wie groß sollte er etwa
> sein?

Versuch irgendwas zwischen 0 Ohm und 12 Ohm.

Eine Strombegrenzung ist nicht nötig, nur evtl. eine 
Schwingungsdämpfung.

Wurde hier schon oft bis zum letzten Silizium-Atom durchdiskutiert, hier 
die Kurzfassung, hoffentlich diesmal ohne eine 1000-Post-Diskussion:

CMOS-Ausgänge begrenzen den Strom im Umschaltmoment selber, ohne externe 
Widerstände, auf einen für sie ungefährlichen Wert (FET-Bahnwiderstand).

Die Stromangaben im Datenblatt beziehen sich auf Dauer-Strom, um eine 
thermische Überlastung der Ausgangsstufe zu verhindern.

Silizium ist thermisch träge. Bei hinreichend großer PWM-Frequenz und 
"normalen" FETs reicht es deshalb, den Durchschnitts-Strom zu 
betrachten.

Dieser berechnet sich ganz einfach über PWM-Frequenz * total Gate 
Charge.

(Frequenz in 1/Sekunde, Gate charge in Coulomb = Ampere*Sekunde)


Und: Wenn deine Schaltflanken steil genug sind, brauchst du auch nicht 
parallelschalten.

Schwarzseher schrieb:
> Eine Strombegrenzung ist nicht nötig, nur evtl. eine
> Schwingungsdämpfung.
>
> Wurde hier schon oft bis zum letzten Silizium-Atom durchdiskutiert, hier
> die Kurzfassung, hoffentlich diesmal ohne eine 1000-Post-Diskussion:

Was man nicht versteht, wird über die Geschäftsordnung geregelt? Schade 
:(

Bauform B schrieb:
> Was man nicht versteht, wird über die Geschäftsordnung geregelt?

Ich kann die Geschäftsordnung nicht beeinflussen, genausowenig wie sich 
die Halbleiter-Physik nach kreativen Missverständnissen beim 
Datenblatt-Studium richtet.

Wenn dir gewisse E-Technik-Grundlagen fehlen, kannst du ja gerne hier 
oder in einem neuen Thread weiterfragen, vielleicht findet sich jemand, 
der sie dir in einfachen Worten erklärt.

Nur ich muss diese Diskussion nicht mehr haben, deshalb die Hoffnung 
dass es diesmal ohne Troll-Überfall der Arduino-Maker, 
LED-an-Konstantspannung & Gate-Angstwiderständler-Fraktion weitergeht.

Schwarzseher schrieb:
> I=Q×f

Also in diesem Fall wären das dann I = 30n x 1600 = 48µA
Das scheint mir doch zu wenig Strom zu sein um die 1µs einzuhalten.
Kommt mir eher sinnvoller die Formel entsprechend zu erweitern und zwar 
so:

I = Qtotal x fPWM x nPWMSTEPS x 3

Q ... Total Gate Charge
f ... PWM Frequenz
n ... PWM Auflösung (Anzahl Stufen)
3 ... Faktor bestehend aus folgenden Dauern: 1/3 Gate-Umladung zu 
leitend, 1/3 MOSFET leitend, 1/3 Gate-Umladung zu nichtleitend

In meine Fall wären das 36mA.

Werde das später simulieren.

Alex schrieb:
> Werde das später simulieren.

Hab jetzt die Schaltung mit genau meinem MOSFET simuliert. Sollte der 
PCA wirklich nur 10mA pro Output liefern, so schaltet der MOSFET nicht 
mal richtig durch, bevor er wieder abschalten muss. Mit 40mA klappt das 
mehr als wunderbar, so wie ich das sehe.

Alex schrieb:
> Also in diesem Fall wären das dann I = 30n x 1600 = 48µA
> Das scheint mir doch zu wenig Strom zu sein um die 1µs einzuhalten.

Das stimmt. Bei der Formel geht es darum, einen Durchschnitts-Strom zu 
berechnen, um damit die Verlustleistung im CMOS-Ausgang abzuschätzen.
(ist dabei nur eine Näherung, z.B. unter Annahme dass die Gate-Charge 
beim Auf- und Entladen gleich ist und die Gate-Spannung linear steigt 
und fällt. Dann fallen die Integrale schön zusammen, und man kriegt 
trotzdem einen guten Schätzwert)

48µA sind soooo viel weniger als die erlaubten 10mA/30mA, dass man sich 
um die PCA-Ausgangstreiber keine Sorgen machen muss.

Alex schrieb:
> Sollte der
> PCA wirklich nur 10mA pro Output liefern,

Im Umschalt-Moment mehr.
CMOS ist seit Anfang an darauf ausgelegt, CMOS-Ausgänge mit 
CMOS-Eingängen (== FET Gates), auch mit vielen Eingängen parallel, zu 
verbinden.
Das geht nur über hohe Peak-Ströme.

beim PCA9685 hast du den Sonderfall, dass die Ausgangsstufen auch als 
"Open Drain" konfiguriert werden können. Solltest du natürlich mit FET 
am Pin nicht machen, also OUTDRV=1 lassen.
Und das Datenblatt erwähnt eine "Edge rate control on outputs" ohne groß 
in die Details zu gehen. Das macht das Simulieren etwas schwierig.
Aus der FAQ 1 im DB abgeschätzt: ein einzelner Pin entläd 50pF@3.6V in 
1.5ns. Das wären 120mA, die der Pin schluckt, als Ø über den ganzen 
Entladevorgang. Im Peak also wohl wieder mehr.
Für die umgekehrte Richtung im Totem-pole betrieb finde ich leider keine 
Werte im DB. (die 14ns turn-on beziehen sich auf Open-Drain, 50pF über 
500 Ohm Pull-Up aufladen?)

Vorschlag: Bau in deiner Simulation "Fig 34. Test circuitry for 
switching times" auf Seite 43 des DB nach (also nur den 50pF-Kondensator 
mit Pullup:) )
Und dreh an deinen Signalquellen-Werten solange, bis du den auch in 1.5 
ns leer bekommst. Dann stimmt die Quelle einigermaßen, und du kannst den 
Kondensator durch deinen Wunsch-FET ersetzen.