Caída de diodo frente a tolerancia de salida de drenaje abierto

Tengo un controlador LED IC que indica una salida de drenaje abierto tolerante a 5,5 V. Su sección Máxima absoluta indica 6,5 ​​V con una nota que dice "Las clasificaciones de voltaje de salida y voltaje negativo de entrada pueden excederse si se observan las clasificaciones de corriente de entrada y salida". Las salidas pueden controlar los LED directamente o usarse como GPIO de drenaje abierto.

Aplicación tipica:
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Mi pregunta es, ¿cómo afecta esto la caída de voltaje directo de un diodo? Si tengo un segmento de tira de led de 3x 3.3Vf Leds + 100Ω Resistor en serie y un suministro de 12V, ¿las caídas de voltaje de los diodos no deberían llevar la salida dentro de la tolerancia? ¿O no? ¿Por qué?

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Tenga en cuenta que la corriente a través del puerto es de 20 mA, la mitad de los 40 mA máximos recomendados (el máximo absoluto es 50 mA y una corriente de pinza de ±20 mA) por salida y 200 mA por puerto.

Editar: Encontrado TI: comprensión e interpretación de hojas de datos de lógica estándar

Voltaje de salida, VO
Este es el voltaje máximo que se puede aplicar de manera segura a una terminal de salida, con respecto a la tierra del dispositivo.

Sugerencia útil:
si hay diodos de abrazadera entre las salidas del dispositivo y el suministro de VCC (consulte la Figura 20) para la protección contra descargas electrostáticas (ESD) o rutas de corriente parásitas en el transistor pull-up de canal p de salida, la clasificación máxima absoluta positiva para el voltaje de salida se especifica como VCC + 0,5 V. Esto asegura que no se aplique suficiente voltaje entre la salida y VCC para polarizar directamente el diodo de sujeción y hacer que fluya la corriente. Puede exceder la clasificación negativa si se asegura de que no está pasando demasiada corriente a través del diodo de abrazadera de tierra. La corriente máxima que puede pasar a través del diodo de abrazadera de tierra se especifica en la clasificación máxima absoluta IOK.

Como la clasificación de IOk es de 20 mA, y la corriente de estado de ENCENDIDO normal sería de ~18 mA, el estado de APAGADO normal con el drenaje abierto debería ser mucho menor, ¿no? Si la corriente a través del ESD/Diodo de abrazadera aumenta, la caída de voltaje en los LED y la resistencia también debería aumentar, ¿verdad?

Esta pregunta pretende ser general, no vinculada a un dispositivo específico, por lo que proporcioné la mayor parte de lo que debería ser la información importante anterior. Sin embargo, la hoja de datos del dispositivo en cuestión es TI TCA6507 ti.com/lit/ds/symlink/tca6507.pdf
El problema es cuando la salida se vuelve Hi-Z, ya que el voltaje directo de los LED se reducirá a casi nada.
Leyendo entre líneas, sospecho que el proceso de fabricación de circuitos integrados que TI usó para este chip se descompone (daño permanente) si aparecen más de 6,5 V en cualquier parte del chip durante un período de tiempo... siempre hay un límite de proceso como este... Si su chip pudiera sobrevivir a un voltaje más alto, querrían anunciarlo. No sé si la corriente de fuga del LED sería suficiente para desencadenar este daño, pero podría serlo.
Normalmente sospecharía un problema de bloqueo, pero el PMOS faltante me hace cuestionarlo.
@IgnacioVazquez-Abrams ver editar
1. Pero, ¿cómo puede asegurarse de que el punto VCC + 0.5 corresponda exactamente al punto 20mA? Tal vez TI deja algo de margen . 2. Cuando su chip pierde energía y su +12V está encendido, el voltaje en el drenaje será mayor que VCC, ya sea que sus LED estén encendidos o apagados.
Supongo que en este punto necesito probarlo e informar. Todos los puntos son informativos.

Respuestas (3)

No creo que los diodos importen para ese límite. Cuando la salida está abierta, las caídas del diodo serán de 0 V y el pin verá los 12 V completos. Los límites de voltaje del transistor existen para evitar que el transistor se desgarre por un fuerte campo eléctrico. No se necesita mucha corriente para hacer eso.

Tampoco estoy seguro de si ayudaría un diodo de abrazadera o una resistencia paralela en la entrada. Si consume suficiente corriente para crear caídas de diodo significativas, los LED se encenderán. Si no es así, el voltaje del pin aumentará y excederá el límite. Si la corriente del LED excede la corriente de polarización del controlador IC, Vcc podría comenzar a aumentar a menos que su regulador pueda absorber la corriente. (La mayoría no lo hará).

Creo que el circuito se puede guardar con una resistencia de alto valor (tal vez 100K) desde cualquier extremo de R1 hasta el VCC del procesador.

Con el pin del puerto activado, la energía desperdiciada a través de esta resistencia es mínima; prácticamente no tiene ningún efecto contra el flujo de corriente de 2-20 mA.

Con el pin del puerto apagado, cualquier fuga a través de los diodos se extraerá del riel de 5 V a través de esta resistencia, tirando del pin del puerto por encima de 5 V por Ileakage * R. Establezca el valor de R de modo que este valor < 0,5 V para la fuga en el peor de los casos corriente en todo el rango de temperatura (más un margen de seguridad). Este análisis se deja como ejercicio: mi sugerencia de 100k es simplemente una suposición.

Dicho esto, todavía no me gusta mucho...

Es casi seguro que este circuito no funcionará por una razón que nadie ha mencionado.

Cuando la corriente fluya a través de los LED, se encenderán. El IC probablemente no se dañará porque está manteniendo la corriente de la pinza por debajo de un nivel razonable, pero esa corriente de falla encenderá los LED con seguridad. Entonces, lo que tienes es un circuito donde el estado de P0 realmente no importa. De hecho, ni siquiera importa si el chip del controlador IC está encendido. Siempre que se energice 12V, los diodos estarán encendidos. Si eso es lo que quiere, entonces no necesita conectar el IC en absoluto, así que asumo que no es lo que quiere.

Puede solucionarlo agregando un BJT o un MOSFET discreto para controlar los LED. El BJT sugerido es del tipo 2N3904 o 2N2222. El MOSFET sugerido es del tipo BSS138.

Pareces bastante inteligente, así que no me he extendido mucho, pero si tienes alguna pregunta o quieres que te dé más detalles, solo pregúntame y estaré encantada de hacerlo.

En realidad lo retiro. Adán también señaló el problema fundamental.
Caída de diodo frente a tolerancia de salida de drenaje abierto
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