Оригинальный биполярный таймер 555 – NE555 – отлично подходит для управления затвором мощного MOSFET. Более новые КМОП версии, такие как LMC555 и TLC555, потребляют меньшую мощность, но их выходной ток недостаточен для полноценного управления затвором, что даже может быть причиной повреждения микросхемы из-за несоответствия нагрузки.
На Рисунке 1 показана часть схемы широтно-импульсного (ШИМ) управления яркостью 12-вольтовой лампы накаливания. Первоначально в ней использовался КМОП таймер TLC555, выходной каскад которого нередко повреждался. Кроме того, MOSFET (IRF4905) нагревался при работе. Вывод 3 микросхемы 555 был напрямую подключен к затвору MOSFET.
 | ||
| Рисунок 1. | КМОП таймер TLC555 не способен обеспечивать достаточный ток для быстрой зарядки емкости затвора и при непосредственном подключении к затвору вышел из строя (емкостная нагрузка 3500 пФ). Однако биполярная микросхема NE555 с дополнительным защитным резистором 82 Ом управляет MOSFET IRF4905 безопасно и надежно. | |
Исследование с помощью осциллографа показало, что время нарастания и спада напряжения затвора составляло около 2 мкс, поэтому при установленной частоте переключения ШИМ 100 кГц около 40% каждого периода импульсов уходило на нарастание и спад. Это объясняло, почему MOSFET был горячим. Большую часть времени он не был ни полностью включен, ни полностью выключен, а находился в промежуточном состоянии с большими потерями.
Типовое значение входной емкости составляет 3500 пФ. Используя хорошо известную формулу для зарядного тока
можно найти, что токи заряда и разряда затвора при управлении 12-вольтовыми прямоугольными импульсами равны примерно 21 мА, что вдвое больше допустимого выходного тока КМОП версии таймера 555. Это объясняет причину проблемы.
Но решается эта проблема очень просто. КМОП микросхема таймера была заменена на биполярную NE555, допускающую втекающий и вытекающий токи до 200 мА, и был добавлен резистор 82 Ом, чтобы гарантировать, что ток всегда будет ниже 150 мА, а частота переключения была снижена до 3 кГц, чтобы сократить долю времени, проводимого «на наклонной части» импульса. Полученная схема работала более надежно, а MOSFET не нагревался.