Выбор лучшего таймера 555 для управления мощным MOSFET

Diodes NE555

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.

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.
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.

Материалы по теме

  1. Datasheet Diodes NE555
  2. Datasheet Texas Instruments TLC555
  3. Datasheet Infineon IRF4905

Electronic Design

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Informed Analysis Picks Better 555 Timer To Drive Power MOSFET

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

38 предложений от 20 поставщиков
NE555 - аналоговая интегральная схема, универсальный таймер — устройство для формирования (генерации) одиночных и повторяющихся импульсов со стабильными временными характеристиками. Применяется...
NE555D
Texas Instruments
3 ₽
PL-1
Россия
NE555DR
от 4 ₽
Romstore
Россия, Беларусь
NE555D TI
от 5 ₽
Контест
Россия
NE555 SO-8
6 ₽
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Может, если бы у КМОП-версии частоту понизили также в 33 раза, то и МОСФЕТ бы тоже не грелся?
  • Заголовок нужно подправить. Выбор таймера и частоты.
  • Да. Такое сравнение не корректно. Странно, почему не было сделано проверка на одинаковой частоте. Но, чисто теоретически, снижение температуры должно быть. Вопрос в том - на сколько.