МС uln2003: схема подключения и управление шаговым двигателем

Каждый радиолюбитель сталкивался с проблемой управления шаговым двигателем, реле и прочими видами достаточно мощных нагрузок, строя при этом «бородатые» схемы сопряжения с логикой. Но все это в прошлом, потому что компания STMicroelectronics выпустила достаточно мощный коммутатор, который позволяет выполнять все задуманное, не опасаясь за полное отсутствие места в корпусе или постоянно выходящие из строя выходные транзисторы.

Оглавление:

Интегральная схема позволяет без проектирования лишних схем и паразитных соединений минимизировать количество используемых деталей в готовом конструктивном решении. Потому что она представляет собой набор коммутаторов, построенный на биполярных транзисторах составного типа Дарлингтона.

Здесь видно соединение по привычной нам схеме усилителя эмиттерного повторителя. Из числа компонентов наблюдаются:

• транзистор Дарлингтона;
• 3 резистора, задающих напряжение и ток смещения;
• обратный диод, позволяющий подключать индуктивные нагрузки без опасения для ключей;
• диод в качестве температурной стабилизации, подключенный к базе и эмиттеру.

Мощные выходные транзисторы и наличие большого количества раздельных каналов управления позволяет использовать ее для управления шаговым двигателем. Также она применяется в релейных схемах, где может быть использован обычный двигатель, управляемый посредством коммутации выходных ключей, переключающих корректирующие цепи.

Характеристики микросхемы

Как показывает практика использования представленной микросхемы, она является достаточно мощной, потому что судя по datasheet uln2003ag технические характеристики позволяют коммутировать достаточно большой ток до 500 мА. Но не стоит давать работать ей на пределе, потому что выходной транзистор хоть и защищен обратным диодом, он может пострадать из-за банального перегрева.

Чтобы этого не происходило, правильно подходите к расчету потребляемой и рассеиваемой мощности. В данном случае при максимальном напряжении на CE равном 50 В максимальная мощность выходного транзистора составит не более 25 Вт, при этом он будет очень сильно греться. Поэтому номинальный коммутационный ток лучше поддерживать не более 300-400 мА. В таком режиме микросхема будет работать долго и стабильно.

Структурная схема микросхемы до боли проста и состоит всего из 7 ячеек стандартной ТТЛ-логики И-НЕ с подключенным обратным диодом на общий вывод питания COM . С топологией устройства также все просто, каждый вход расположен напротив выхода, что не даст спутать выводы при проектировании каких-либо устройств. Главное запомнить, что первый вывод является прямым входом.

Что касается характеристик, то они представлены для микросхем с ТТЛ-логикой, при котором управляющий сигнал не превышает 5 В. Но также выпускаются аналоги КМОП, которые могут работать от более низкого порога около 2 В до 9 В.

Аналоги микросхемы uln 2003

Как и любая друга, микросхема uln 2003 аналоги имеет как среди импортных, так и отечественных производителей. Например, самым популярным из них является ключ К1109КТ22, ITT 656, L 203, M 2003 P , NE 5603 N и другие. Выбирая аналог к этой микросхеме, необходимо обращать внимание на топологию. Если этот ТТЛ-логика, то и входное напряжение должно быть не более 5 В. Все представленные аналоги этого устройства имеют то же техническое исполнение и конструктив, поэтому могут быть заменены без внесения каких-либо изменений в схему.

Схема подключения

На uln 2003 схема подключения до боли проста и не включает никаких компонентов. Главное, не перепутать вход с выходом и общий вывод, в остальном все и так ясно. Но все же для наглядности стоит повторить схему на примере с шаговым двигателем с питанием от 12 до 24 В. Общий провод от +24В подключается на 9 вывод и к центральному отводу обмоток двигателя, все остальные оп порядку согласно полюсам. Управление двигателем осуществляется по аналогичным линиям, только со входа МС.

При работе в таком режиме вероятность спалить выходной транзистор достаточно большая, потому что короткое замыкание в двигателе никто еще не отменял, точно также, как и клин ротора, из-за чего ток может существенно возрасти. Поэтому в каждую линию управления по выходу можно поставить шунт и обрисовать его схемой защиты от КЗ. Это зависит от конкретной задачи и типа устройства, в котором эта микросхема применяется.

Зависимость входного напряжения и тока в нагрузке

При разработке схем с участием представленной микросхемы необходимо учитывать порог регулирования тока, который зависит нелинейной характеристикой от входного напряжения:

• В ТТЛ-логике при входном напряжении 2,4 В ток коммутации составляет не более 200 мА.
• При U вх.=2,7В, выходной ток не превышает 250 мА.
• При величине входного напряжения не более 3 В, ток коллектора выходного транзистора составляет 300 мА.

Также в устройстве присутствует паразитная емкость, которая может достигать 25 pF в зависимости от частоты управляющего напряжения или создаваемых помех в непосредственной близости от нее. При этом минимальный порог паразитной емкости находиться на уровне 15 пФ. Что касается времени включения выходных транзисторов, то они являются достаточно быстрыми. Время перехода из одного состояния в другое лежит в пределах от 0,25 до 1 мкс, что говорит о возможности работы на достаточно высоких частотах.

Исходя из описания на микросхему, максимальный ток составляет 0,5 А, но в таком режиме она существенно нагревается до 70 и более градусов, что может быть критичным. Ведь максимальная температура, при которой микросхема еще нормально работает, составляет порядка 85 градусов. Также следует отметить, что максимальный входной ток управления при напряжении 3,85 В не должен превышать 1,35 мА. А это немаловажный факт, потому что именно по входу у многих схемотехников она выходит из строя.

На следующих диаграммах показана зависимость входного и выходного токов, которая является практически линейной, что позволяет более качественно подобрать элементы схемы, обеспечив нормальный температурный режим для стабильной работы устройства. Более подробно узнать о свойствах микросхемы можно из datasheet, который можно скачать на сайте.

Практическое применение

Сфера применения микросхемы uln 2003 достаточно широкая и охватывает как промышленность, так и детские игрушки с целью развлечения. Например, ее можно применить в устройстве переключения бегущих огней, собранных на мощных светодиодах или даже лампочках с общим питание не более 50 В. U ln2003 биполярный шаговый двигатель может вращать, потому что у нее достаточно выводов, чтобы выполнить целый оборот с позиционированием. Как пример, можно организовать управление вентиляторным шаговым двигателем посредством параллельного порта, собрав небольшую схему с подключением к цифровым выходам интерфейса из линии DATA .

А если использовать в составе с микроконтроллером, то можно организовать полноценное управление релейной схемой с током потребления по каждому из каналов не более 300 мА.

Как проверить микросхему?

Обычно на руках у радиолюбителя всяческие микросхемы появляются из других устройств, которые были разобраны очень давно, и уже нет никакой информации о состоянии его компонентов, поэтому вопрос, как проверить uln 2003a вполне актуален. А сделать это можно достаточно просто:

Прозвонить мультиметром. С его помощью можно выяснить пробит ли диод или сам транзистор. Если что-то пробито (звонится на КЗ или около), то в любом случае эта ячейка неисправна. Базу прозвонить таким способом не удастся, потому что на входе имеется резистор сопротивлением 2,7 кОм. Лучше попробовать включить открыть транзистор, подав на вход напряжение величиной не более 3,85 В.