1. Hvers vegna þessi íhlutur lifir af

ULN2003A var hannaður til að gera lágspennulógík kleift að stýra reléum, lömpum, solenoidum og litlum stigamótorum. Það gerir hann með sjö Darlington-pörum, hvert metið fyrir að svelgja allt að 500 mA við 50 V, auk einnar díóðu á hverja rás til að binda induktívan bakslátt.

Ekkert við þá virkni hefur breyst. Örstýringar gefa enn út 3.3 V, relé þurfa enn 12 V, og hönnuðir vilja enn einn íhlut sem annar sjö hleðslum án ytri íhluta. Þess vegna birtist sama 16-pinna pakkningin á borðum sem hönnuð voru með áratugum millibili.

Niðurstaðan er fjöldavara með stóran markað fyrir aðra framleiðendur og nokkur afbrigði sem líta eins út en hegða sér mismunandi. Flest skiptimistök stafa frá þessum afbrigðum.

2. Hvað tækið gerir í raun

Hver rás er andhverfandi Darlington-pör með open-collector-útgangi. Hátt rökvið á innganginum kveikir á úttakstransistorinum og dregur útgangspinnann niður á jörð. Álagið er tengt milli jákvæða aflgjafans og útgangspinnans.

Þessi uppsetning er hentug: drifurinn sýgur straum, þannig að spenna yfir álagið getur verið hærri en rökviðgjafinn, allt að 50 V mörkum. Það þýðir líka að útgangurinn getur ekki gefið straum — atriði sem skiptir máli þegar reynt er að reka LED frá útganginum til jarðar.

Innri díóðan tengir hvern útgang við COM-pinnann. Þegar slökkt er á induktífu álagi klemmir díóðan bakslagið við COM-rásina í stað þess að láta það eyðileggja transistorinn. COM-pinninn verður að vera tengdur við aflgjafa álagsins til að þetta virki.

Hvers vegna mettunsspenningin er há

Darlington-pör er tveir transistorar í röð. Sá fyrri drífur grunn þess síðari, þannig að útgangurinn getur ekki mettast niður fyrir u.þ.b. tvö grunn-emitter-spennuföll — um 1.0–1.2 V við hóflegri straum, og meira við hærri straum.

Það skiptir máli af tveimur ástæðum. Rafrænt séð sér álagið aflgjafann að frádreginni þeirri spennu, þannig að 12 V spóla segulrofa fær í raun um 10.8 V. Varmafræðilega verður spennufallið margfaldað með straumnum að hita inni í hylkinu: 200 mA við 1.1 V er 0.22 W á hverja rás.

Ein MOSFET hefði mun lægra spennufall, en þyrfti líka hliðardrif og klemmidíóðu. Darlington-rásin skiptir skilvirkni fyrir einfaldleika, og þessi skipti eru ástæðan fyrir því að þessi íhlutur lifir af.

3. Pinnaútfærsla og samhæfni pinna

Öfug röðun útganga er klassísk uppspretta tengingarvillna. Pinni 10 er rás 7 og pinni 16 er rás 1, ekki öfugt.

4. Afbrigðin sem líta eins út

Tvö þessara eru raunverulegir pinna-samhæfðir staðgenglar fyrir ULN2003A: ULN2003 afbrigðin og ULQ2003A. ULN2004A er líkamlega samhæft en hefur mun stærra inntaksviðnám, og ULN2803A er önnur pakkning með aðra pinnaútstillingu.

Viðnámsútreikningur fyrir 1.8 V og 3.3 V rökfræði

Innstraumurinn er u.þ.b. (Vin − 1.4 V) / R, þar sem 1.4 V eru tveir grunn-emitterspennufallar Darlington-samsetningarinnar. Með 2.7 kΩ viðnámi gefur 3.3 V um 0.7 mA; 5 V gefa um 1.3 mA. Bæði nægja til að metta flestar rásir.

Við 1.8 V gefur sama viðnám aðeins 0.15 mA, sem er jaðar fyrir fullri mettun undir álagi. Hönnun sem keyrir 1.8 V rökfræði ætti annaðhvort að nota drif með minna inntaksviðnámi eða bæta við fordrifi.

10.5 kΩ viðnám ULN2004A er hannað fyrir 6–15 V rökfræði, þar sem hærri spennan bætir upp fyrir stærra viðnámið. Að nota það við 3.3 V er andhverfa fyrirhugaðrar notkunar.

5. Inntaksviðnámið ákvarðar rökfræðistigið

Inntakið er viðnám í röð við grunn Darlington-samsetningarinnar. Með 2.7 kΩ viðnámi keyrir 3.3 V rökfræðihátt stig u.þ.b. 1 mA inn í grunninn, sem nægir til að metta rásina við nafnstraum. Með 10.5 kΩ viðnámi framleiðir sama 3.3 V aðeins um 0.3 mA — nægir til að kveikja á úttakinu, en ekki alltaf nægilegt til að halda því fullmettu undir álagi.

Þess vegna er ULN2004A til: hún er ætluð fyrir rökfræði með hærri spennu, þar sem stærra viðnámið takmarkar straum. Að nota hana með 3.3 V rökfræði er ekki bein skipti, jafnvel þótt hún passi í tengið.

Hagnýta prófið er einfalt: tengdu fyrirhugaða álagið og mældu mettunsspennu úttaksins. Rás sem er ekki að fullu mettuð verður heit og getur bilað.

6. Úttaksmörk og varmaraunveruleiki

500 mA einkunnin er fyrir hverja rás og gerir ráð fyrir að hinar séu ekki allar á fullum straumi á sama tíma. Varmaviðnám pakkans er raunverulega takmörkunin.

DIP-16 hylki með hóflegu koparsvæði hefur varmaviðnám frá mótlagsstað til umhverfis á bilinu 60–100 °C/W. Við 1 W afltöpu hækkar mótlagsstaðurinn um 60–100 °C yfir umhverfishita. Það er þolanlegt við 25 °C, jaðarlegt við 50 °C inni í hylki og ómögulegt við 70 °C.

Venjulega er lausnin ekki önnur rekileining — heldur færri virkar rásir, minni straumur eða ytri MOSFET fyrir þungu álagið.

Skrefmótorar og hinn klassíski 28BYJ-48

Algengasta áhugamannalausnin er einpóla skrefmótor eins og 28BYJ-48, knúinn beint frá fjórum rásum. Hver spóla tekur nokkur hundruð millíampera og rekillinn skiptir þeim í röð.

Tveir smáatriðir ráða því hvort það virkar áreiðanlega. Í fyrsta lagi eru spólurnar induktívar, svo COM-pinninn verður að tengjast mótorveitunni. Í öðru lagi er straumurinn samfelldur á meðan mótorinn heldur stöðu, svo afltöp hylkisins eru ekki skammvinn — þau eru jafnvægisrekstrarpunkturinn.

Ef mótorinn stallar hækkar straumurinn að vafarmörkum og rekillinn hitnar fljótt. Hönnun sem virkar á bekknum en bregst í heitu hylki er venjulega vandamál í varmahönnun, ekki galli í reklinum.

Við útreikning skaltu nota mettunarspennuna við raunverulegan straum þinn frekar en áberandi tölu gagnablaðsins, sem er oft gefin upp við lægri straum. Við 500 mA getur spennufallið verið vel yfir 1 V, og afltapið stækkar í hlutfalli við það við hvern rofaatburð.

7. COM-fóturinn og induktíf álag

Fyrir relé, solenóíð og mótóra verður COM-fóturinn að tengjast jákvæðri aflgjöf álagsins, ekki röklegri jörð. Innri díóðan klemmar induktífu bakslagsspennuna við þann spennutein.

Ef COM-fóturinn er látinn fljóta gera díóðurnar ekkert og úttökin verða fyrir fullri bakslagsspennu. Tækið kann að lifa af nokkra atburði og bila síðan — oft á þann hátt að það lítur út eins og handahófskennd bilun rásar.

Fyrir álag yfir 50 V einkunn eða strauma yfir einkunn innri díóðunnar skaltu bæta við ytri klemdíóðum. Þær innri eru þægilegar en ekki ótakmarkaðar.

Valið á milli Darlington-fylkis og MOSFET-drífara snýst um þrjár tölur: spennufall, fjölda rása og pláss á borði. Sjö rása Darlington í 16-pinna pakkningu er erfitt að slá þegar álagið er hóflegt og hönnunin leggur áherslu á einfaldleika.

Þegar 500 mA nægir ekki

Yfir u.þ.b. hálfu amperi á hvern rás hættir Darlington-fylkið að vera rétta lausnin. Valkostirnir eru stakir MOSFET-ar, sérhannaður low-side driver eða relísdrif með hærra nafngildi.

MOSFET dregur úr spennufallinu niður í tugi millivolta og útrýmir mestum varmavandanum, gegn því að þurfa gate-drif og ytri klemmudíóðu. Fyrir eitt þungt álag er það venjulega ódýrara en að tengja rásir samhliða.

Að tengja rásir samhliða er mögulegt en ekki ókeypis: Darlington-pörin tvö deila straumnum ekki fullkomlega og annað ber meira en hitt. Lítið emitterviðnám á hverri rás getur þvingað straumdeilingu, sem gengur gegn einfaldleika hlutans.

50 V nafngildið er algert hámark fyrir útganginn, ekki ráðlagður vinnupunktur fyrir samfellda notkun. 24 V relí með 36 V skammtímaáhrifum er í lagi; 48 V segulloki með 60 V spennutoppi er það ekki.

Nafngildi klemmudíóða í reynd

Innri díóðinn er metinn fyrir sama spennuflokk og úttakið, en straumgeta hans er ekki sú sama og transistorsins. Reléspóla sem dregur 100 mA stöðugt getur framleitt stuttan straum af svipaðri stærð þegar slökkt er á; segulloka með mikinn induktans getur framleitt meira.

Fyrir álag með háum induktans eða tíðar rof er utanaðkomandi díóði með hærra straummet ódýr trygging. Settu hann yfir álagið, ekki yfir drifrásina, svo lykkjan sé stutt.

8. Athugunarlisti fyrir staðgengil

Útsetning og jarðtenging

Drifrekillinn ber álagsstraum, ekki stýristraum. Haltu afturleið álaganna aðskilinni frá rökjarðtengingu þar til einum stjörnupunkti, annars mun rofstraumurinn lyfta rökviðmiðinu og valda fölskum kveikingu.

Setjið COM-tenginguna nálægt hylkinu og látið hana hafa stutta, breiða leið. Klemmustraumurinn flæðir um þann pinna við hvert slökkviatburð og þunn leið bætir við spanviðnámi sem gerir díóðuna gagnslausa.

Fyrir DIP-hylki er sæti þægilegt í frumgerðir og áhætta í framleiðslu. Sæti auka snertiviðnám og spanviðnám einmitt þar sem klemmustraumurinn flæðir.

Algengir bilunarhamir

Ein rás óvirk.Venjulega vantar COM-tengingu eða óklemmt spanálag. Athugaðu álagshliðina fyrst, síðan drifrekilinn.

Allar rásir veikar.Venjulega er það inngangsdrifið: 3.3 V rökfræði inn í 10.5 kΩ íhlut, eða raðviðnám bætt við fyrir slysni. Mælið inngangsspennuna á pinnanum, ekki á örtölvunni.

Óstöðug skipting.Venjulega jarðtenging: afturleið álagsins deilir leið með afturleið rökfræðinnar, og skiptistraumur hliðrar viðmiðinu.

9. Prófunaráætlun

Munur vegna annars framleiðanda kemur fram í mettunarspennu við lágan grunnstraum og í framspennufalli klemmidíóðunnar. Bæði eru tilgreind með lágmarks- og hámarksgildum; berið saman hámarksgildin, ekki dæmigerðu gildin, þegar hönnunin er nálægt mörkum.

Bifreiða- og iðnaðarathugasemdir

Q-grade afbrigðið er tilgreint fyrir bifreiðanotkun og hefur samsvarandi hæfingu. Það er ekki einfaldlega hitastigsmetið afbrigði af staðalhlutanum: hæfingarskjöl eru hluti af vörunni.

Fyrir iðnaðarhönnun eru viðeigandi spurningar umhverfishiti inni í hylkinu og fjöldi rása sem geta verið virkar samtímis. Báðar eru hitaspurningar og báðum er svarað með mælingu frekar en með einkunn gagnablaðsins fyrir hverja rás.

10. Kostnaður og framboð

Þetta er ein ódýrasta drífsamrásin á markaðnum, þannig að verðmunur milli birgja mælist í brotum úr senti. Framboð, pakkning og samræmi varaframleiðenda skipta meira máli.

Varaframleiðendur eru algengir og almennt ásættanlegir fyrir notkun utan bíla. Fyrir bíla skal nota Q-flokks afbrigðið og staðfesta hæfisskjöl, því staðlaða hlutinn er ekki staðgengill fyrir AEC-Q100 tæki.

Magn á spólum og dagsetningarkóðar skipta enn máli: ódýr spóla af gömlu birgðum sem hefur verið geymd illa getur kostað meira í endurvinnu en hluturinn sem sparaðist.

Hagnýta reglan fyrir staðgengil: samræma fjölda rása og inntaksviðnám, staðfesta að klemmdíóðurnar séu innbyggðar og að COM sé tengt, mæla síðan mettunarspennuna við álagsstrauminn og athuga hitastig pakkningar með hverri rás sem verður kveikt á samtímis. Allt annað er aukaatriði.

11. Algengar spurningar

Er ULN2004A bein staðgengill fyrir ULN2003A?

Það passar í sama sæti en hefur mun stærra inntaksviðnám. Með 3.3 V rökfræði getur úttakið ekki mettað að fullu. Athugaðu inntaksstraum og mettunarspennu.

Get ég notað ULN2803A í staðinn?

Nei. Það hefur átta rásir og annan pakka og pinnaútlit. Það er virknileg uppfærsla, ekki staðgengill.

Hvers vegna bilar relérásin mín eftir nokkrar vikur?

Venjulega er COM-pinninn ekki tengdur, þannig að innri klemmdíóðan hefur engin áhrif og bakslagið rýrir úttakstransistorinn.

Get ég rekið LED frá úttakinu til jarðar?

Nei. Úttakið dregur straum til jarðar. Tengdu LED frá aflgjafanum í gegnum viðnám við úttakið.

Hversu margar rásir má keyra á 500 mA í einu?

Aðeins eina í reynd, vegna hitamyndunar í pakkanum. Lækkaðu heildaraflið frekar en að telja rásir og mældu hitastig pakkans með húsið lokað.

Þarf ég ytri díóður fyrir 24 V relé?

Ekki vegna spennunnar einnar; innri díóðurnar eru metnar fyrir 50 V flokkinn. Bættu við ytri díóðum ef álagsstraumurinn eða straumtoppurinn fer yfir innra þol.

12. Heimildir

• Vörusíða TI ULN2003A:ti.com
• Skjöl ST ULN2003:st.com
• Drægjaúrval onsemi:onsemi.com