Układy Czasowe i Drivery BramekW produkcji

ULN2003A

Producent: Texas Instruments

Dane z noty katalogowej: Texas Instruments SLRS027P, wer. Rev. P, luty 2017

7-kanałowy układ tranzystorów Darlingtona Texas Instruments ULN2003A w obudowach PDIP-16 i SOIC-16; napięcie przebicia kolektora 50 V, 500 mA prądu ciągłego na kanał i zintegrowane diody gaszące.

ObudowyPDIP-16, SOIC-16

Napięcie zasilania0 – 50 V

Zakres temperatur-20 – 70 °C

Oficjalna Nota Katalogowa (PDF)

Przegląd Techniczny

ULN2003A to przemysłowy standard monolitycznego, wysokonapięciowego i wysokoprądowego układu tranzystorów Darlingtona produkowany przez Texas Instruments (karta katalogowa SLRS027P, zrewidowana w lutym 2017 r.). Składa się z siedmiu niezależnych par NPN Darlingtona ze wspólnym emiterem podłączonym do masy (Pin 8), oferując zdolność zwarcia do masy do 500 mA ciągle (600 mA w impulsie) na kanał przy napięciu przebicia wyłączonego kolektora 50 V. Każdy kanał posiada zintegrowany szeregowy rezystor bazowy 2.7 kΩ oraz wewnętrzne rezystory polaryzujące baza-emiter, co pozwala na bezpośrednie sterowanie z poziomów logicznych 5 V TTL, CMOS i mikrokontrolerów bez zewnętrznych elementów biernych. Układ wyposażono w zintegrowane diody gaszące przepięcia ze wspólną katodą (Pin 9, COM); podłączenie pinu 9 do dodatniej szyny zasilania obciążenia chroni stopnie z otwartym kolektorem przed niszczącymi szpilkami samoindukcji powstającymi przy wyłączaniu przekaźników, elektrozaworów i silników krokowych. Wyjścia można łączyć równolegle w celu uzyskania większego prądu. Dostępne obudowy to 16-nóżkowy przewlekany DIP (PDIP-16, oznaczenie N) oraz 16-nóżkowy SOIC (SOIC-16, oznaczenie D) o rezystancjach termicznych odpowiednio 67°C/W i 73°C/W.

Rozkład Wyprowadzeń i Funkcje Alternatywne

Interaktywny rozkład pinów i funkcje wyprowadzeń obudowy PDIP-16.

Ilustracja obudowy, a nie zwymiarowany rysunek mechaniczny.

16 / 16 wyprowadzeń

Nazwa pinu	Typ	Tolerancja 5V	Funkcje alternatywne / szczegóły
1B	input only	Tak	Wejście bazy pary Darlingtona 1 (aktywne wysokie wejście logiczne 5V TTL/CMOS ze zintegrowanym szeregowym rezystorem bazy 2.7 kΩ)
2B	input only	Tak	Wejście bazy pary Darlingtona 2 (aktywne wysokie wejście logiczne 5V TTL/CMOS ze zintegrowanym szeregowym rezystorem bazy 2.7 kΩ)
3B	input only	Tak	Wejście bazy pary Darlingtona 3 (aktywne wysokie wejście logiczne 5V TTL/CMOS ze zintegrowanym szeregowym rezystorem bazy 2.7 kΩ)
4B	input only	Tak	Wejście bazy pary Darlingtona 4 (aktywne wysokie wejście logiczne 5V TTL/CMOS ze zintegrowanym szeregowym rezystorem bazy 2.7 kΩ)
5B	input only	Tak	Wejście bazy pary Darlingtona 5 (aktywne wysokie wejście logiczne 5V TTL/CMOS ze zintegrowanym szeregowym rezystorem bazy 2.7 kΩ)
6B	input only	Tak	Wejście bazy pary Darlingtona 6 (aktywne wysokie wejście logiczne 5V TTL/CMOS ze zintegrowanym szeregowym rezystorem bazy 2.7 kΩ)
7B	input only	Tak	Wejście bazy pary Darlingtona 7 (aktywne wysokie wejście logiczne 5V TTL/CMOS ze zintegrowanym szeregowym rezystorem bazy 2.7 kΩ)
E	ground	—	Wyprowadzenie wspólnego emitera (masa) dla 7 kanałów sterownika Darlingtona (maks. 2.5 A ciągłego prądu powrotnego)
COM	power in	—	Wspólna katoda zintegrowanych diod gaszących przepięcia (musi być połączona z dodatnią szyną zasilania obciążeń indukcyjnych)
7C	open drain	Nie	Wyjście otwarty kolektor pary Darlingtona 7 (zwiera do 500 mA prądu ciągłego / 600 mA w impulsie do masy; zabezpieczone diodą do COM)
6C	open drain	Nie	Wyjście otwarty kolektor pary Darlingtona 6 (zwiera do 500 mA prądu ciągłego / 600 mA w impulsie do masy; zabezpieczone diodą do COM)
5C	open drain	Nie	Wyjście otwarty kolektor pary Darlingtona 5 (zwiera do 500 mA prądu ciągłego / 600 mA w impulsie do masy; zabezpieczone diodą do COM)
4C	open drain	Nie	Wyjście otwarty kolektor pary Darlingtona 4 (zwiera do 500 mA prądu ciągłego / 600 mA w impulsie do masy; zabezpieczone diodą do COM)
3C	open drain	Nie	Wyjście otwarty kolektor pary Darlingtona 3 (zwiera do 500 mA prądu ciągłego / 600 mA w impulsie do masy; zabezpieczone diodą do COM)
2C	open drain	Nie	Wyjście otwarty kolektor pary Darlingtona 2 (zwiera do 500 mA prądu ciągłego / 600 mA w impulsie do masy; zabezpieczone diodą do COM)
1C	open drain	Nie	Wyjście otwarty kolektor pary Darlingtona 1 (zwiera do 500 mA prądu ciągłego / 600 mA w impulsie do masy; zabezpieczone diodą do COM)

Kluczowe Parametry

Parametry

Parametr	Min.	Typowo	Maks.	Jednostka	Warunki pomiaru
Napięcie nasycenia kolektor-emiter (100 mA)(VCE(sat)_100)	—	0.9	1.1	V	IC = 100 mA, IB = 250 µA, TA = 25°C
Napięcie nasycenia kolektor-emiter (200 mA)(VCE(sat)_200)	—	1.1	1.3	V	IC = 200 mA, IB = 350 µA, TA = 25°C
Napięcie nasycenia kolektor-emiter (350 mA)(VCE(sat)_350)	—	1.3	1.6	V	IC = 350 mA, IB = 500 µA, TA = 25°C
Prąd odcięcia kolektora(ICEX)	—	0.1	50	µA	VCE = 50 V, IB = 0, TA = 25°C
Prąd wejściowy w stanie włączenia(II(on))	—	0.93	1.35	mA	VI = 3.85 V, TA = 25°C
Napięcie wejściowe w stanie włączenia (200 mA)(VI(on)_200)	—	2.1	2.4	V	VCE = 2 V, IC = 200 mA, TA = 25°C
Napięcie wejściowe w stanie włączenia (300 mA)(VI(on)_300)	—	2.4	3	V	VCE = 2 V, IC = 300 mA, TA = 25°C
Napięcie przewodzenia diody gaszącej(VF)	—	1.7	2	V	IF = 350 mA, TA = 25°C
Prąd wsteczny diody gaszącej(IR)	—	0.1	50	µA	VR = 50 V, TA = 25°C
Współczynnik wzmocnienia prądowego DC(hFE)	1000	1000	—	—	VCE = 2 V, IC = 150 mA, TA = 25°C
Czas propagacji włączania(tPLH)	—	0.25	1	µs	VI = 3 V do 50% stanu niskiego wyjścia, RL = 100 Ω
Czas propagacji wyłączania(tPHL)	—	0.25	1	µs	VI = 3 V do 50% stanu wysokiego wyjścia, RL = 100 Ω
Pojemność wejściowa(CI)	—	15	—	pF	VI = 0, f = 1 MHz, TA = 25°C
Ciągły prąd kolektora na kanał(IC_cont)	—	500	500	mA	Pojedynczy kanał przewodzący, TA = 25°C
Całkowity powrotny prąd masy(IE_total)	—	1500	2500	mA	Prąd powrotny wspólnego emitera Pin 8

Wartości Maksymalne (Absolute Maximum Ratings)

Maks. napięcie zasilania (VDD/VCC)	50 V
Maks. napięcie wejściowe	30 V
Maks. prąd wyjściowy / pinu	500 mA
Temperatura złącza	-20 – 70 °C
Temperatura przechowywania	-65 – 150 °C
Rezystancja termiczna θJA (PDIP-16)	67 °C/W
Rezystancja termiczna θJA (SOIC-16)	73 °C/W

Pułapki Układowe i Ostrzeżenia Inżynieryjne

Rzeczywiste zastrzeżenia sprzętowe, ograniczenia projektu PCB i errata krzemu, które warto znać przed produkcją.

Krytyczne

Niepodłączony pin diod gaszących COM (Pin 9) przy obciążeniach indukcyjnych powoduje przebicie kolektora

Każdy kanał sterownika posiada wbudowaną szybką diodę gaszącą, której katoda jest połączona z pinem 9 (COM), a anoda z kolektorem kanału. Podczas wyłączania obciążeń indukcyjnych (przekaźniki, cewki, fazy silników krokowych) zanikające pole magnetyczne indukuje impulsy wysokiego napięcia (V = -L * di/dt). Pozostawienie pinu 9 niepodłączonego lub podłączenie do niewłaściwej szyny powoduje przekroczenie napięcia przebicia kolektor-emiter 50V, wywołując lawinowe zniszczenie tranzystorów Darlingtona i trwałe uszkodzenie układu.

Jak temu zapobiec

Zawsze podłączaj pin 9 (COM) bezpośrednio do dodatniej szyny zasilania obciążeń indukcyjnych (np. +5V, +12V lub +24V). Przy sterowaniu obciążeniami czysto rezystancyjnymi (np. diodami LED) pin 9 może pozostać niepodłączony, choć podłączenie go do szyny zasilania zwiększa odporność na zakłócenia.

Krytyczne

Ograniczenia całkowitej mocy strat obudowy i prądu wyprowadzenia masy

Chociaż każdy pojedynczy kanał może przewodzić do 500 mA prądu ciągłego, jednoczesne włączenie wszystkich 7 kanałów przy 500 mA wymagałoby 3.5 A prądu powrotnego przez pojedynczą nóżkę masy (Pin 8), co znacznie przekracza jej limit 2.5 A. Ponadto przy wysokim prądzie ciągłym skumulowane napięcie nasycenia wywołuje wydzielanie znacznej mocy cieplnej, która szybko przekracza dopuszczalną moc strat obudowy (1.15 W przy 25°C, RthetaJA = 67°C/W dla PDIP-16, 73°C/W dla SOIC-16), prowadząc do zniszczenia termicznego.

Jak temu zapobiec

Obliczaj całkowitą moc strat obudowy: P_total = sum(V_CE(sat) * I_C * DutyCycle) + sum(V_I * I_I). Przy ciągłej pracy wszystkich 7 kanałów (wypełnienie 100%) ogranicz prąd pojedynczego kanału do <= 150 mA ... 200 mA. W przypadku większych obciążeń stosuj modulację PWM, łącz wyjścia równolegle lub przejdź na sterowniki DMOS, np. Toshiba TBD62003A.

Ostrzeżenie

Napięcie nasycenia Darlingtona (od 0.9V do 1.6V) i spadek napięcia na obciążeniu

Ponieważ para Darlingtona składa się z dwóch kaskadowych tranzystorów bipolarnych NPN, stopień wyjściowy nie może nasycić się poniżej V_BE2 + V_CE(sat)1. Z tego powodu napięcie nasycenia V_CE(sat) jest znacznie wyższe niż w nasyconym pojedynczym tranzystorze BJT czy tranzystorze MOSFET o niskim RDS(on). Przy 100 mA wynosi typowo 0.9 V do 1.1 V; przy 350 mA wzrasta do 1.3 V ... 1.6 V. Przy zasilaniu obciążeń niskonapięciowych (np. cewek przekaźników 5V lub wskaźników 3.3V) ten spadek ponad 1V obniża napięcie na obciążeniu (cewka 5V otrzymuje tylko 3.7V ... 4.1V), powodując stałe nagrzewanie układu.

Jak temu zapobiec

Upewnij się, że cewki przekaźników pewnie zadziałają przy obniżonym napięciu (V_LOAD = V_SUPPLY - V_CE(sat)). Dla przekaźników 5V sprawdź, czy napięcie zadziałania wynosi <= 3.75V (75% wartości znamionowej). W systemach 3.3V lub zasilanych bateryjnie, gdzie spadek 1V jest niedopuszczalny, zastąp układ scalony ULN2003A wersją DMOS (np. TBD62003A).

Ostrzeżenie

Ograniczenia sterowania z mikrokontrolerów 3.3V (niewystarczający prąd bazy)

Wewnętrzny rezystor bazowy 2.7 kΩ w układzie ULN2003A dobrano pod kątem poziomów 5V TTL i CMOS. Sterowanie z nowoczesnego mikrokontrolera 3.3V (ESP32, RP2040, STM32) przy napięciu przewodzenia dwóch złączy baza-emiter (2 * V_BE ok. 1.4V do 1.7V) daje prąd bazy zaledwie (3.3V - 1.5V) / 2.7k = 0.67 mA. Wystarcza to do wysterowania małych prądów do 100 mA, ale uniemożliwia pełne nasycenie wyjścia przy prądach 300 mA do 500 mA, co zwiększa V_CE, straty mocy i temperaturę układu.

Jak temu zapobiec

W układach z logiką 3.3V sterujących prądami > 150 mA na kanał stosuj wersję niskonapięciową ULN2003LV (wejścia 1.8V do 5V) lub Toshiba TBD62003A (wejścia DMOS o niskim progu), ewentualnie dodaj konwerter poziomów 5V (np. 74HCT245 lub układ BSS138).

Zamienniki i Kompatybilne Układy

Numer części (MPN)	Producent	Kompatybilność	Różnice elektryczne / uwagi do BOM
ULN2003AN	Texas Instruments	pin to pin drop in	Dokładne oznaczenie katalogowe producenta dla ULN2003A w standardowej 16-nóżkowej obudowie przewlekanej PDIP (obudowa N).
ULN2003ADR	Texas Instruments	pin to pin drop in	Dokładne oznaczenie katalogowe producenta dla ULN2003A w 16-nóżkowej obudowie SMD SOIC (obudowa D) na taśmie.
MC1413P	ON Semiconductor	pin to pin drop in	Bezpośredni zamiennik pin w pin 7-kanałowego układu Darlingtona w obudowie PDIP-16 o identycznych parametrach 50 V / 500 mA.
TBD62003APG	Toshiba	differing electrical limits	Nowoczesny 7-kanałowy sterownik BiCD DMOS w zgodnej obudowie DIP-16; zastępuje tranzystory Darlingtona strukturami DMOS o niskim RDS(on), eliminując spadek VCE(sat) i nagrzewanie.

Przykładowe Aplikacje Układowe

ULN2003A: 7-kanałowy sterownik przekaźników i solenoidów obciążeń indukcyjnych

Topologia: Siedmiokanałowy sterownik Darlingtona typu otwarty kolektor ze zintegrowanymi diodami gaszącymi ze wspólną katodą i odsprzęganiem zasilania dla przekaźników 12V, solenoidów i cewek silników krokowych.

Zobacz schemat Otwórz w Edytorze Web CAD

Oficjalna Dokumentacja i Cytowane Źródła

Oryginalne noty aplikacyjne, erraty i specyfikacje producentów półprzewodników.

DATASHEETTexas Instruments

ULN200xA, ULNQ200x High-Voltage, High-Current Darlington Transistor Arrays

Pomóż dbać o poprawność tej strony

Znalazłeś pin, obudowę lub parametr niezgodny z notą katalogową? Zgłoś to.

Zgłoś problem

Otwiera publiczny formularz na GitHubie z już wpisaną tą stroną; potrzebne jest bezpłatne konto GitHub. Jak działają zgłoszenia i potwierdzenia

Przegląd Techniczny

Rozkład Wyprowadzeń i Funkcje Alternatywne

Kluczowe Parametry

Parametry

Wartości Maksymalne (Absolute Maximum Ratings)

Pułapki Układowe i Ostrzeżenia Inżynieryjne

Zamienniki i Kompatybilne Układy

Przykładowe Aplikacje Układowe

ULN2003A: 7-kanałowy sterownik przekaźników i solenoidów obciążeń indukcyjnych

Oficjalna Dokumentacja i Cytowane Źródła

ULN200xA, ULNQ200x High-Voltage, High-Current Darlington Transistor Arrays

Pomóż dbać o poprawność tej strony

Powiązane komponenty

L293D

NE555P

SN74AUC1G14DBVR

LM2596