Таймери та драйвери затворівУ виробництві

ULN2003A

Виробник: Texas Instruments

Дані взято з даташиту: Texas Instruments SLRS027P, ред. Rev. P, лютий 2017 р.

7-канальний масив транзисторів Дарлінгтона Texas Instruments ULN2003A у корпусах PDIP-16 та SOIC-16; пробивна напруга колектора 50 V, постійний струм навантаження 500 mA на канал і вбудовані демпферні діоди придушення індуктивних викидів.

КорпусиPDIP-16, SOIC-16

Напруга живлення0 – 50 V

Діапазон температур-20 – 70 °C

Офіційний даташит (PDF)

Технічний огляд

ULN2003A — промисловий стандарт монолітного високовольтного та потужного масиву транзисторів Дарлінгтона виробництва Texas Instruments (технічний опис SLRS027P, переглянутий у лютому 2017 року). Складаючись із семи незалежних NPN пар Дарлінгтона зі спільним заземленим емітером (Pin 8), ULN2003A забезпечує надійне замикання навантаження на землю зі струмом до 500 mA постійно (600 mA піково) на канал та напругою пробою закритого колектора 50 V. Кожен канал містить вбудований послідовний резистор бази 2.7 kΩ та внутрішні резистори стікання база-емітер, що уможливлює пряме підключення до логіки 5 V TTL, CMOS та мікроконтролерів без зовнішніх пасивних компонентів. Мікросхема оснащена вбудованими демпферними діодами зі спільним катодом (Pin 9, COM); з'єднання Pin 9 із позитивною шиною живлення навантаження захищає вихідні каскади з відкритим колектором від руйнівних високовольтних викидів самоіндукції при знеструмленні котушок реле, соленоїдів, крокових двигунів та приводів. Виходи можна з'єднувати паралельно для підвищення сумарного комутованого струму. Стандартні корпуси: 16-вивідний наскрізний пластиковий DIP (PDIP-16, суфікс N) та 16-вивідний планарний SOIC (SOIC-16, суфікс D) з тепловим опором 67°C/W та 73°C/W відповідно.

Розпіновка та альтернативні функції

Інтерактивна розпіновка та призначення виводів корпусу PDIP-16.

Ілюстрація корпусу, а не механічне креслення з розмірами.

16 / 16 виводів

Назва піна	Тип	Толерантність до 5V	Альтернативні функції / деталі
1B	input only	Так	Вхід бази пари Дарлінгтона 1 (активний високий логічний вхід 5V TTL/CMOS із вбудованим послідовним резистором бази 2.7 kΩ)
2B	input only	Так	Вхід бази пари Дарлінгтона 2 (активний високий логічний вхід 5V TTL/CMOS із вбудованим послідовним резистором бази 2.7 kΩ)
3B	input only	Так	Вхід бази пари Дарлінгтона 3 (активний високий логічний вхід 5V TTL/CMOS із вбудованим послідовним резистором бази 2.7 kΩ)
4B	input only	Так	Вхід бази пари Дарлінгтона 4 (активний високий логічний вхід 5V TTL/CMOS із вбудованим послідовним резистором бази 2.7 kΩ)
5B	input only	Так	Вхід бази пари Дарлінгтона 5 (активний високий логічний вхід 5V TTL/CMOS із вбудованим послідовним резистором бази 2.7 kΩ)
6B	input only	Так	Вхід бази пари Дарлінгтона 6 (активний високий логічний вхід 5V TTL/CMOS із вбудованим послідовним резистором бази 2.7 kΩ)
7B	input only	Так	Вхід бази пари Дарлінгтона 7 (активний високий логічний вхід 5V TTL/CMOS із вбудованим послідовним резистором бази 2.7 kΩ)
E	ground	—	Спільний вивід емітерів (заземлення) для всіх 7 каналів драйвера Дарлінгтона (макс. постійний зворотний струм 2.5 A)
COM	power in	—	Спільний катод вбудованих демпферних діодів захисту від індуктивних викидів (повинен підключатися до шини живлення навантаження при комутації індуктивностей)
7C	open drain	Ні	Вихід із відкритим колектором пари Дарлінгтона 7 (споживає до 500 mA постійного / 600 mA пікового струму на землю; захищений діодом до COM)
6C	open drain	Ні	Вихід із відкритим колектором пари Дарлінгтона 6 (споживає до 500 mA постійного / 600 mA пікового струму на землю; захищений діодом до COM)
5C	open drain	Ні	Вихід із відкритим колектором пари Дарлінгтона 5 (споживає до 500 mA постійного / 600 mA пікового струму на землю; захищений діодом до COM)
4C	open drain	Ні	Вихід із відкритим колектором пари Дарлінгтона 4 (споживає до 500 mA постійного / 600 mA пікового струму на землю; захищений діодом до COM)
3C	open drain	Ні	Вихід із відкритим колектором пари Дарлінгтона 3 (споживає до 500 mA постійного / 600 mA пікового струму на землю; захищений діодом до COM)
2C	open drain	Ні	Вихід із відкритим колектором пари Дарлінгтона 2 (споживає до 500 mA постійного / 600 mA пікового струму на землю; захищений діодом до COM)
1C	open drain	Ні	Вихід із відкритим колектором пари Дарлінгтона 1 (споживає до 500 mA постійного / 600 mA пікового струму на землю; захищений діодом до COM)

Основні характеристики

Параметричні характеристики

Параметр	Мін.	Типове	Макс.	Одиниця	Умови вимірювання
Напруга насичення колектор-емітер (100 mA)(VCE(sat)_100)	—	0.9	1.1	V	IC = 100 mA, IB = 250 µA, TA = 25°C
Напруга насичення колектор-емітер (200 mA)(VCE(sat)_200)	—	1.1	1.3	V	IC = 200 mA, IB = 350 µA, TA = 25°C
Напруга насичення колектор-емітер (350 mA)(VCE(sat)_350)	—	1.3	1.6	V	IC = 350 mA, IB = 500 µA, TA = 25°C
Струм відсічки колектора(ICEX)	—	0.1	50	µA	VCE = 50 V, IB = 0, TA = 25°C
Вхідний струм у відкритому стані(II(on))	—	0.93	1.35	mA	VI = 3.85 V, TA = 25°C
Вхідна напруга у відкритому стані (200 mA)(VI(on)_200)	—	2.1	2.4	V	VCE = 2 V, IC = 200 mA, TA = 25°C
Вхідна напруга у відкритому стані (300 mA)(VI(on)_300)	—	2.4	3	V	VCE = 2 V, IC = 300 mA, TA = 25°C
Пряма напруга демпферного діода(VF)	—	1.7	2	V	IF = 350 mA, TA = 25°C
Зворотний струм демпферного діода(IR)	—	0.1	50	µA	VR = 50 V, TA = 25°C
Статичний коефіцієнт передачі струму(hFE)	1000	1000	—	—	VCE = 2 V, IC = 150 mA, TA = 25°C
Затримка поширення при вмиканні(tPLH)	—	0.25	1	µs	VI = 3 V до 50% низького рівня виходу, RL = 100 Ω
Затримка поширення при вимиканні(tPHL)	—	0.25	1	µs	VI = 3 V до 50% високого рівня виходу, RL = 100 Ω
Вхідна ємність(CI)	—	15	—	pF	VI = 0, f = 1 MHz, TA = 25°C
Постійний струм колектора на канал(IC_cont)	—	500	500	mA	Один активний канал, TA = 25°C
Загальний зворотний струм заземлення(IE_total)	—	1500	2500	mA	Зворотний струм спільного емітера Pin 8

Гранично допустимі параметри

Макс. напруга живлення (VDD/VCC)	50 V
Макс. вхідна напруга	30 V
Макс. вихідний струм / струм піна	500 mA
Температура кристала	-20 – 70 °C
Температура зберігання	-65 – 150 °C
Тепловий опір θJA (PDIP-16)	67 °C/W
Тепловий опір θJA (SOIC-16)	73 °C/W

Інженерні нюанси та підводні камені

Реальні апаратні застереження, обмеження розводки плати та помилки кристала, які варто знати до виготовлення.

Критично

Непідключений вивід демпферних діодів COM (Pin 9) при індуктивному навантаженні призводить до пробою колектора

Кожен канал драйвера містить внутрішній швидкий демпферний діод, катод якого з'єднаний із Pin 9 (COM), а анод — із колектором каналу. При комутації індуктивних навантажень (реле, соленоїди, фази крокових двигунів) зникаюче магнітне поле генерує високовольтні викиди самоіндукції (V = -L * di/dt). Якщо Pin 9 залишити непідключеним або під'єднати до помилкової шини, ці викиди перевищать граничну напругу пробою колектор-емітер 50V, спричиняючи лавинний пробій вихідних транзисторів Дарлінгтона та незворотне пошкодження каналу.

Як уникнути

Завжди підключайте Pin 9 (COM) безпосередньо до позитивної шини живлення, від якої живляться індуктивні навантаження (наприклад, +5V, +12V або +24V). При керуванні суто резистивними навантаженнями (світлодіодами) Pin 9 можна залишити вільним, хоча його підключення до шини живлення покращує захист від завад.

Критично

Обмеження сумарної потужності розсіювання корпусу та струму виводу заземлення

Хоча кожен окремий канал розрахований на постійний струм навантаження до 500 mA, одночасне ввімкнення всіх 7 каналів при струмі 500 mA потребувало б 3.5 A сумарного струму через єдиний вивід заземлення (Pin 8), що значно перевищує граничний ліміт виводу 2.5 A. Крім того, при високому постійному струмі сумарне падіння напруги насичення на всіх активних каналах створює значне тепловиділення, яке швидко перевищує допустиму потужність корпусу (1.15 W при 25°C, RthetaJA = 67°C/W для PDIP-16, 73°C/W для SOIC-16), спричиняючи тепловий пробій.

Як уникнути

Розраховуйте сумарне розсіювання потужності корпусу: P_total = sum(V_CE(sat) * I_C * DutyCycle) + sum(V_I * I_I). При безперервній 100% роботі всіх 7 каналів обмежуйте струм кожного каналу до <= 150 mA ... 200 mA. Для потужних навантажень застосовуйте ШІМ, паралельте сусідні виходи або переходьте на DMOS драйвери, такі як Toshiba TBD62003A.

Увага

Падіння напруги насичення Дарлінгтона (від 0.9V до 1.6V) та втрата напруги на навантаженні

Оскільки пара Дарлінгтона складається з двох каскадних біполярних транзисторів NPN, вихідний каскад не може насичуватися нижче V_BE2 + V_CE(sat)1. Тому напруга насичення у відкритому стані V_CE(sat) значно вища, ніж у звичайного насиченого біполярного транзистора або MOSFET із низьким RDS(on). При струмі 100 mA величина V_CE(sat) зазвичай становить від 0.9 V до 1.1 V, а при 350 mA зростає до 1.3 V ... 1.6 V. При живленні низьковольтних навантажень (обмоток 5V реле чи 3.3V індикаторів) ця втрата понад 1V знижує фактичну напругу на навантаженні (обмотка 5V отримує лише 3.7V ... 4.1V), викликаючи постійний нагрів мікросхеми.

Як уникнути

Переконайтеся, що індуктивні котушки надійно спрацьовують при зниженій напрузі (V_LOAD = V_SUPPLY - V_CE(sat)). Для реле 5V перевірте, щоб напруга спрацьовування котушки була <= 3.75V (75% від номіналу). У схемах із живленням 3.3V або батарейних пристроях, де падіння на 1V неприпустиме, замініть біполярний ULN2003A на DMOS масив (наприклад, TBD62003A) із суб-омним опором каналу.

Увага

Обмеження логічного керування від 3.3V мікроконтролерів (недостатній струм бази)

Внутрішній послідовний резистор бази 2.7 kΩ в ULN2003A розрахований саме на рівні логіки 5V TTL та CMOS. При керуванні від сучасних мікроконтролерів 3.3V (таких як ESP32, RP2040 чи STM32) доступна напруга на двох переходах база-емітер Дарлінгтона (2 * V_BE приблизно 1.4V ... 1.7V) створює струм бази лише (3.3V - 1.5V) / 2.7k = 0.67 mA. Цього достатньо для комутації легких навантажень до 100 mA, але недостатньо для повного насичення виходу при великих струмах колектора (300 mA ... 500 mA), що призводить до підвищеної V_CE, зростання розсіюваної потужності та перегріву корпусу.

Як уникнути

Для систем із логікою 3.3V при комутації струмів > 150 mA на канал використовуйте низьковольтну версію ULN2003LV (розраховану на вхідні рівні від 1.8V до 5V) або Toshiba TBD62003A (входи DMOS із низьким порогом), або буферизуйте лінії 3.3V перетворювачем рівнів 5V (наприклад, 74HCT245 або схемою на BSS138).

Аналоги та взаємозамінність

Номер деталі (MPN)	Виробник	Сумісність	Електричні відмінності / нотатки для BOM
ULN2003AN	Texas Instruments	pin to pin drop in	Точний номер для замовлення ULN2003A від виробника у стандартному 16-вивідному наскрізному корпусі PDIP (корпус N).
ULN2003ADR	Texas Instruments	pin to pin drop in	Точний номер для замовлення ULN2003A від виробника у 16-вивідному планарному корпусі SOIC (корпус D) у стрічці на котушці.
MC1413P	ON Semiconductor	pin to pin drop in	Прямий сумісний за виводами аналог 7-канального драйвера Дарлінгтона у корпусі PDIP-16 з ідентичними характеристиками 50 V / 500 mA.
TBD62003APG	Toshiba	differing electrical limits	Сучасний 7-канальний драйвер на DMOS-транзисторах за технологією BiCD у сумісному корпусі DIP-16; замінює пари Дарлінгтона польовими транзисторами з низьким RDS(on), практично усуваючи падіння напруги VCE(sat) та перегрів.

Типові схеми ввімкнення

ULN2003A: 7-канальний драйвер реле та соленоїдів індуктивного навантаження

Топологія: Семиканальний транзисторний ключ Дарлінгтона типу відкритий колектор із вбудованими демпферними діодами зі спільним катодом та фільтрацією шини живлення для 12V реле, соленоїдів і крокових двигунів.

Переглянути схему Відкрити у Web CAD редакторі

Офіційна документація та першоджерела

Офіційні даташити виробників напівпровідників, описи ревізій та технічні керівництва.

DATASHEETTexas Instruments

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

Допоможіть тримати сторінку точною

Знайшли пін, корпус або параметр, що не збігається з даташитом? Повідомте про це.

Повідомити про проблему

Відкриває публічну форму на GitHub, де цю сторінку вже вказано; потрібен безкоштовний акаунт GitHub. Як працюють звіти й підтвердження

Технічний огляд

Розпіновка та альтернативні функції

Основні характеристики

Параметричні характеристики

Гранично допустимі параметри

Інженерні нюанси та підводні камені

Аналоги та взаємозамінність

Типові схеми ввімкнення

ULN2003A: 7-канальний драйвер реле та соленоїдів індуктивного навантаження

Офіційна документація та першоджерела

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

Допоможіть тримати сторінку точною

Схожі компоненти

L293D

NE555P

SN74AUC1G14DBVR

LM2596