Uln2003a схема включения в стиральной машине
Обновлено: 14.05.2024
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.
Делался прибор по схеме:На 1-7 ножку колодки(куда будет сажаться DIP-микросхема или переходник на SMD микросхему)припаиваются кнопки на замыкание(любые в зависимости от будущего корпуса)у меня корпус -подкассетник от обычной аудио кассеты.
Второй вывод кнопки соединяются все вмести и через резистор 1кОм соединяется с плюсом.На 8 и 9 ножку питание 12 вольт от блока питания или как я сделал от DC-DC преобразователь(покупал в Китае).На 10-16 припаиваются светодиоды(любые какие есть,но при этом все одинаковые) аноды светодиодов соединяются вместе и через резистор соединяется с плюсом.Резистор подбирается от 700 Ом-2 кОм в зависимости от светодиода .
Принцип работы-как только замыкаешь одну из кнопок на 1-7 ножку микросхемы приходит положительный потенциал и засвечивается светодиод.Если при установки микросхемы какой то диод засвечивается то пробит ключ в микросхеме или наоборот при замыкании кнопки какой то диод не светится-значит обрыв ключа.Если пользоваться блоком питания,то на 9 ножку нужно установить ограничивающий резистор 5-20 Ом(для того если проверяющая микросхема пробита).В моей ситуации DC-DC преобразователь отключает питание при замыкании.
В качестве батарейки любой Li-on аккумулятор и зарядник. Можно просто две батарейки на 1.5 вольта и зарядник не нужен.Для меня проблема было достать подкасетник(так как в своё время всё выкинул) и переходник с DIP16 на SOP16 (заказывал в Китае 230 рублей и ждал месяц) остальное всё из доноров.Колодка от старого программатора.Всё спасибо.
Микросхема ULN2003 (ULN2003a) по сути своей является набором мощных составных ключей для применения в цепях индуктивных нагрузок. Может быть применена для управления нагрузкой значительной мощности, включая электромагнитные реле, двигатели постоянного тока, электромагнитные клапаны, в схемах управления различными шаговыми двигателями и другие.
Микросхема ULN2003 — описание
Краткое описание ULN2003a. Микросхема ULN2003a — это транзисторная сборка Дарлингтона с выходными ключами повышенной мощности, имеющая на выходах защитные диоды, которые предназначены для защиты управляющих электрических цепей от обратного выброса напряжения от индуктивной нагрузки.
ULN2003 относится к семейству микросхем ULN200X. Различные версии этой микросхемы предназначены для определенной логики. В частности, микросхема ULN2003 предназначена для работы с TTL логикой (5В) и логических устройств CMOS. Широкое применение ULN2003 нашло в схемах управления широким спектром нагрузок, в качестве релейных драйверов, драйверов дисплея, линейных драйверов и т. д. ULN2003 также используется в драйверах шаговых двигателей.
Структурная схема ULN2003
Принципиальная схема
Характеристики
Аналог ULN2003
Ниже приводим список чем можно заменить ULN2003 (ULN2003a):
- Зарубежный аналог ULN2003 — L203, MC1413, SG2003, TD62003.
- Отечественным аналогом ULN2003a — является микросхема К1109КТ22.
Микросхема ULN2003 — схема подключения
Зачастую микросхему ULN2003 используют при управлении шаговым двигателем. Ниже приведена схема включения ULN2003a и шагового двигателя:
ULN2003a — схема подключения
Дополнительное описание на русском языке ULN2003а приведено в datasheet.
Шаговый двигатель — это мотор, который управляется несколькими электромагнитными катушками. На центральном валу – роторе – расположены магниты. В зависимости от того, есть ток на катушках, которые находятся вокруг вала, или нет, создаются магнитные поля, которые притягивают или отталкивают магниты на роторе. В результате вал шагового двигателя вращается.
Подобная конструкция позволяет реализовать очень точное управление углом поворота ротора шагового двигателя относительно катушек – статора. Можно выделить два основных типа шаговых моторов: униполярные и биполярные шаговые двигатели.
Униполярные шаговые двигатели имеют пять или шесть контактов для подключения и четыре электромагнитные катушки в корпусе (если быть более точными, то две катушки, разделенные на четыре). Центральные контакты катушек соединены вместе и используются для подачи питания на двигатель. Эти шаговые моторы называются униполярными, потому что питание всегда подается на один из этих полюсов.
Внешний вид и схемы подключения ULN2003 приведены на изображениях ниже.
Описание:
Модуль драйвера шагового двигателя ULN2003 подключается к Arduino контактами IN1 – IN4 к D8 – D11 соответственно. Для подачи питания на мотор, рекомендуется использовать внешний источник питания 5 В с силой тока 500 мА. Вал шагового двигателя в результате выполнения данного примера будет делать один полный оборот в одну сторону, затем в обратную.
Мы изучили основу любого модуля управления бытовой техники — блок питания. Это очень важный и первостепенный узел, который необходим для любого микроконтроллера, и чтобы лучше понять принципы давайте возьмем за пример модель монархического государства. В таком государстве есть царь/король(процессор) или управляющая элита (микроконтроллер) в которой весомую роль имеет монарх. Т.е. в составе микроконтроллера всегда есть процессор, который не взаимодействует с внешним миром, только с элементами своей микросхемы. Основной принцип существования государства это деньги и их регулярность, о чем мы говорили в прошлых двух уроках (блок питания).
Каким бы великим не был правитель, без своих подданных (симистор, реле) и беспрекословного выполнения его команд он ничто. Вряд ли гитлер или наполеон был сильнее любого своего солдата или командира подразделения, но все они в него верили и беспрекословно выполняли команды. Правитель не может отдавать команды напрямую исполнителю, для этого существуют посредники, которые находятся между ними. Представим что наш царь очень стар и не может говорить громко, поэтому у него есть два вида приближенных лиц. Исполнители и Наблюдатели, одни исполняют волю царя усиливая малейший шёпот и желание, вторые наблюдают за исполнением, находят несогласных и мятежников, все записывают и шепчут на ухо правителя. Очень часто от рук наблюдателей и страдает царь, а в нашем случаем микроконтроллер.
Принцип работы реле на макетной плате
Рубильник 21 века — электромагнитное реле
Исполнительные элементы модуля управления стиральной машины состоят из реле и симисторов. Реле это элемент автоматического устройства (а стиральная машина у нас автоматическая), которое замыкает или размыкает цепь. Там где нагрузка достаточно высокая применяют именно реле, так как включать нагревательный элемент через симистор очень дорого и не надежно. Большинство реле в модулях управления питаются постоянным током от блока питания, т. е. для их включения используется напряжение с блока питания, а управляют они напряжением напрямую из сети. При этом напряжение питание реле не обязательно стабилизировать, так как из первого урока видно работу реле на 5-6 вольтах вместо положенным 12 вольт, но по расчетам конструктором при 12 вольтах прижим контактов будет самый оптимальный и они не будут подгорать, но очень часто эти расчеты дают сбой или же происходит механический износ и контакты реле все же подгорают, что создает проблемы в модуле.
Полупроводники вместо кучи реле и рубильников
Симистор это полупроводниковый элемент, который по принципу очень похож на реле, но в отличие от него имеет три контакта, а не пять, назовем их вход, выход и управление, хотя но уму это некорректно, но моя задача объяснить, а не блеснуть умом, что дело до профессора который говорит наверное очень умные и важные вещи, если его никто не понимает, а Вот шут может высмеять кого-то и показать со стороны так, что он поймет и задумается, поэтому я не боюсь быть шутом и называть TNY шимкой или не анод/катод, а вход/выход, делается это исключительно для увеличения числа тех кто понял и усвоил материал и я прошу у Вас прощение, если где-то написал или сказал неточность, возможно это сделано осознанно.
Сигнал на включение реле двигателя до и после ULN2003
Промежуточные усилители сигнала
Для работы реле на большинстве плат требуется напряжение 12 или 24 вольта, а микроконтроллер может обеспечить только 3.3 или 5 вольт, как же быть в этом случае?
Для усиления сигнала контроллера используются транзисторные ключи или сборки таких ключей в одном корпусе, как например широко известная микросхема ULN2003.
Так же, как и для реле для симисторов часто недостаточно слабого сигнала микроконтроллера и его усиливают точно таким же образом.
Справедливости ради, скажу, что на некоторых платах, например, на рассмотренной в предыдущем уроке EVO 2, симисторы КЭНов и УБЛ управляются напрямую от микроконтроллера, в этом есть большой недостаток: при повреждении(сгорании) симистора может быть повреждён микроконтроллер, а например на Аркадиях, где симисторы управляются транзисторными ключами, вероятность повреждения контроллера значительно ниже.
На данных схемах представлены типовые узлы таких усилителей, они подобны практически на всех блоках управления, изменяются лишь номиналы, и то незначительно
*Лайфхак: Если у Вас сгорел симистор КЭНа или например, сливной помпы и номиналы не видны, в большинстве случаев номиналы можно посмотреть на подобном же узле на этой же плате, например на цепи управления 2 КЭНом, т. к. они строятся аналогично.
Регулировка оборотов двигателя
Если симистор может иметь только два состояния, вкл и выкл, то как он регулирует обороты двигателя? На помощь приходит фазоимпульсная регулировка мощности. (считаю что один раз стоит упомянуть название для общего развития)
Сравнение работы симистора двигателя на разных оборотах
Мы рассмотрели исполнительные элементы модуля управления и в следующем уроке рассмотрим наблюдательные элементы, но перед этим немного рассмотрим разновидности модулей Arcadia 1 - Arcadia 2 и вспомним основные их неисправности
Разновидности модулей Arcadia ½
Ключевое отличие Аrcadia первой версии от второй в микроконтроллере, так на первой версии стоял MC9S08GB60A (Freescale семейство HCS08), а во второй Аrcadia r5f21276 (Renesas семейство R8C), относительно этого делятся версии Arcadia, у которых есть еще Arcadia 3 и Windy(см. следующий урок)
Версии Arcadia по пинам и УБЛ
По пинам
В свою очередь семейство Arcadia 1 делится на две группы по разъему J5 (датчик NTC и КЭН), бывают 8 пиновый и 9 пиновый модуль (пин — это контакт), Arcadia 2 не встречается с 8 пиновым разъемом J5
По блокировке
В качестве вектора деления модулей так же можно понимать устройство блокировки люка, о чем мы писали в одной из статей, и встречаются три разновидности:
1. Версия без диодов и без нулевого резистора (Arcadia 1 8 PIN и Arcadia 1 9 PIN)
2. Версия с диодами, но без нулевого резистора (Arcadia1 9 PIN и Arcadia 2)
3. Версия с нулевым резистором для быстрой блокировки (Arcadia 2)
По блоку питания
Субблоки питания в модуля Arcadia были в двух вариантах, первый вариант на TNY264 о которой мы говорили в прошлом уроке, а второй на полевом транзисторе 1NK60Z, последние мы не рекомендуем использовать и всегда стараемся заменить на TNY, так как они проще в ремонте и на наш взгляд более надежны.
Основные неисправности модулей Arcadia 1 и 2 мы перечислим и разберем в открытой статье и видео в конце недели, так мы стараемся давать часть информацию в открытом доступе, чтобы те у кого нет возможности оплатить курсы тоже получили часть информации, ну и конечно же давая часть информации в открытом доступе мы рекламируем полный курс, в чем нет ничего плохого, так как именно благодаря Вашей оплате мы имеем возможность оплатить аренду и работу специалистов, за что Вам большое спасибо
Здравствуйте, друзья! Новая страничка для датагорского справочника.
Кто хоть раз пользовался ULN2003/ULN2803, тот сразу же оценил, насколько это удобная штука. 7 или 8 транзисторов Дарлингтона в одном компактном корпусе, что экономит много места на плате и много сил при монтаже, когда надо коммутировать множественные нагрузки. И все же, при всей своей популярности, они морально устарели. Биполярным ключам свойственны значительные потери, особенно заметные при небольшом напряжении питания. Кроме того, иногда нужно коммутировать плюсовое плечо питания нагрузки, а ULNки существуют только в одном варианте полярности.
Нам понадобилось с помощью ШИМ управлять яркостью светодиодов подсветки в самолете. По сути это абсолютно точно такие же светодиоды, как и любые другие обычные, но имеют авиационную сертификацию, поэтому исходя из требований авиационной бюрократии, у нас не было других вариантов.
А у этих светодиодов есть особенность: корпус монтируется с помощью болта, который одновременно является минусовым контактом. Т.е. коммутация возможна только по положительному плечу питания. ULN воткнуть невозможно, а несколько отдельных транзисторов, по одному для каждой группы - некуда, да и не очень хочется. А если б был вариант чего-то похожего на ULN, но другой полярности?
Я лишь упомяну несколько наиболее заметных.
TBD62003 - 7 N-канальных ключей, замена для ULN2003
TBD62083 - 8 N-канальных ключей, замена для ULN2803
TBD62786 - 8 P-канальных ключей, управляется напряжением относительно плюса питания
TBD62783 - 8 P-канальных ключей, управляется напряжением относительно минуса питания
Вот последняя микросхема особенно интересна. Обычно земля микроконтроллера это земля всего устройства, следовательно, шевелить P-канальным ключом с помощью ножки МК неудобно, нужно как-то сдвигать уровни.
В TBD62783 проблема уже решена.
Для сравнения TBD62786.
В итоге TBD62783 на Маузере в наличии не оказалось, времени на ожидание не было, пришлось использовать TBD62786. Зацепили плюс питания МК на +28В бортового питания, а землю МК с помощью 5V стабилитрона сдвинули на 5V вниз относительно этих +28В.
Коряво, но всё работает.
Читайте также: