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.
Каждый канал (пара Дарлингтона) в ULN2003 рассчитан на нагрузку 500 мА и выдерживает максимальный ток до 600 мА. Входы и выходы расположены в корпусе микросхемы друг напротив друга, что значительно облегчает разводку печатной платы.
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.
Сегодня вы узнаете о четырехфазном шаговом двигателе 28BYJ-48, работающим от постоянного напряжения 5 Вольт. Также существует его модификация на 12 Вольт. Двигатель потребляет значительный ток, а это значит, что мы не можем подключить его напрямую к выводам Arduino. Воспользуемся для этого драйвером двигателя на микросхеме ULN2003.
Технические параметры двигателя 28BYJ-48
- Модель: 28BYJ-48
- Тип двигателя: Униполярный
- Напряжение питания: 5 Вольт, DC
- Количество фаз: 4
- Частота: 100 Гц
- Сопротивление: 50Ω ± 7% (при 25 ℃)
Общие сведения о движке
4-х фазный шаговый двигатель 28BYJ-48 — это бесколлекторный двигатель, имеющий дискретное перемещение (вращение вала осуществляется шагами). На роторе (валу), расположен магнит, а вокруг него находятся катушки. Подавая поочередно ток на эти катушки, создается магнитное поле, которое отталкивает или притягивает магнитный вал, заставляя двигатель вращаться. Такая конструкция позволяет с большой точностью управлять валом, относительно катушек. Принципиальная схема четырехфазного шагового двигателя 28BYJ-48 приведена ниже.
Двигатель называется четырех фазным, из-за того, что в нем содержится две обмотки, которые, в свою очередь, разделены на четыре. (Это отражено на схеме выше). Центральные отводы катушек подключены вместе и служат для питания двигателя. Так как каждая обмотка подключена к питанию, такие двигатели называют униполярными. На роторе 28BYJ-48 расположено 8 магнитов, с чередующимися полюсами (то есть, четыре магнита с двумя полюсами).
На рисунке видно, что внутри расположен редуктор, с примерным передаточным числом в 1:64, если быть точнее 1:63,68395. Это значит, что двигатель за один оборот осуществляет 4075.7728395 шага. Данный двигатель поддерживает полушаговый режим и за один полный оборот может совершать 4076 шага, а точнее за 1° делает примерно 11,32 шага. (4076 / 360 = 11,32).
Режимы работы двигателя:
Чаще всего, при использовании шагового двигателя 28BYJ 48, используют два режима подключения.
- Полушаговый режим — за 1 такт, ротор делает ½ шага.
- Полношаговый режим — за 1 такт, ротор делает 1 шаг.
Ниже представлены таблицы последовательности тактов:
Модуль управления шаговым двигателем ULN2003:
Цифровой вывод микроконтроллера выдает ток до
40 мА, а одна обмотка 28BYJ-48 в пике потребляет
320 мА, то есть, если подключить двигатель напрямую, микроконтроллер сгорит. Для защиты был разработан модуль шагового двигателя ULN2003, в котором используется микросхема ULN2003A (состоящая из 7 ключей), которая позволяет управлять нагрузкой до 500 мА (один ключ). Данный модуль может работать с 5 Вольтовым и 12 Вольтовым двигателем 28BYJ-48. Для переключения необходимо установить или убрать перемычку (по умолчанию перемычка установлена на питание 5 Вольт).
С принципиальной схемой модуля ULN2003 можно ознакомиться на рисунке ниже
- 1 — GND: «-» питание модуля
- 2 — Vcc: «+» питание модуля (5В или 12В)
- 3 — Vcc: «+» питание модуля (перемычка, только при 5В)
- 4 — Vcc: «+» питание модуля (перемычка, только при 5В)
Популярная микросхема ULN2003A является набором из семи мощных транзисторных сборок Дарлингтона с выходными ключами, подключенными по схеме с общим коллектором, для применения в цепях индуктивных нагрузок значительной мощности, включая электромагнитные реле двигателей постоянного тока, электромагнитные клапаны, в схемах управления различными шаговыми двигателями и т.д. Каждый ключ на выходе имеет защитный диод, предназначенный для защиты управляющих электрических цепей от обратного выброса напряжения индуктивной нагрузки.
Ток коллектора каждого ключа ULN2003A может достигать величины 0,5 А, а суммарный ток всех каналов через общий вывод не должен превышать 2,5 А. Максимальное напряжение на выходах ключей равняется 50 В. Входы управления ключами могут непосредственно присоединяться к выходам микросхем как TTL, так и CMOS-логики.
- Номинальный ток коллектора одного ключа: -0,5 А.
- Максимальное напряжение на выходах: 50 В.
- Суммарный ток всех каналов через общий вывод: 2,5 А.
- Защитные диоды на выходах.
- Вход адаптирован к различным видам логических микросхем.
- Возможность применения для управления реле.
- Температурные диапазоны:
- -20…+70 °C (гражданский),
- -40…+85 °C (промышленный),
- -40…+105 °C (расширенный).
Структура сборки ULN2003A
Внутренняя схема для каждой ячейки ULN2003A
Схема включения ULN2003A для управления индуктивной нагрузкой
Области применения: управление реле, шаговыми и бесколлекторными двигателями постоянного тока, освещением, подсветкой мониторов (LED и газоразрядных), линейные драйверы, логические буферы.