آی سی درایور ULN2003APG

آی‌سی ULN2003A/ULN2003APG یک درایور ترانزیستور دارلینگتون است که برای راه‌اندازی بارهای جریان بالا توسط خروجی‌های ولتاژ و جریان پایین (مثل میکروکنترلرها) استفاده می‌شود. این آی‌سی خروجی‌های ضعیف مثل Arduino/ESP32/RPi) ) را به جریان‌های بزرگ‌تر تبدیل می‌کند و قابلیت درایو بارهای القایی مثل موتور و رله را دارد و  یکی از رایج‌ترین درایورها برای موتورها، رله‌ها و LED های پرقدرت است.

ویژگی‌های کلیدی ULN2003APG

• ۷ کانال Darlington Transistor Array
• جریان خروجی هر کانال: تا 500mA
• ولتاژ خروجی قابل تحمل: تا 50V
• دیودهای محافظ داخلی (برای بارهای القایی)
• سازگار با:
  • Arduino
  • AVR
  • ESP8266/ESP32
  • Raspberry Pi

اجزای اصلی برای استفاده از ULN2003

• ورودی‌ها (IN1..IN7)  به پین‌های دیجیتال میکروکنترلر می‌روند.
• خروجی‌ها (OUT1..OUT7) به سیم‌پیچ‌های موتور یا بار متصل می‌شوند.
• پایه COM به V+ بار (مثلاً +5V موتور) وصل می‌شود تا دیود محافظ داخلی فعال شود.
• GND زمین مشترک بین میکروکنترلر و تغذیه موتور.
• 

نحوه‌ی اتصال پایه‌ها

برای موتور استپر 28BYJ-48

·         OUT1 → سیم‌پیچ 1

·         OUT2 → سیم‌پیچ 2

·         OUT3 → سیم‌پیچ 3

·         OUT4 → سیم‌پیچ 4

·         VCC موتور → به منبع 5V

·         IN1..IN4 → چهار پین دیجیتال میکروکنترلر

برای موتور DC ساده

·         OUTx → به یکی از سیم‌های موتور

·         سیم دیگر موتور → مستقیم به 5V یا 12V

·         INx → پین دیجیتال (برای روشن / خاموش)

نحوه‌ی کار

وقتی یک پین ورودی (IN1) از میکروکنترلر High می‌شود، ULN2003 خروجی متناظر (OUT1) را به زمین می‌کشد. این می‌شود همان "سوییچ منفی" موتور. (میکروکنترلر  سیگنال کوچک و  ULN2003جریان بزرگ برای موتور)

راه اندازی و تست

１)  پایه 8، پایه GND است و همیشه باید به زمین وصل شود.

２)  پایه 9 (COM) فقط برای فعال شدن دیودهای محافظ داخلی استفاده می‌شود. اگر بار شما القایی است (مثل موتور یا رله)، باید پایه 9 را به مثبت منبع تغذیه بار وصل کنید (مثلاً 5V یا 12V). اگر خروجی‌ها بار القایی ندارند، نیازی نیست پایه 9 را وصل کنید.

３)  ULN2003 خروجی "مثبت" تولید نمی‌کند. این آی‌سی فقط می‌تواند خروجی را به زمین بکشد (Sink).

４)   به عبارت دیگر:

1.      ورودی = ۱ → خروجی به زمین وصل می‌شود

2.      ورودی = ۰ → خروجی رها (Hi-Z) و مدار باز می‌شود

５)  چون خروجی فقط به زمین وصل می‌شود، بار باید از طرف مثبت تغذیه شود. یعنی شما مثبت موتور/LED/RelaY را مستقیم به +V وصل می‌کنید و منفی آن را به خروجی ULN2003 می‌دهید تا ULN2003 آن را زمین کند.

６)  ULN2003 هرگز خروجی را "۱" نمی‌کند. به همین دلیل مناسب درایو کردن بارهایی است که باید از سمت منفی سوئیچ شوند (negative switching).

کنترل استپر موتور با ULN2003

برای حرکت موتور استپ:

·         باید سیم‌پیچ‌ها را با توالی مناسب (Sequence) فعال کنی:

full Step :در 4مرحله 

Half Step :در 8 مرحله (سافت‌تر و دقیق‌تر)

ULN2003 فقط نقش سوئیچ توان بالا را بازی می‌کند، منطق کنترل با میکروکنترلر است.

نحوه‌ی اتصال ULN2003APG به استپر 28BYJ-48 به صورت گام به گام + شماتیک و نکات مهم:

https://energiazero.org/cartelle/meccatronica/arduino/28BYJ-48%20Stepper%20Motor%20with%20ULN2003%20Driver%20and%20Arduino%20Tutorial.pdf

نکات کلیدی مهم

نکته 1: زمین مـــشــتــرک

همیشه GND موتــور و GND میکروکنترلر مشترک باشند.

⭐ نکته 2: پایه COM را فراموش نکن

پایه COM را به +V موتور وصل کن (مثلاً 5V) تا دیودهای داخلی Flyback هنگام برگشت جریان القایی عمل کنند.

⭐ نکته 3: منبع تغذیه جداگانه توصیه می‌شود

برای استپر یا موتور DC:

·         5V — 1A یا بیشتر

·         میکروکنترلر را با همان منبع موتور تغذیه نکن (نویز ایجاد می‌کند).

⭐ نکته 4: ULN2003 جهت موتور را تغییر نمی‌دهد

برای چرخش دوطرفه DC باید H-Bridge باشد. ULN2003 فقط روشن/خاموش می‌کند.

⭐ نکته 5: هر کانال فقط تا 500mA

اگر موتور قوی‌تر است از درایورهای دیگر استفاده کن.

کاربردهای اصلی ULN2003APG

درایو کردن موتورهای پله‌ای (Stepper Motor)

• پرکاربردترین استفاده‌ی ULN2003
• معمولاً برای موتورهای 28BYJ-48 استفاده می‌شود.
• آی‌سی ۷ ورودی دارد و می‌تواند ۷ سیم‌پیچ را کنترل کند (اما برای استپر معمولاً از 4 کانال استفاده می‌شود).

  راه‌اندازی رله

• چون رله‌ها جریان بیشتری نیاز دارند (۲۰ تا ۱۰۰ میلی‌آمپر)، ULN2003 به راحتی آن‌ها را از طریق میکروکنترلر کم‌جریان مثل Arduino یا AVR کنترل می‌کند.
• دیود هر کانال برای محافظت در برابر ولتاژ برگشتی رله وجود دارد.

کنترل موتورهای DC کوچک

• موتورهای DC می‌توانند توسط هر کانال تا حدود 500mA درایو شوند.
• البته برای کنترل جهت (چپ/راست) باید H-Bridge استفاده شود، ولی برای روشن/خاموش کردن موتور DC، این آی‌سی مناسب است.

راه‌اندازی LED های پرقدرت یا نوار LED

خروجی جریان بالا دارد؛ بنابراین برای LEDهای توان بالا یا نوارهای LED مناسب است.

کاربرد در بارهای سلفی و القایی

• وجود دیودهای Flyback داخلی از میکرو‌ کنترلر در برابر ولتاژهای خطرناک محافظت می‌کند.
• مناسب برای:
  • • شیر برقی‌ها (Solenoid)
    • بیزرهای فعال (Active Buzzer)
    • قفل‌های الکترونیکی