Amplification de puissance ON/OFF : le ULN 2x03¶

Description¶

La famille des ULN2x003 sont des circuits intégrés au format DIL (ou CMS), qui réalise une fonction d'amplificateur inverseur ON/OFF.

Le x correspond à un numéro : en pratique, çà sera des circuit ULN2003 ou ULN2803

Ces circuits sont intéressants pour plusieurs raisons :

ils acceptent en entrée des niveaux HAUT dès 2.7V et donc sont compatible 3.3V
ils assurent une amplification jusqu'à 500mA par voie unitaire (pour quelques mA sur la broche de commande logique)
ils assurent également l'adaptation en tension
ils disposent de diodes internes de protection
le brochage est particulièrement simple et pratique avec un face à face entre broche de commande et broche commandée amplifiée.

Bref, ce sont des circuits polyvalents et pour ainsi dire vite incotournables dès lors que l'on utilisent une carte à micro-contrôleur.

Info

Ces circuits ne gèrent pas l'inversion de polarité et par conséquent ne permettent pas le contrôle du sens de rotation d'un moteur par exemple. Voir "Pont en H" pour cette fonction.

Fonction¶

Ce circuit très répandu et bon marché (<2 Euros) est au format DIL 18 est constitué de 8 étages d'amplification ON/OFF inverseurs

Chaque étage :

peut-être commandé par une entrée numérique
et peut fournir 500mA en sortie, sous une tension pouvant aller jusqu'à 50V.

Brochage¶

Le brochage de ce CI est très simple et très pratique :

2 broches d'alimentation : 0V (broche 9) et V+ (broche 10).
8 broches d'entrées de commande numériques (1 à 8) face chacune à une broche de sortie de puissance (10 à 18)

Principe de fonctionnement¶

Le fonctionnement est très simple. Pour chaque étage, on a :

entrée numérique	Tension Sortie	Effet
HAUT	0V	MARCHE
BAS	V+(+5V à +50V !)	ARRET

Attention à bien comprendre le mode de fonctionnement

Ainsi, la sortie de puissance est le reflet inversé de l'entrée de commande et l'élément électrique commandé est en MARCHE sur le niveau HAUT, correspondant à un niveau bas en sortie

Circuit de fonctionnement type¶

Les éléments électriques à commander doivent être connectés entre le V+ et une broche de sortie :

C'est le niveau HAUT, et uniquement le niveau HAUT, qui peut commander la mise sous tension de l'élément commandé.
Ainsi, il n'est pas possible de commander l'élément électrique par un niveau BAS, en connectant l'élément entre la sortie et le 0V. Ceci limite le fonctionnement de l'ULN2803 à un fonctionnement ON/OFF simple.

Plusieurs avantages :¶

amplification ON/OFF sur 8 voies !
entrée numérique en face de la sortie amplifiée !
petite taille (simple boitier DIL)
pas cher et répandu
adaptation en tension de 6V à 30V
adaptation en intensité jusqu'à 500mA/voie
possibilité de coupler les voies 2 à 2
rapide = laisse passer impulsions PWM (le délai de transmission est de l'ordre de la nano-seconde)

Transparent à la PWM

Ces CI sont "transparents" à la PWM, ce qui veut dire que l'on peut contrôler la vitesse de rotation d'un moteur CC par exemple qui serait contrôlé par un tel étage.

Utilisation partielle possible

Une grand souplesse de ce circuit est la possibilité de n'utiliser qu'une partie des étages inverseurs, en laissant non-connecté les sorties inutilisées, sans risque pour le circuit.

Alimentation du circuit de sortie doit être bien dimensionnée !

Si on utilise toutes les broches, il faut impérativement que l'alimentation du circuit de puissance "suive" et soit capable de fournir 0.5A x 8 = 4A... ou selon ce qui est utile.

Truc d'utilisation¶

Si l'on souhaite disposer d'une intensité de plus de 500mA, on peut coupler plusieurs entrées et les sorties correspondantes :

Pas de contrôle de la polarité !

Bien comprendre que ce type de circuit « ON/OFF » ne permet pas d'inverser la polarité aux bornes du dispositif connecté : pour un moteur, l'ULN2x03 ne pourra donc pas contrôler le sens de rotation mais seulement la vitesse. Le moteur tournera toujours dans le même sens.

Utilisations types :¶

augmentation de l'intensité disponible sur les broches d'un micro-contrôleur, que ce soit pour contrôler un relais, un moteur CC, etc.
adaptation en tension sur les broches d'un micro-contrôleur pour contrôler un dispositif 12V à partir du 3.3V par exemple
ou les 2 simultanément : cas ruban LED RGB "non pixel"
contrôle de moteur pas à pas UNIPOLAIRE (= 5 fils) mais pas les bipolaires (4 fils)

Modules "prêt à câbler"¶

Un module prêt à câbler utilisant cet étage est disponible.

Voir : https://www.keyestudio.com/products/keyestudiouln2003steppermotordriver