——South China FAE Skylar Li

低壓小功率的步進電機被廣泛用于家電領域，為了控制此類電機，我們通常使用達林頓晶體管來實現對其的驅動。TI的ULN2003A達林頓晶體管不僅成本低而且設計簡單，在家電行業里廣受好評。

ULN2003A達林頓晶體管是一個 "開關陣列"，控制邏輯由 MCU 產生，它本身不產生控制信號，作用是：放大 MCU 的控制信號、電流驅動電機線圈，從而將低電平信號驅動較高電壓/電流的負載。ULN2003A內部有7個通道，單個通道輸出額定為500mA的集電極電流，以下為單個通道達林頓晶體管的內部框圖。

每個達林頓晶體管對都串聯了一個2.7kΩ的基極電阻，這種設計使得ULN2003A能夠在5V的工作電壓下直接與TTL和CMOS電路連接，無需額外的邏輯緩沖器。MCU發送控制信號給ULN2003A的輸入端口，當輸入信號為高電平時，相應的輸出通道會導通，允許電流流過，輸出端口上的電壓接近電源電壓，從而驅動負載工作。四相八拍步進電機常用來作為負載。

四相八拍（Half-Step）是步進電機的一種驅動方式，特點如下所示：

• 電機有4個相位（A、B、C、D）;
• 控制時通過特定的 8 步激勵序列，逐步切換線圈導通;
• 每走8步，電機轉動一個完整的"電氣周期";

由此，ULN2003A連接四相八拍步進電機的示意圖如下所示：

四相八拍步進電機采用單相勵磁（1相通電）和雙相勵磁（2相通電）交替進行的控制策略，來實現更精細的步距角控制，控制邏輯如以下表格（1 表示通電，0 表示不通）：

這個激勵順序不斷循環，電機會按設定的方向、速度進行旋轉，如下圖電機轉動方向，反轉時，控制時序倒過來控制即可。

同時，四相八拍步進電機的A、B、C、D相的輸入波形如下圖所示，單相雙相交替導通，有序運行。

然而，在實際驅動步進電機時，可能因為電機功率較大需要更高的電流，單顆ULN2003A可能無法可靠驅動，就需要用到兩顆ULN2003A芯片一起并聯驅動。常見的方法是把A、B兩相接其中一個ULN2003A，C、D兩相接另一個ULN2003A，但是這樣會造成一些隱患。我們從圖三和圖四可以看到，以A相和B相為例，當這兩相同時通電時，轉子轉向45°，AB相存在交疊導通的狀態如下圖。

如果A相和B相由同一個ULN2003A驅動，在雙相勵磁（如A+B）時，芯片需要同時提供兩倍的電流（如500mA×2=1A），可能超出芯片的總電流承受能力，導致過熱損壞或者驅動能力下降（輸出電壓降低，步進電機轉矩不足）。同時，如果A相和B相同時導通時，可能會因為芯片內部電路限制導致電流分配不均，影響電機運行平滑性。從下圖6驅動電流和占空比的關系可以看出，當環境溫度為70°C的時候，N=1和N=2在相同的占空比的情況下，ULN2003A支持的最大驅動電流不一樣，所以在僅A相導通和A相與B相同時導通的時候驅動電流有可能會分配不均，進而導致芯片發熱甚至影響電機運行。所以，A相和B相不適合同時由一個ULN2003A驅動。

進而從圖三來看，步進電機的A相和C相是錯相的(相位差180°)，它們是同一繞組的互補端，磁場方向相反，并且不能同時導通，同時導通會導致磁場抵消或短路。因此，倘若將步進電機的A相和C相同時連到同一ULN2003A上，那么工作時A相和C相分開導通，就不會超過ULN2003A的電流承受能力，并且不會存在A相斷電，C相導通或者A相導通，C相斷電的瞬間，可以減少相互干擾。當然，B相和D相也同理。

綜上所述，正確方式應該如下圖所示：

圖示中兩顆ULN2003A分別接電機A、C相和B、D相，這樣兩相不會同時由同一ULN2003A驅動, 這種分組方式可以分擔功率損耗，改善散熱，可確保電機運行穩定、高效，同時保護驅動芯片。

以上總結了ULN2003A的特點，以及使用TI的ULN2O03A如何控7制步進電機的方法。當然，鑒于ULN2003A自身的特點，它不僅可以用在步進電機的驅動上還可以驅動繼電器，燈和顯示屏以及用作邏輯緩沖器，更多的使用場景值得我們發現和探索。