Alternativen für ULN2003A
Ein ULN2003A ist ein integrierter Schaltkreis mit 7 bipolaren NPN-Darlington-Transistoren mit offenem Kollektor und gemeinsamen Emitter. Damit kann man eine Spannung bis 50 Volt und einen Strom bis 500 Milliampere pro Ausgang schalten.
Die Eingänge eines ULN2003A eignen sich für die Ansteuerung mit TTL- (Transistor-Transistor-Logik) und CMOS-Signalen (Komplementär-Metalloxid-Halbleiter) mit 5 Volt.
Der ULN2003A hat allerdings ein paar Probleme.
- Der Ausgangsstrom ist abhängig von der Eingangsspannung. Wenn man also keine 5 Volt, sondern vielleicht nur 3,3 Volt am Eingang anlegt, dann erreicht man die 500 mA am Ausgang nicht, sondern nur 200 bis 300 mA.
- Grundsätzlich geht es darum die Spannung für ein Gerät oder Bauteil zu schalten. Leider verliert der ULN2003A an seinen Ausgängen wegen der Darlington-Transistoren zwischen 1,2 und 1,4 Volt. Wer also zum Beispiel 5 Volt schaltet, hat vielleicht nur noch 3,6 Volt für das zu schaltende Gerät oder Bauteil übrig. Das kann zu wenig sein.
Damit ist der ULN2003A für Anwendungen, bei denen nur kleine Spannungen geschaltet werden, nicht das richtige Bauteil. Warum er trotzdem so beliebt ist und oft empfohlen wird ist unklar. Vermutlich ist er sehr gut verfügbar und billig.
Anforderungen an eine Alternative
Gesucht ist eine richtige Alternative zum ULN2003A, die die folgenden Anforderungen erfüllt.
- Der Ausgangsstrom sollte von der Eingangsspannung weitestgehend unabhängig sein.
- Eine Eingangsspannung sollte ohne Nachteile bis runter auf 3,3 Volt möglich sein.
- Der Spannungsverlust am Ausgang sollte sehr gering sein.
- Das Bauteil sollte als IC im DIP-Gehäuse verfügbar sein, damit es zum Experimentieren auf einem Steckbrett verwendet werden kann.
- Die Verfügbarkeit sollte gut sein.
- Und es sollte nicht viel mehr kosten als ein ULN2003A.
Auf der Suche
Alle Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen ist praktisch nicht möglich. Ein direkter Ersatz für den ULN2003A, der mit 3,3V-Logik arbeitet, scheint nur der TPIC2701N zu sein.
- TPIC2701N: Der TPIC2701N ist ein monolithisches 7-Kanal Leistungs-DMOS-Transistor-Array, das aus sieben unabhängigen N-Kanal-Anreicherungs-DMOS-Transistoren besteht, die in einer Common-Source-Konfiguration mit offenen Drains verbunden sind. Der TPIC2701N ist Pin-kompatibel mit den ICs ULN2001A bis ULN2004A, also auch dem ULN2003A. Aber: Dieses Produkt wird nicht mehr hergestellt.
- ULN2003V12: Der ULN2003V12 ist ein 7-Kanal-NMOS-Array-Low-Side-Treiber (20 V) und ist damit die wahrhaftige Alternative für einen ULN2003A. Aber, es gibt ihn nicht in einem DIP-Gehäuse und deshalb scheidet dieses Bauteil als Alternative aus. Außer, es soll auf eine Platine gelötet werden.
- SN75477P: Der SN75477P ist ein Dual-Treiber mit NAND-Logik-Eingängen (100 V) das als 8-poliges DIP verfügbar ist. Es kann einen ULN2003A ersetzen, hat aber nur 2 Kanäle. Es ist deutlich teurer und schlechter verfügbar.
Es gibt noch weitere Alternativen, die hier nicht berücksichtigt wurden, weil sie teilweise ungeeignet sind. Außerdem sind sie weniger gut verfügbar und auch noch viel zu teuer.
Die Suche geht weiter
Akzeptabel wären also auch unorthodoxe Lösungen.
- TPIC6A595NE: Der TPIC6B595 ist ein serielles 8-Bit Schieberegister mit Open-Drain-Ausgängen. Leider ist die softwareseitige Ansteuerung nicht 1:1 mit dem ULN2003A vergleichbar, weshalb diese Lösung komplexer ist und damit ausscheidet.
- Einzelner MOSFET: Eigentlich wollen wir genau das nicht, weil es mit dem MOSFET nicht getan ist. Man braucht in der Regel zwei zusätzliche Widerstände. Außerdem muss er bestimmte Bedingungen erfüllen, was nur wenige MOSFET-Typen können.
Welche MOSFETs wären als Alternative geeignet?
Eine Anforderung ist, dass man auch mit 3,3 Volt schalten kann. Damit ein MOSFET mit 3,3 Volt zuverlässig schaltet, muss er “Logic Level” sein, d. h. eine niedrige Gate-Threshold-Spannung (V_GS(th)) haben. Welche MOSFETs kommen dafür in Frage?
IRLZ34N: N-Kanal MOSFET für 3,3V-Logikpegel (für Low-Side-Schaltung)
- R_DS(on): ~35 mΩ bei V_GS = 5V
- I_D (max): 30 A
- V_GS(th): 1,0 - 2,0 V (perfekt für 3,3V-Logik)
- Gehäuse: TO-220
Alternativen: IRLZ44N aber nicht spezifiziert für 3,3V und STP55NF06L mit geringerem Einschaltwiderstand und höherer Strombelastbarkeit.
IRLZ34P: P-Kanal MOSFET für 3,3V-Logikpegel (für High-Side-Schaltung)
- R_DS(on): ~60 mΩ bei V_GS = -4.5V
- I_D (max): -19A
- V_GS(th): -1.0V bis -2.0V
- Spannung: max. -55V
- Gehäuse: TO-220
Alternativen: FQP27P06 mit etwas höherem R_DS(on) und IRF4905 bei nur 5V-Logik-Pegel
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