Перейти к содержанию

TPIC6B595 — сдвиговый регистр с восемью силовыми выходами на 50 В

TPIC6B595 — тот же сдвиговый регистр с защёлкой, что 74HC595, но вместо логических выходов у него восемь силовых DMOS-ключей с открытым стоком: до 50 В и 150 мА длительно на каждый, со встроенным ограничением напряжения для индуктивной нагрузки. Им управляют светодиодами и индикаторами на 12–24 В, реле и соленоидами прямо от SPI микроконтроллера. Разбираем по даташиту TI выводы, логику, токи и сопротивление ключей, пороги входов (3,3-вольтовая логика не подходит), пример со светодиодами на 9–16 В, нагрев и ошибки в документации, включая неверный номер вывода.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

TPIC6B595 (Texas Instruments) — сдвиговый регистр на 8 разрядов с последовательным входом, за которым стоит 8-разрядная защёлка и восемь силовых DMOS-транзисторов с открытым стоком. Логика та же, что у 74HC595: данные вдвигаются по фронту SRCK, переносятся в защёлку по фронту RCK, выход SER OUT передаёт их следующей микросхеме. Но выходы не выдают логический уровень, а замыкают нагрузку на общий провод: единица в разряде — ключ открыт, нагрузка, подключённая к плюсу своего питания, включена. Стоки выдерживают 50 В, поэтому нагрузка может питаться от 12 или 24 В, а логика — от 5 В.

Коротко

  • Логика — питание VCC 4,5–5,5 В; единица на входе от 0,85 · VCC, ноль до 0,15 · VCC.
  • Выходы — 8 ключей на общий провод с открытым стоком, 50 В; 150 мА длительно, 500 мА в импульсе.
  • Ключ — 4,2 Ом типично, до 5,7 Ом при 100 мА и 25 °C, до 9,5 Ом при 125 °C.
  • Индуктивная нагрузка — встроенное ограничение около 50 В, лавинная энергия 30 мДж.
  • Тайминги — установка и удержание SER IN 20 нс, импульс 40 нс; от G до выхода 150 и 90 нс.
  • Корпуса — DIP-20 (N, не рекомендован для новых разработок), SOIC-20 (DW); корпус −40…+125 °C.

Выводы

TPIC6B595, вид сверху: 1 NC, 2 VCC, 3 SER IN, 4 DRAIN0, 5 DRAIN1, 6 DRAIN2, 7 DRAIN3, 8 SRCLR (инверсный), 9 G (инверсный), 10 GND, 11 GND, 12 RCK, 13 SRCK, 14 DRAIN4, 15 DRAIN5, 16 DRAIN6, 17 DRAIN7, 18 SER OUT, 19 GND, 20 NCTPIC6B5951NC2VCC3SER IN4DRAIN05DRAIN16DRAIN27DRAIN38/SRCLR9/G10GND11GND12RCK13SRCK14DRAIN415DRAIN516DRAIN617DRAIN718SER OUT19GND20NCвид сверху
TPIC6B595 в корпусах DIP-20 (N) и SOIC-20 (DW), вид сверху, по рис. 4-1 даташита TI. SRCK — вывод 13 по рисунку; в таблице выводов TI ошибочно указан 15
ВыводОбозначениеНазначение
1, 20NCне подключены
2VCCпитание логики 4,5–5,5 В
3SER INпоследовательный вход данных
4–7, 14–17DRAIN0–DRAIN7стоки силовых ключей (открытый сток на общий провод)
8SRCLR (инверсный)0 — очистка сдвигового регистра
9G (инверсный)разрешение выходов: 0 — выходы по защёлке, 1 — все ключи закрыты
10, 11, 19GNDобщий провод логики и истоков ключей
12RCKперенос в защёлку по фронту
13SRCKсдвиг по фронту
18SER OUTвыход последнего разряда для каскада

Все три вывода GND соединяют с общим проводом: истоки всех ключей внутри подключены к GND (примечание 3 к разд. 5.1), и через эти выводы идёт весь ток нагрузок. По перечню исполнений от 30.03.2026 исполнение TPIC6B595DW в трубках снято с производства, SOIC-20 поставляется на катушках (TPIC6B595DWR), а DIP-20 — TPIC6B595N — имеет статус NRND, то есть не рекомендован для новых разработок. Номинальные размеры тела: SOIC — 12,80 × 7,50 мм, DIP — 25,40 × 6,35 мм.

Как работает

ВходДействие
SRCK ↑сдвиг: SER IN → разряд 0, каждый разряд — в следующий, разряд 7 — на SER OUT
RCK ↑содержимое сдвигового регистра переносится в защёлку
SRCLR = 0сдвиговый регистр очищается
G = 0ключи повторяют защёлку: 1 — ключ открыт, нагрузка включена
G = 1все ключи закрыты независимо от защёлки

Данные вдвигают по SPI или программно: SER IN — данные, SRCK — такт, RCK — защёлка. Несколько микросхем соединяют цепочкой: SER OUT первой на SER IN второй, SRCK и RCK общие. В примере TI (разд. 8.2) два регистра управляют 16 светодиодами: после 16 тактов SRCK один импульс RCK обновляет все выходы сразу. Вывод G удобно подключить к выходу ШИМ микроконтроллера — так регулируют яркость всех светодиодов одновременно. На рис. 8-1 TI вывод SRCLR подтянут к 5 В резистором 10 кОм, а G управляется микроконтроллером. Наш вывод: чтобы при подаче питания нагрузки не включились случайным содержимым защёлки, G тоже подтягивают к VCC резистором, пока микроконтроллер не загрузит данные и не переведёт G в ноль.

Параметры

Условия — −40…+125 °C по корпусу, если не указано иное (разд. 5.3–5.6).

ПараметрМин.Тип.Макс.Условия
Питание логики VCC4,5 В—5,5 Впредел 7 В
Единица на входе VIH0,85 · VCC——
Ноль на входе VIL——0,15 · VCC
Установка и удержание SER IN20 нс——относительно SRCK ↑
Длительность импульса40 нс——
Напряжение пробоя стока50 В——1 мА
Ток стока длительный——150 мАна выход, все включены, корпус 25 °C
Ток стока импульсный——500 мАдо 100 мкс, заполнение до 2 %
Сопротивление ключа rDS(on)—4,2 Ом5,7 Ом100 мА, VCC = 4,5 В
То же—6,8 Ом9,5 Ом100 мА, корпус 125 °C
То же—5,5 Ом8 Ом350 мА
Номинальный ток (0,5 В на ключе)—90 мА—корпус 85 °C
Утечка закрытого ключа—0,1 мкА5 мкА40 В; до 8 мкА при 125 °C
Прямое напряжение диода ключа—0,85 В1 В100 мА
SER OUT, единица / нольот 4 В / до 0,5 В4,2 / 0,3 В—±4 мА, VCC = 4,5 В
Ток логики, все ключи закрыты / открыты—20 / 150 мкА100 / 300 мкАVCC = 5,5 В
Ток логики при сдвиге 5 МГц—0,4 мА5 мА
Задержка G → выход, включение / выключение—90 / 150 нс—100 мА, 30 пФ, 25 °C
Фронт и спад на стоке—200 нс—

Предельные режимы (разд. 5.1): VCC и напряжение входов — от −0,3 до 7 В; сток — до 50 В; ток через диод ключа — 500 мА длительно и 1 А в импульсе; лавинная энергия одиночного импульса — 30 мДж, ток лавины — 500 мА; кристалл −40…+150 °C, корпус −40…+125 °C. Тепловое сопротивление кристалл — среда (разд. 5.4): 75,3 °C/Вт у SOIC-20 и 57 °C/Вт у DIP-20.

Входы 5 В и 3,3-вольтовая логика

Порог единицы задан в долях питания: 0,85 · VCC. Наш расчёт: при VCC = 4,5 В это 3,83 В, при 5 В — 4,25 В, при 5,5 В — 4,68 В. Выход микроконтроллера с питанием 3,3 В этих порогов не достигает, и ошибки сдвига будут зависеть от экземпляра и температуры. Решение — буфер с входами ТТЛ и питанием 5 В, например 74AHCT125: его единица на входе начинается с 2 В, а выход даёт почти 5 В. Микроконтроллеры с питанием 5 В, как ATmega328P в Arduino Uno, работают с TPIC6B595 напрямую.

Пример TI: светодиоды от бортовой сети

Разд. 8.2: два каскадированных TPIC6B595, светодиоды питаются прямо от аккумулятора 9–16 В через резисторы. Для красных светодиодов (2 В, 20 мА при 12 В) — резисторы 500 Ом, для синих или белых (3,3 В, 30 мА при 12 В) — 290 Ом. TI пересчитывает ток при крайних напряжениях: 14 и 28 мА для первых, 19,7 и 43,8 мА для вторых. Падение на ключе в этих формулах не учтено; наш расчёт: при 30 мА и 5,7 Ом на ключе теряется ещё около 0,17 В, ток меньше на 1–2 %. Если разброс тока недопустим, TI советует питать светодиоды от стабилизатора или взять драйвер со стабилизацией тока. Резистор под свой светодиод подбирает калькулятор резистора для светодиода.

Нагрев

Тепловой защиты у TPIC6B595 нет (разд. 8.4.1): ограничение тока — около 500 мА на выход при 25 °C по описанию TI, и оно уменьшается с нагревом, но кристалл может перегреться, если много выходов долго проводят ток. Наш расчёт: восемь выходов по 150 мА при сопротивлении 5,7 Ом рассеивают 8 · 0,15² · 5,7 ≈ 1,03 Вт; в SOIC-20 (75,3 °C/Вт) это перегрев около 77 °C, в DIP-20 (57 °C/Вт) — около 59 °C, а с ростом температуры сопротивление ключей растёт до 9,5 Ом. Поэтому TI показывает на рис. 5-6, что допустимый длительный ток на выход падает с числом одновременно включённых выходов и с температурой корпуса. Для светодиодов по 20–30 мА нагрев мал: 8 · 0,03² · 5,7 ≈ 0,04 Вт.

TPIC6B595, 74HC595 и ULN2003

TPIC6B59574HC595ULN2003
Функциярегистр + 8 ключейрегистр с выходами логики7 ключей Дарлингтона
Выходоткрытый сток до 50 Вдвухтактный, уровни питанияоткрытый коллектор до 50 В
Ток на выход150 мА длительноуровни при 6 мА, предел 35 мАдо 500 мА предельно
Падение4,2–5,7 Ом при 100 мА—насыщение 0,9 В тип., до 1,1 В при 100 мА
Диоды для индуктивной нагрузкинет, лавинное ограничениенетесть, общий катод COM

Значения 74HC595 — по его карточке на сайте (onsemi MC74HC595A/D Rev. 27), ULN2003 — по даташиту TI SLRS027T. Наш вывод: TPIC6B595 заменяет связку 74HC595 + ULN2803 одной микросхемой там, где хватает 150 мА на выход, — для светодиодных индикаторов, ламп и небольших реле.

Расхождения в документации

  • Номер вывода SRCK. В табл. 4-1 SRCK указан на выводе 15 — том же, что DRAIN5, — а на рис. 4-1 и на рисунке разводки рис. 8-3 SRCK находится на выводе 13.
  • Сопротивление ключа. Свойства на с. 1 называют 5 Ом типично, таблица разд. 5.5 — 4,2 Ом при 100 мА и 5,5 Ом при 350 мА.
  • Условия лавинной энергии. Примечание 5 к предельным режимам задаёт испытание при 15 В, индуктивности 1,5 Гн и токе 200 мА, а схема рис. 6-4 — 15 В, 10,5 Ом, 200 мГн и ток 0,5 А; в примечании B к рис. 6-4 ток назван «0,5 мА».
  • Скорость спада тока диода. В разд. 5.6 обратное восстановление нормировано при di/dt = 10 А/мкс, а на рис. 6-3 — 20 А/мкс.
  • Площадка под корпусом. Разд. 8.4.1 говорит, что корпусов с тепловой площадкой у TPIC6B595 нет, и тут же советует переходные отверстия «прямо под площадкой общего провода корпуса».
  • Ограничение тока. Описание обещает ограничение около 500 мА на выход при 25 °C, но в таблицах характеристик такой строки нет.

Частые вопросы

Можно ли управлять TPIC6B595 от Arduino на 3,3 В или ESP32?

Напрямую — нет. Питание логики TPIC6B595 — 4,5–5,5 В, а единица на входе гарантирована только от 0,85 · VCC: 3,83 В при 4,5 В и 4,25 В при 5 В. Сигнал 3,3 В до этого порога не дотягивает. Нужен преобразователь уровня — например, буфер 74AHCT125 с питанием 5 В, у которого единица на входе начинается с 2 В. С Arduino Uno на 5 В TPIC6B595 работает напрямую.

Какой ток выдерживает каждый выход TPIC6B595?

Длительно — 150 мА на выход при включённых всех выходах и температуре корпуса 25 °C, в импульсе до 100 мкс при заполнении до 2 % — 500 мА (разд. 5.1). При нагреве и при большом числе одновременно включённых выходов допустимый ток падает — это показывают рис. 5-6 и 5-7. Сопротивление ключа — 4,2 Ом типично и до 5,7 Ом при 100 мА, поэтому при 150 мА на выходе падает до 0,86 В (наш расчёт).

Нужны ли диоды для реле на выходах TPIC6B595?

Выходы имеют встроенное ограничение напряжения: при выключении индуктивной нагрузки ключ уходит в лавинный пробой около 50 В и поглощает энергию, до 30 мДж в одиночном импульсе. TI позиционирует это как защиту от индуктивных выбросов. Наш вывод: для реле, которое переключается часто, надёжнее поставить внешний диод параллельно обмотке — тогда энергия рассеивается в обмотке и диоде, а не в кристалле, у которого нет тепловой защиты.

Чем TPIC6B595 отличается от 74HC595 с ULN2803?

Функционально это одно и то же: сдвиговый регистр с защёлкой и восемь ключей на общий провод. TPIC6B595 делает это одной микросхемой, а его DMOS-ключи с сопротивлением в единицы ом не имеют насыщения около 1 В, как дарлингтоны ULN. Зато ULN рассчитаны на больший ток — до 500 мА на канал предельно — и имеют встроенные диоды для реле, а TPIC6B595 даёт 150 мА длительно и ограничивает выбросы лавинным пробоем.

Источники

  1. Texas Instruments. TPIC6B595 Power Logic 8-Bit Shift Register (SLIS032D, July 1995, revised April 2025) — с. 1 — свойства (5 Ом, 30 мДж, 150 мА, 50 В, каскад), применения, описание (логика регистров, G, SRCLR, открытый сток 50 В и 150 мА, ограничение около 500 мА, −40…+125 °C), корпуса; с. 3 — рис. 4-1 и табл. 4-1 (выводы; SRCK — 15 в таблице и 13 на рисунке); с. 4 — разд. 5.1 (VCC и входы 7 В, сток 50 В, 150 мА длительно, 500 мА в импульсе, 30 мДж, температура корпуса −40…+125 °C), 5.2, 5.3 (4,5–5,5 В, VIH 0,85 · VCC, VIL 0,15 · VCC, установка и удержание 20 нс, импульс 40 нс); с. 5 — разд. 5.4 (RθJA 75,3 и 57 °C/Вт), 5.5 (пробой 50 В, диод 0,85 В, SER OUT, ICC, номинальный ток 90 мА, утечка, rDS(on) 4,2/5,7 Ом); с. 6 — разд. 5.6 (150 и 90 нс от G, фронты 200 нс, восстановление 100 и 300 нс); с. 7–8 — рис. 5-6 и 5-7 (ток на выход в зависимости от числа включённых); с. 9–10 — рис. 6-3 и 6-4 (условия обратного восстановления и лавинной энергии); с. 12–14 — разд. 8.2 (два регистра каскадом, светодиоды от 9–16 В, 500 и 290 Ом), 8.3, 8.4 (нет тепловой защиты, «переходные отверстия под площадкой»); Package Option Addendum от 30.03.2026
  2. Texas Instruments. ULN200x, ULQ200x High-Voltage, High-Current Darlington Transistor Arrays (SLRS027T, December 1976, revised March 2025) — для сравнения: 50 В, пиковый ток коллектора 500 мА, насыщение 0,9 и до 1,1 В при 100 мА, вывод COM (9) — общий катод защитных диодов

Нашли ошибку?

Смотрите также