UC3637在焊接送丝系统中的应用

HEATS

　UC3637（2637，1637）芯片是美国Unitrode公司开发的用于单向或双向PWM调速的电机控制芯片^［1］。当其用于代替传统的驱动控制器时，具有使用元件少、成本低、高效等一系列优点，特别适合焊接中有送丝要求的电机控制，如在CO₂气保焊及埋弧自动焊中，要求能正向送丝和反向抽丝，这时使用UC3637芯片作为核心控制芯片就显得十分合适。

1　UC3637内部结构

　　其内部结构图如图1所示

图1　UC3637内部结构图

) b' W2 B+ v A9 B

　　内部电路主要由以下几部分构成：
　　（1） 三角波产生电路；由CP，CN，S1，SR1电路组成。
　　（2） PWM比较器电路；由CA，CB构成的比较器组成。
　　（3） 输出控制门电路；由NA，NB逻辑门电路组成。
　　（4） 限流电路；由比较器CL，RS触发器组成。
　　（5） 关断电路；由关断比较器CS组成。
　　（6） 低电压锁定电路：UVL组成。

2　UC3637主要特点及参

- n; M- N; Y, w- v. V3 z4 Q

　　其主要特点：可单双极性供电；电机过流检测控制；欠电压锁定；具备强制关断端。其主要参数如下表：
　　测试条件：Vs=15V，－Vs=-15V，+Vth=5V，-Vth=-5V，Rt=16.7kΩ，Ct=1500pF，Ta=Tj。

表 　UC3637芯片主要性能参数

/ [' Z6 {. [1 U& } b / |8 A7 T* ?- r! p5 ^- [ r' Y- `, s E" K. u( p3 e# B+ b) [% z) \0 o1 L' g8 J) u; E- D; x4 U- j; |4 c; S* K* B! B/ x7 C# s9 ]' V$ l3 x4 V9 O3 t T, q {) ~4 [& b+ O8 y/ W% }: p# m# `" N, l. b0 F$ K& a, V& }4 M/ c# ~; D' ]1 T2 A! Y. ?$ i+ n+ }& t: j( \2 D* b5 N( N8 R4 ~/ O8 e* c4 h1 q6 ?. n1 l4 X% m, k3 F" g0 Z; H) c5 G8 I# l% d: [0 q; @5 E# Z. c/ e# v0 J C* ~0 I. |0 `( ?6 G6 W& e$ w) K P8 L+ h3 ^, h; J( N1 b! W! [, E% p- c+ u+ E+ h: e) N% ]1 o2 x+ k" M: V, J5 Y+ A: W2 A" ^: X2 Q. t" s0 O) ]' D) L) Q0 ? d8 z& f* w# [5 K7 V) ~: {* F1 J7 F+ ]$ K( y7 J* G$ F+ f1 x1 z) y6 ^' P' Z. y4 q0 U0 N6 q. b3 ~& d8 P7 A) X$ l; q- E" E, H. b6 P4 J& d0 y; }4 j. h& e \" }( H5 K8 l) \- t" w5 a: V, H! M6 ]0 F C" O0 d* A( T) b, e& u: A( h9 L7 } T! }7 B3 ~( H, t7 B7 X" s7 s& D: \: h; G a Q9 X; d4 l% f& J. r' |. j0 U* Y; c7 v& T) ?4 \4 l9 a+ T5 B9 a+ m F x6 `& c2 W* ?2 A8 l# h; _6 \ q7 K) ]& [4 D7 k' M6 X8 L2 {% a% z$ J8 z; v& W- ^9 f) g. R% H' U/ t' _4 x% Q. F) J4 x$ b5 ]4 P* s1 {3 C! g3 C. m: Y' n( u$ u9 P6 l/ O3 l* u) b; B( V3 C! {& p& H0 H1 R! W2 M; |4 q! ^4 T/ Q7 U2 `' o: G, S( @, M1 p" s- s' R. P4 e9 ^+ f! G; o- ?, I. Z0 @$ m: }& D4 @) j4 Z6 I) @5 k$ X5 @6 V* p3 D% W1 O4 h9 s Q) R1 [7 Y' Y, V8 d8 b/ z) I5 s& z5 n2 N6 P( ^4 [) m4 t9 d. L' j- e/ W7 ?7 S( F7 o1 k- R ?: Z/ c/ H+ [9 R3 E5 K& N( F9 }1 a# ^ [2 u0 k- b4 [" l) U: U* K- u, n1 W4 j% D0 n% B5 }" J2 D: Z4 a( r, h- G# H1 j5 r2 a, B3 h! ]7 f8 R# u4 v) E0 m. Q4 I7 T- D! M: O* U) F4 x3 ~+ S, ]! Q4 O1 R, Q" m4 N# a: A5 u4 S& b, x7 {* \$ S: \; O R" k6 l" G) U# ~# {1 \# V. P( T; |4 N, z) f# `; b- p( f6 E+ w) Z ]: Y7 j, h( B1 v% s" A+ O$ J! a; I4 ~: {2 p' M$ M j* z1 p) }; L2 ~( h8 H/ n/ u# g4 @; x$ f! ]2 }" B0 c( E4 d; m1 ]4 D- t3 L. p' Y: H7 M7 O, K$ c' V, R2 R- K1 b0 Y7 ]+ e. [- A0 O3 E% C8 {2 D# h# C: Z1 D/ r6 K Y% {' w. R( s1 [+ m/ [2 y, y; z2 b! q* R$ c! ?6 i5 z' U, b, y( {1 u' U, `; l/ k: Y+ z- B; |& W/ d C% P, D& ?6 z4 f# l# T" R. G7 ~) p, W9 q; ?4 s. c9 ?; F1 i& s0 H% ]$ e) Y! g, b5 b6 f0 m1 e. @+ I2 t- C* F- A) F8 e' m1 q5 ]+ N1 I0 ^; S/ V4 v* s2 ^6 s2 _/ a+ d0 i5 g# d0 }! v' Y) Y2 }8 D) [; U. o# [, u- C" {- }! j" Y8 e' _7 m# W2 L9 v2 h# U* `+ X9 R' v* L! d- \4 B1 K7 _1 R; _2 Q- f$ N( ~ }6 p1 ~3 a1 { \1 ^- t& M5 O4 C: P/ T4 L7 Y a7 G+ {/ h$ }5 D* L1 v) Y0 j* m1 F: A4 I8 G) e" ^* ]" T% y, n0 z) u0 u( e8 J# ~' M9 ~. K: z1 N _' G# [- a. F3 C) W# L' W" q1 ]5 E0 G+ X. v; [; x; x2 f+ l- I6 k' h) P6 x$ S6 p3 N& V3 l: w6 f& Q# e: F3 x$ V# d# L! U, X R; U x4 @. d, N0 Y0 d% ^& i( P& x M$ K' p! l( H: V" d* q# ?% U J3 n* r/ \ I$ c; L3 Q$ u- \6 C" ~& r0 c- _$ D2 r$ B9 W$ a9 u" e- j/ T* z+ M6 X6 A) A7 |0 P% Q7 M& z, T2 i5 ]+ L5 r8 m( j, o& w7 G( D% C( v1 v. e! t& q* z$ F. E k+ d0 `1 Q' C) t+ R$ M( p3 K1 S$ k+ k( z8 [7 [8 c7 k) U P* r+ o/ y& }$ [ k8 d7 n! J; V' [& y; n" Q; F0 [, z" g5 w( H, C8 V* w z6 ?' _2 c5 a' H- Q. u8 U+ i% \6 @5 D+ P" w# h; F% e/ E9 U) j" } |7 Z3 i1 T+ k& [6 R9 W% W$ V1 r' P" S; d! q: R. |% a/ u( d. M7 w- C/ Z0 t& O; [/ G8 n& P* D! A( J' e* l0 D7 w" E a- y! p. U2 D' T! T# o0 C7 e. n% }( ]! v1 _; [- {8 c( r1 y! q6 }# e2 V( B3 q* O. X7 j- O- k! U; ?% U! p; L- }& ?, P: T5 N9 H* Z/ a( }5 h! Y5 x7 w! }# M0 N& D2 _2 \3 ] `7 ?' [* T: l' a# |7 x) `2 z% v$ l% R5 D2 L! v$ U+ H9 ]+ B0 c$ B9 P# J) x1 z; o# f, T, P; l2 a$ p. |' [5 ? j \- s2 D L2 w) s5 ]" ?8 I8 w3 w& v1 [" G p% Q N- t( W4 [0 s- [% t& D8 v/ w9 J2 t1 Z* S" Z& A: S2 ~) F0 @" U; J1 D3 v( i9 V- m/ X/ [; \! h: U% h9 b0 U9 r, y, S2 N9 l Z8 [/ E$ |& R0 O% G7 \/ d# N! i$ Q" y& K6 h7 r; v) L8 v* Z8 c' O

参　　数	测试条件	UC1637/2637							UC3637							单位
		MIN		TYP			MAX		MIN			TYP		MAX
6 c8 d7 ?" j q 　误差放大器
输出吸入电流	Vpin17=0V		-50				-20				-50			-20		! z$ t4 R; y; a& ~: R3 z mA
输出源电流	Vpin17=0V	5	11						5		11					mA
高电平输出电压		13	13．6						13		13．6					V
低电平输出电压			-14.8				-13				-14.8			-13		V
PWM比较器
输入关断电压	VCM=0v				20								20				mV
输入偏移电流	VCM=0V				2	10							2	10			μA
滞回电压	VCM=0V				10								10				mV
共模范围	VS=±5V～±20V	-Vs+1				+Vs-2			-Vs+1					+Vs-2			V
+ q4 T6 o n4 W 　限流电路
输入关断电压	VCM=0V, TJ=25℃	190		200			210			180		200		220			mV
输入关断电压温 度系数 输入偏移电流				-0.2								-0.2					mV/ ℃
		-10		-1.5						-10		-1.5					μA
共模范围	VS=±2.5～ ±20V	-Vs					+Vs-3			-Vs				+Vs-3			V
关断电路
关断门坎值		-2.3		-2.5			-2.7		-2.3			2.5		2.7		V
滞回电压				40								40				mV
输入偏移电流	Vpin14=+Vs～ -Vs	-10		-1.5					-10			-1.5				μA
2 Q1 ?! z0 G/ Q! k/ N! w0 C 　欠电压关断
起始门坎值				4.15			5.0					4.15		5.0		V
滞回电压				0.25								0.25				mV
总供电电流
电源供电电流				8.5			15					8.5		15		mA
: a6 w8 q7 Y* f" J; i W9 S 　输出部份
输出低电平	ISINK=20mA			-14.9				-13				-14.9			-13	V
	ISINK=100mA			-14.5				13				-14.5			13	V
输出高电平	ISOURCE=20mA	13		13.5						13		13.5				V
	ISOURCE=100mA	12		13.5						12		13.5				V
上升时间	CL=Inf, TJ=25℃			100				600				100			600	ns
下降时间				100				300				100			300	ns

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# y! q* `1 z8 l! q2 V

3　应用电路 - G' _6 V) w4 t5 T1 F7 p- I. I$ M 　　我们将其应用于CO2气体保护焊的送丝电路，无需换向继电器，通过调速电位器即可实现送丝和退丝功能。电机低速下运行平稳，调速范围宽。电机型号：日本松下电机PMED-12-MA14，额定电压18.3V ，额定电流5.5A 。 图2是以UC3637为核心构成的电机驱动信号产生电路，当R8取39kΩ，Cl取1μF时电机驱动信号频率约为32kHz，其驱动波形如图3所示（使用美国泰克公司TDS-200数字存储示波器输出）。

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图2　UC3637在送丝电路中的应用图之一

+ U$ a/ N& _2 p. Y1 b; X

图3　UC3637输出驱动波形

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　　图4是一桥式电机驱动电路。由V₁，V₂，V₃，V₄构成四个桥臂，电机接在桥臂之间，对角桥臂V₁，V₄；V₂，V₃同时开通，当UC3637输出脉冲Aout和Bout脉宽相等时，加在电机两端的平均电压为零，电机不转动。当Aout脉宽大于Bout脉宽时，电机正转（人为设定），反之，电机反转。实际制作时V₁、V₂应选用P沟道场效应管，V₃、V₄应选用N沟道场效应管，漏极电流应大于10A～15A，耐压大于100V^［2］，W₁－W₄可用8V～12V稳压管，过流采样电阻R16可取0.02Ω电阻（设定保护电流10A）。

图4　UC3637在送丝电路中的应用图之二

　　用以上电路制作的CO₂气保焊送丝机构实测送丝速度范围为送丝0m／min～16.7m/min，抽丝0m／min～16.2m/min。
　　应用UC3637芯片构成PWM可逆调速具有以下优点：
　　（1） 可使电机正反转。
　　（2） 电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区。
　　（3） 低速时，每个场效应管驱动脉冲较宽，有利于场效应管可靠导通。
　　（4） 低速下电机运转平稳性好。
　　由图2、图4构成的调速电路无反馈环节。如需转速负反馈，可采用带测速发电机的直流电机，测速发电机负反馈电压与给定电压合成后利用UC3637内部的误差放大器（ 参见图1中EA，15 、16腿输入，17腿输出）放大提供控制信号给VR₁动端，即可实现转速闭环控制。

4　结　论

9 N7 p# W& }# ~& |

　　（1） UC3637芯片应用于送丝电机可逆调速电路，集成度高，使用方便。
　　（2） 用UC3637芯片实现的可逆调速电路，电机调速范围宽，低速下电机运转平稳，很适合象CO₂气体保护焊送丝机构这样要求调速范围宽的场所应用。

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