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 2 l/ z* g5 e& h% @& p4 I: n# w

　　其内部结构图如图1所示

1 _4 H4 `, ?2 _# c' v3 C2 X

: l5 g& K% d% k; q% n4 i4 N! ?

图1　UC3637内部结构图

　　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

- q: L! a, ~* \ D) D& O7 G

　　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

6 L& c) m, I8 ]3 p" h 9 s% O6 ^& u/ W! l% m" l. Y# d8 l# Q( ]' y- j$ v2 ?* r0 w7 A, U% Z9 x+ R- q2 C5 o# O; X- u1 c" O8 K2 j5 e! f# f2 h% M& B$ X# P. f; `( u( M( K& K1 t8 @8 @# q/ W- Q; K) V/ {0 a# `. k% {% g0 u0 H0 ^& u+ s w$ ~* v6 E, m' }6 j) ?4 Y0 ~5 c& m @/ C' U1 j: P' k9 l* @& b. S" m: c. M2 q4 Z, |% u/ e4 ]6 E) Z7 D( t. ?+ d c: [2 N) r7 i& h# o* T3 u/ Q: L% R6 D1 ?# b/ v' U+ x; _3 d- a/ n1 c# M# m* B2 D7 W: {* m7 m; k# `4 ~, F o9 n' d) D1 Y. B' W! \- Y% u! l: o& d! s/ J0 L* r/ u+ R& W" H7 @/ z) W) m# f; u! p! r( a# Z$ R1 S, M: A# }: b0 W/ B! J$ L, K* ?& x; b$ P# e" ]# }" R3 O/ T9 V9 p r2 {/ u; j: E0 w! S2 l: z8 L" M3 Q6 h1 v) Q2 F) i( |1 W3 k9 O& q4 t! ?" U- Z. b: g0 o0 _/ K4 ^! m" }; ~! {! d5 k( @ k2 M+ F$ R9 i( J" j' h+ n& U: a, f( `' l% m( j' [* @# [' j5 ^: W2 {1 G6 M- z! y- S% r" q# \/ O) s* L- T& R, H" F+ O7 {1 I) S0 [# [& S3 r' m5 t1 \5 D( [0 j" L: T4 c: b6 |3 j$ V, k9 J% ^3 s4 ^& G+ E/ A- n( }: Y6 u0 ~4 ]$ j- }/ _$ |- [" U3 {6 p( I& Z9 y; K: U+ u9 p% D* W v F8 M) B' Y( H+ _ ^) q% c R8 C( p) Y# a9 [$ V1 p' {7 f5 L* p( x- z: X5 D" m0 V2 y: P% T/ t. E: u' X- n; ^+ H0 v# Z0 ^: d4 }9 }! m5 ^6 s: o8 R& y- H5 ?4 }+ ?9 C: e; m; q$ E, {! A- c' d- t; }# T8 c2 Q. p' _+ N! P: P5 E+ Y1 ]+ f% _6 D2 g# G I$ v$ `) m& j! O' x# v! W% z+ r9 U$ t7 p) V1 d7 @7 j9 R- R, H; ^4 @8 @" E/ v3 |4 R( K% W5 w7 ]" b) o. ^% x; @2 i/ X! W" d1 h. K) T6 T1 R4 _4 j; ?& V( q' E' |& @' T8 R5 _+ I% z; r7 |% c4 `8 `5 _1 U2 u! o3 h: Z4 h% l% \% c. n/ C8 Y% R- G' x# V; c5 U, v/ x* n0 T0 n8 U4 W! I/ j5 E) t. s2 N/ i S8 }) t, k g+ i8 H* r6 O% R. m, ?! @. ~$ g8 A5 J! G" [- d% T6 ~, [# v2 W; N- T8 Y- P: A" J. v* N9 j, ^" [! E' c9 w# B% Z# P! X$ f# C) g9 o) s. {8 |5 Q, C+ @" i! }1 q/ f( t: Y$ q& ?" M4 b6 V7 H- ^+ v, I. H+ `1 D& u- v3 b# N5 D3 h4 c# Y* N2 k$ |& D- H6 |% h% a* i w# k0 `0 l% P& {* a: }7 ^$ [0 A# v+ {2 N/ _0 ?; d) G- |; q9 {: T: u) [' Y, k# [$ w7 C+ Q7 r0 M$ G" ]% U3 ]5 g8 n. o% l5 b3 p. r& \. P- e' }+ N8 d& b( y5 o! @" \, [& m \3 K; N8 g# p8 O1 G! F, |4 o, J! T% s6 k2 k# \1 N6 V( [0 A! `0 C8 B& E! P" c( t8 ]5 a2 k. a# d; U" P( ]) h5 P! t, f7 K0 \+ e. c3 R1 c$ j0 {# }" x B* a& e4 Q& h! s, S5 P# o9 T0 R1 ^+ h0 b+ j. ?! z0 w' k% |" ~; L. C) B k" }: g @ d: Y, T' @+ [0 I2 x8 h2 S: |% |4 t6 l9 X- \; Z, p2 H8 F. D+ R. a+ W# O8 |' Q) Y! X5 n: Y. K5 x: G! { w$ Y$ O$ X/ _* a: F' ~" V- \: Z. y2 E6 [) y6 r6 w/ o3 e* a' f% a, Z) z( R4 n" r6 |% x) H1 D7 t- u) z$ {8 L6 k; z9 `+ [5 |% X% ]# q3 ?& t9 v/ h& r- g4 A0 {2 N2 ?1 u! d7 d9 j) {" E4 h% M1 `- @8 P- v" C% E- [! ]6 o. K* b2 U' e# u7 }* z. D% |2 \/ ~7 t0 D4 M0 `5 K6 t) |6 @5 V+ }) ]1 F1 x& T; k9 ?+ u8 h0 t+ m' z6 J' s1 {3 ]+ H) d' ]1 V& a. `8 P' ?3 C' {! e1 A$ A! c ^1 {4 S7 c) b3 R0 }! I7 \: S0 } r, y5 n& W$ N0 w1 [8 v& W5 ]& X* Q6 c, W3 {9 t" K* Z5 S+ y1 f* B# Y- H7 j& o9 I4 n) a/ W2 e; Z" q" Y4 w3 a- C1 v! D/ q" `- s R+ {* P# O7 ?, ]+ Z% s K# V! S. E, K5 Y# z# y, M& H% m/ R8 W! n6 e2 @/ l. P# M6 w5 J0 i% r0 `3 Q+ a/ F3 C# j4 t6 H+ T" a6 u; e- ]: v& R3 P# {! f8 b; h, z* v4 f' F2 n6 g- b* p) t4 `4 f' } x1 e8 h+ a+ s( W+ P( O* L* ^* U1 {3 W3 Y" H/ ~) b; x4 ]5 _% y! f" s: \: S) A9 b4 a' O9 b7 d( j" H. o) J" v: `; ?; _ f+ h; c2 {' l8 m8 d3 L" [5 A( Q, Q2 A# B! e$ e B1 i1 v3 k g! c+ n/ I0 t" i) t) ~3 H0 Z( O, \9 U: `( Q# A& V4 s8 ]/ [ \8 l' E6 L5 X% i! U) q. L/ C2 }) K: g3 O5 h1 Y/ |! X! d9 C2 J3 b C+ ]9 r# T* |1 n a$ Q& H" b/ R# s; Q1 \' _. B: w4 B% d% c' X( ~0 g, G! ]0 K

参　　数	测试条件	UC1637/2637							UC3637							单位
		MIN		TYP			MAX		MIN			TYP		MAX
# o2 A8 w& [. ?* \6 L8 }" W 　误差放大器
输出吸入电流	Vpin17=0V		-50				-20				-50			-20		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
5 ?. A1 p% _2 m. q" W+ I 　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
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
+ h% @7 N7 |" m5 G, X 　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
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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3　应用电路 # c2 u: H4 l `$ [8 x% r& h 　　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）。

$ [+ Z K" B8 q2 y9 G; ]$ j8 @, G

图2　UC3637在送丝电路中的应用图之一

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: T6 s, o# D. X' K$ K& Q5 r

图3　UC3637输出驱动波形

. F+ Y8 Q# ^; e) T# K9 O' r

　　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）。

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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。

; ?, ^6 F; o, i. v6 B

4　结　论

1 T' b' S; @$ O6 s' A

　　（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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