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

8 F9 {3 o- [% g" B5 ^

图1　UC3637内部结构图

0 D2 N3 G! E9 V- F" Y7 O$ h

　　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

) A2 D% K6 s7 _% a8 h8 r2 n

　　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。

' B# v5 T& _; m5 G, c

表 　UC3637芯片主要性能参数

9 `; i6 y- H$ _ s/ C' H/ A" [4 T+ M5 G- R& d( W0 f Q/ t [: {" B; S( n" G4 l2 C. J2 Q2 l2 `; u0 i- X% P* x- n& z* ]' {8 {, a2 B! O3 \3 a8 |) r% i0 ^# Z' O0 v7 P! n: @$ Y! J- [5 n- H4 n, p b) G7 I) [: I; W* E0 b8 b) m8 _9 y" w: o+ h( {0 h. p8 U) }+ Y5 i- V# ]7 }( b/ L5 Q A' k+ N: I1 @+ o5 p5 X, V2 m; ` E# _5 e5 k' D) X; V% G- z9 r, |& [2 z+ w7 _- w3 j/ M1 N0 E3 i; v. }; I4 A3 ^, Y9 f5 l' j; C; N: G0 N d/ c5 n" f3 u+ x3 K5 T5 C) O) ]4 q! w3 I% l7 G! e/ r+ U' k/ C8 T/ @! c9 B; F# o6 v8 s* X- S z5 {+ d) Q0 a- R' Q0 Y* s8 d0 z) a) l( c6 F4 E& }: V' z+ M Z3 h# c$ o: _" b ?* l- c H- f* b& L0 }) D8 O! I" V4 ^9 _$ t" j& [+ X/ _7 g Q9 X6 _! J) E/ H/ D! n9 U0 |$ z& Q/ t7 z9 M7 a+ |& s8 W- }/ N% n: m3 [. I3 A# \3 {" |# y* G. s3 [- e8 X5 D: X a% L1 i" b9 g3 t' g5 T7 g" d( [8 E5 r& |1 E/ C6 d( }! l" K5 b/ z; g$ \$ x. d$ i9 y4 V# F- Q4 D3 v9 K1 n& @* e4 h: x+ C# q, Y& G, g7 |# d9 g2 C! l, b k6 g; W9 ~6 E& w9 D, _; E6 B/ a; u" E% A$ g5 l! K, o9 M; w( f3 Q# k+ q" J9 U2 k/ P% E: ^2 _# V8 U& T( T- y5 d3 W: o e: l2 M4 P9 P1 _3 {* I3 i* w( \6 d" w& J, e O: E4 P0 k9 L' Z- ?, ?: O: M3 }2 o4 D. P: R0 g9 W) t J( g6 s2 \/ {) K0 _3 f; I5 y' x- x4 E. {2 P* a! G7 d; h0 L* a1 k5 e' @: C" w1 ]) M3 \4 V! _0 ^ `& q C! ~ X o' G: R% o! V5 i) _/ q. o9 M6 |' J! d3 z7 Y0 {) z9 |- S: ^; U* S Y& x1 _% L1 K1 i0 M( _& P. X( z) H' P, x+ {) m2 t6 e P: A3 z4 H" Y, ^8 J! Y+ O' e& A, U9 S2 V( x$ L7 x. D6 g5 ?1 F6 o4 s5 D! E! d8 q+ ^5 p# p$ r% W" i% a' u$ n0 O1 V$ x# T% j' a5 Y6 g/ p; ^9 `4 K! q4 R+ } p! k# Y0 I$ h3 _0 }! S6 w Z; h+ J; q! g) x' }! J6 z8 R X6 K6 V" i7 T$ L7 N2 ^ y, K6 M& D6 |, l. U7 n' P$ j; u1 U) ? N$ Z& _, I8 M D/ `, N2 }* y+ Z+ [* U* J( U3 s8 W& p5 [% n! H) B# D: j2 u' @" H$ c. |* E# {6 Q) Y' ~$ C% p% L3 K* o+ i) e) ]' k' ~ X/ e" x9 l9 n: c; D* a8 u. F. F# i1 r7 S7 k& y7 V1 d& Z8 [' S3 g% T3 D8 V% i* w9 D+ A4 f& A( f9 Q# u' p3 i; @: o, ]7 l0 _8 P' l2 e. E2 }7 g' q4 q$ H2 Z# e& P& f; Z: i7 A; E7 k9 R$ j* m2 i) w( ^4 t+ D1 J1 P, m, q* C! v0 b7 @& t! i' M, g* W' J8 w* m, z Q8 [1 I$ u5 u' {. ]* K: H' S2 \* p1 A, }4 Q8 u* K, Q. v0 b, H" @% ^5 ~1 _* D( R4 }4 M# H% ?; X7 g2 x" B! [: q* j9 G: U! q7 r# y, N8 @* w+ F- T# h# i* a+ Z1 x. s; n* D _* P7 z$ H( f- P- M6 n0 e% K& |) }! ] T+ z4 H$ v$ F, K7 C3 t: P% e" Z/ t+ n) ^7 @( A: P, D; N9 _8 m3 n4 w" x: [: u/ K- p6 T- J8 r! f: a! N. h) l* f( j4 J0 h$ A. y# p7 ]) q* e: t3 U% h5 N+ |5 q5 S$ U- P: ~8 K1 G: |3 N+ e" _+ M# a* I1 _- K3 k, H" ~3 M& @0 s# s* h& X8 ]* |, I2 r. {8 P9 g/ |- T: ]6 U' X) K8 _, ]/ } }6 {- i* s2 b4 j! K- Z* I& W! F6 D4 E" E7 V9 ]% s' T' n* v& \) a7 D4 J- x4 l& J, [( B5 o0 v2 G' q- e, v1 _. c {/ M/ G, M; G, v+ F2 [# w; h/ ? ^# O3 J1 i u" W0 W7 x' c& e+ W1 v$ b' n( v; |% O! A0 m* E% G' [0 y4 O. v6 w- g" c: \4 c: p* z4 J- H! x4 Q7 a' Y. [5 K# R0 m* L2 K6 Y; E% x, h/ ^6 ?% t% x: Z+ M) j }( J" h$ l7 z" m" X6 e: i; Q7 W& l- R. g3 M, A8 k- ?2 t2 B' P! s, |" O. n" ^2 T1 M: @' y- o) j- Y% J# {* R/ ?8 V* ~. [8 [9 A5 h% E/ S0 G' G3 n5 r, }7 L* Z" U' V/ j9 V+ a3 A$ Z' W+ f) @/ w" B) |% K; t( r# N }6 m$ i+ i$ Q1 D, G5 v9 u1 U2 M9 ?, K) p, o6 K. h/ H) v# l* q$ M, g' _/ [! v7 d3 X$ y2 h5 k6 z* H6 H: K# E7 Q/ D5 K. L9 q& V9 \+ I1 M% z3 P

参　　数	测试条件	UC1637/2637							UC3637							单位
		MIN		TYP			MAX		MIN			TYP		MAX
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
& K- I( Q' r, y% r* q5 X' \ 　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
) S4 U; t. L+ A& Y) F9 [- }" Q* P 　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
% l- q. `3 h i( s 　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
& a6 Q6 ?" A. j5 `7 U 　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

6 Y; ]8 g$ ]7 z5 o. O. C* j+ L

. {7 B( Z# R! F, r4 b( c- B

: J( f; N- G1 f! e

3　应用电路 　　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）。

3 w. t; r1 |0 }6 v

) z3 d7 @1 M- s5 n

图2　UC3637在送丝电路中的应用图之一

4 l4 E/ x5 ] M. f4 e) u% k

0 A" y: N0 q/ c+ V' B9 q! B6 `

图3　UC3637输出驱动波形

4 x5 w3 d) d% u

　　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）。

& {6 N: U) J" `: W8 V

图4　UC3637在送丝电路中的应用图之二

7 R- g& }, W2 q$ ^4 V

　　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

　　（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。

* E) }8 Y# ]& h