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

- l! C4 z& Y( t7 P

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

　　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

b+ m' B: _2 Q7 B% |9 x : L4 N+ s/ V1 T4 {( Q9 s7 \: w/ K5 H( H x# d- v% @% y8 m# w( G8 f& g. }. U3 K- ?" H3 Z) e5 v# A3 n) l2 q8 H5 s- D, L M; H+ v% ?; O9 |6 v/ B4 r& S2 k" _% I0 l& b$ R; r+ M3 a* O; r; g2 u0 r: E" a/ n N/ Y$ d/ {! A# V$ g, s5 J/ s6 h: R; E; O4 _! _- _* C7 `# y) h( R' M) M! H# @8 U& ^/ g( }- p/ y( f* F. s5 J; M7 O5 C& Y1 f3 \# T9 p7 v0 Z5 f _) H6 Z: I3 @3 R+ S i& E r& K7 T- R8 E* t% W, m+ X/ E4 V( R4 a; [5 }; z# ^& J1 E' ?0 }& y3 f, D$ d7 ]3 a- k- {8 T, |- [7 Q0 w* H% ]+ J/ Q" U; X) @$ F: d h: H3 b$ R2 p0 w( i. @8 P- w+ D' L- C r _+ v& }; v8 f* W0 N' c" C. X& n3 x) U( `. w8 I& K* f, x* h1 m& G, U% X& Y$ y* [8 R! J) o2 ], v+ \) a% _- s" F. ?% | r% `. W! X9 I1 H0 w |- r0 y& l; j2 _! y/ h1 b$ I/ k- c* n C% k8 X4 m4 `3 z, f; G4 E% r! q4 V4 w$ P1 f. B. l# b$ j7 |: V0 n9 i. T5 G4 K! i5 I( @! ]( q, [: H& X& r5 e+ S; E" m% k$ K: L% p! p( v! p8 i$ k$ y3 c4 Q6 p, @9 ]7 q* F( R, n I$ A- g& H% a, {+ v+ }; j( ^' F' ~* M" _( n( H. G) k. t* @, z, G' M5 m) R. \9 R5 v( q" W m8 g$ e5 P% q( Y# l: m) R) s( m0 N3 H# q8 b( f, ]. D% b$ g. C" J1 ]$ P% }( i" g0 F2 d& n0 k' w8 ^0 x" \2 t: E3 M5 j& T! i3 \9 J, k: @2 l/ `" D+ h# x4 {0 p( d0 y! K3 ?6 N4 d) a0 `% v/ ^" S5 g3 ?6 { B+ T0 [# @0 ~+ g6 x- I' f$ u a* v n- u' X9 g+ J( ~2 o* m% q T, v ?) Z8 m9 B$ i) \, `- ^4 N/ ]/ \& A) v: ^5 _- O8 n" f6 V' g! L% ^9 Y, A1 {. ~% ~! j& [+ g. t. L& e6 H/ a' u6 i- n1 G; O1 ?" r0 g9 A2 z# a* c5 ~$ f: g$ U5 c& {8 C1 W/ @/ n4 @0 k/ x. u5 h( d7 j" U. }+ r4 Y: o A7 U3 t: t1 s {+ Z6 S$ L( ]( M, u; f* v# m0 U( U0 c7 x$ W8 G9 g; o' q6 @# |, z% p2 Q7 M; P1 J6 e! R. G1 ^4 U# I! Z, \5 M6 B) M2 N# b' D. n. X' Q5 @* b2 {8 ^! g" l: B: q7 z- n: p, \ D6 Y+ |: l$ |1 W: {$ E4 [) d3 i/ w. r/ e8 T) v3 v9 |1 [1 {. B5 d7 ?) q; C# h$ p9 n b0 N7 t3 i2 e. \& @$ }8 K7 m: Z$ B# A; @: c! i( f( t& d& J( j* h" R% Y7 z9 u* _) R, l" \: a7 I( d0 ]5 X1 ]! L) M' v' C( b) W/ k& p1 }8 A2 q$ F1 f' Z/ ~, L/ l4 T) m& S6 w" s4 u9 Q& a5 ^4 B# X- o1 X }! g/ v8 J( _8 [3 X; |+ t/ h% z, \% _' h3 }: K0 S6 b, M5 I8 _& E% K3 \, U+ D" x; J6 D" ]+ O! a2 S$ p- e/ r" C5 {: V& a! a! ^/ m C+ i9 F8 Y! z3 W# [! G* ~% D% K; k5 q, z( [' t% I$ \+ H) Y0 l& i0 z8 V _5 A& N* c2 d8 E4 V$ B% T( q% ? o3 Z. v0 w( b& U" B: `; m$ S# W+ f6 l# s- g) b( T1 x' _: I8 O Q! U/ Q# W0 ]7 K: ?! \8 H9 O7 N3 {- S3 ~2 T ]" i( Q" q2 b: p7 B9 m, ?! `/ o" G7 h; q! N6 I: r9 P' j& q2 c T s! G6 F8 ^+ v7 o# Y4 F0 u' o; E! p* C6 M( B' T: ]2 _: `: \' n5 }6 e9 ?+ ?+ @6 U0 S% T1 r0 S5 s' L* ~1 z6 n% ]& m% a% c% Y, P1 G, K6 d: ?- e" s; r/ G- r3 u( T: M0 k0 {- C4 C j& h6 Q: D, @- j1 W( ~) l! L( _' t5 s G7 \0 h9 t3 T: }* [5 ]4 D7 ^( m4 C; O; t0 `; U9 x- _; m8 v# u8 D; g5 f3 d( V; x7 E) h) U2 @$ `+ ~: U! N! {+ \3 V4 O$ Z0 c! S- K0 ^ i5 b, r8 w6 H0 M- `% Y* i, e: c/ L$ x/ a8 i& X0 {, s6 _7 u6 t0 I, C4 e- [6 A# }' t1 ~% Z) \3 @; f% Y( o& w( g) E3 {( X" J8 _# J+ N' R/ G, d5 a" B/ f: ~2 {; R- p2 p8 s$ S5 p, o) `* U. u: c$ X; s1 T$ X3 k9 m- ?: V" P: k0 @1 R& ?9 Q5 q& b8 z" t( x7 k; `2 i! q8 C8 B T$ D9 \: z) K5 ]3 H( N2 U9 @0 X. y) E& i* N H8 E* J( V/ c$ f! L8 k/ P1 U0 v0 f0 x7 Z$ y3 l$ i8 X9 j, R, I: u. J' |- g1 q- c V( o+ e+ R3 ^5 f" Z# F9 I: A8 ^. E& D' T1 n, w7 B: B- |0 `# P8 b: r0 s/ x. P; L" O, S% i9 _1 y4 y7 q* ~& V# F3 l' T" [. }/ j7 X% g* T: B+ b! C( M4 ?- a B1 C7 U9 c9 ~+ |/ s& m) U4 J4 p7 \% y9 y& J B

参　　数	测试条件	UC1637/2637							UC3637							单位
		MIN		TYP			MAX		MIN			TYP		MAX
- r% g) b b" f 　误差放大器
输出吸入电流	Vpin17=0V		-50				-20				-50			-20		$ X2 @: Y6 _: o+ }0 K" Y4 _ 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
1 x b* Q/ G* w7 T! n1 B 　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
; |2 y- m x) b 　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
( V: e1 U- D6 \2 P* N 　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
& P }% b) Z; {, }% B" ]/ g 　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

/ T# m& c& I" a" t. D

8 T' s3 v9 X1 O7 \' y+ e' c

' ?3 x/ V9 g9 c8 Q 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）。

9 V2 J: J) n3 \! b

图2　UC3637在送丝电路中的应用图之一

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图3　UC3637输出驱动波形

& A# n f% W% e3 g) ]( l8 t

　　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）。

+ [( \& Z# `; s+ v

图4　UC3637在送丝电路中的应用图之二

7 B& N/ z' {! S% }0 W a3 c) ?

　　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。

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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。

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