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

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　　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

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　　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

5 u# A# H9 K! h% `+ b! G& y & b8 U. ?8 n; v8 Z/ P* x# `+ p2 |) y+ l* f* T5 j5 I* Y. k. X# i7 S% W, L6 X& Q& C) {+ }9 B7 @7 d& z3 f9 \( T2 o5 F6 u C- r" D( f7 O) t: P& w6 J2 l5 J) L: S2 D6 A$ n0 o2 r2 N" W2 [" W+ Q( S7 ~4 |- G" b% G+ w9 K; N1 ]4 s5 Q X7 d/ Z5 t, [8 }3 x- X% ?# V( G( [4 D) q" A1 s( ^9 O: A4 E) V ^8 V0 `5 w4 i% O# j+ x5 A6 |- m/ F% D) w! B% y$ \8 m3 Z* C( r: Y$ I* x# w; o+ i- P- c5 |) Z; F( ~8 h3 G" H5 @( g7 J4 h6 Q+ l" E5 b% s% D1 X: v0 g. s/ X. o/ e, H" u7 @+ j! y0 [$ f3 W( |9 U+ F$ U/ \- q! Z8 a5 _+ Q. N0 _; k" E; y! S6 M7 L" F* f7 h0 E7 q$ e$ G) A9 N7 q) ~- { K9 l2 E4 ?5 ~" K; M7 {- m6 ~7 O5 h7 R- z2 F/ x+ {& T% c9 L+ G/ ?) @2 S; v) s8 f6 q; N @8 a; Y6 e& [4 W. Z) }8 O2 K( S9 X/ ^$ Y& R. @4 ?7 B6 ~; R7 a x2 W. c" l/ z1 r- u3 C9 L* G2 L; }5 W3 ]0 O, |# I' y- }4 W; k9 } m: U* B; F8 ^, o9 O* [6 t9 Q& k; ?/ C0 b2 J( N* k s% I7 W3 j4 ?, x" p* e3 c3 z7 [, }, v: P# G( E q$ W m1 i/ {* d3 ^6 h; |+ O) |+ N1 j' N7 _$ A& B3 h u' v% q- P" f* C7 S1 f0 _ k' f( ?7 t1 \4 Z& C" r7 O8 A: U ^8 M0 V) Q/ X8 s3 }! V7 F3 d/ G1 S" p6 g, i8 z! N$ L) F4 l+ F3 d. c, [$ l7 ^4 D$ W3 n% Y4 f" E& s: q! d J7 D1 l4 m; i9 b2 S& l1 h. L S- E- _6 G# e% k5 P' x* B# B3 X$ d# _8 v% X% |0 o% ]5 E- [- {6 O/ @. H6 [2 Z- `) B- z, T5 n' i. U) f$ f, u% p Q; P9 x# v! X( I3 }' J9 r: Z3 p' Y( N% F0 ?. g' |1 n2 z7 F1 C. T3 O! M7 E7 E! Q3 C9 |& z7 W5 G% x Y% U/ n4 Y5 G- j2 Z$ t: f; i3 d) B1 ]9 \( i$ [) y# I' P/ S; Y( v. m, D/ ~: D2 F$ z0 l9 W, o" e4 ^/ l4 p9 H, f/ N: _* b. ^3 l9 x2 h: O. ^" F' n, i7 F% e/ A) H( K1 Y$ _3 G! R7 t" C- N+ Y, y! U# j' g y+ N) b6 `2 R# L7 o& ~2 T6 X- z) x- Y/ }. W% j8 p, k" j% @- e6 y( f$ V, s' I/ V) {9 p* A' x! l) c* l+ O. N, n' M) X2 G$ {0 N) X/ i) d- b7 y& m2 G, H2 O4 `0 u% x" K8 I7 E" T$ c( q) Y+ ]' I7 x& d6 g) ?! V* J1 u8 P& Y/ E% Y" v W& @* J4 f1 ?4 I, [1 h3 H/ {4 {$ a- F% Y" w$ b: c& y H# p! X, R. S. y- V$ h- j! [( S9 B2 ?* D' R8 O: L5 ^ Q- V4 e8 G0 p+ ^6 G, a+ p4 ~* l4 }7 ?/ G' |$ C Q! b$ Y7 ]! P! V l G) k" _0 ^0 L4 q/ \, D; u1 M" k: s3 q! A5 f t, a- H: _+ L) H- C# m. B; {2 K; v8 G/ u9 o9 r P. Z. F! c: t+ v, q' K! N! i/ G" P! T- f' t V) P$ M' B# ~) S* f Q; M( A: }* v3 s- F; \7 O- X5 d0 p* _. J: d' a) A; u. f3 K! C L' f# g9 \5 R7 @/ M. B- {+ R9 o" f: Q' N3 `1 u- g! s5 x4 b8 F5 b% ? G& ^$ p/ W( g* R# L! ~1 {$ H ]: T$ f# F0 G0 G' z8 t+ G! n! m# V- W) ?/ e5 H, f: q" Q+ z- c/ p- Y7 j. h/ h, O" p) f# |& Y. |' e0 J6 {: I, Y' H- \6 T6 |5 R, b- q3 T2 b( C9 w; U5 e% e. N+ G: T3 K: L5 @% J, S5 U. P, \3 i: C" }% S+ l# V: M; n1 `+ l7 c4 V4 G' j$ @( U3 f6 u2 m& v! p+ R" \& }/ w* ~% T8 m# S7 ~' U. C. r( q. z2 q7 w p) x; K. ~) [+ W! p9 i$ h* T, G6 {7 a3 ?9 K/ ?* y: t' f, e# _6 O- J4 u% g4 ]% {6 {& O5 z) _' a1 ]' D1 Y8 k* i% i- N8 X: w! z- Q5 I! l) X9 @1 f! L+ M" X ^; q% _0 \1 L# G9 V7 ^. f/ l$ A9 `' a3 e, i3 }1 J9 ?, ^* X5 S0 A# i1 |$ @$ O: V- A9 [# d7 s$ u4 V, j: C% B! k$ k8 H$ T: S0 E% J* ~7 n9 G% Q: Q9 j) n7 }: F2 L( e! A1 i: F' E' U# ~1 O; j+ G3 ?1 R2 D+ R. k$ c3 g, i% ~9 |# c) O: J* ?9 M$ r# ?1 O3 S& P8 E4 V; p, O+ J+ n f# D2 n$ |0 G6 L$ n3 G* D l6 E% q' g c2 [! ~* }# ]+ d) H( b6 F2 s* m# L/ u5 d$ X. R( |( t% q+ \( O1 G. V2 \3 U7 u# g4 z |4 ~

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
- H# W, A9 g, F6 P: M 　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
9 [; z( m! s$ O+ h0 i/ Q 　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
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 　　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）。

图2　UC3637在送丝电路中的应用图之一

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）。

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图4　UC3637在送丝电路中的应用图之二

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　　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。