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

3 O. u/ T. S8 ]5 C2 \

　　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

) z" C( i& ^5 ?# f0 S c- _& N; ?1 l$ k. u 9 v1 B( l. Z9 M# T3 |. Z5 o- R7 Y! Z2 v9 V! M5 _" U p- S8 D! D$ w& j$ [% S( f' H& y ~ D4 @: j4 k8 j. }0 _% c3 F( {% }8 T9 j! b* P( P8 i2 P/ G0 Y2 V' u9 Z* o9 b" A1 [2 H' o: M: U( t" i# q! H5 P. f& y2 v; S; T) M$ p- r/ ~8 ?7 B: s5 ]3 H' m; ^. q* x9 q; w1 D0 [5 w$ e) L1 D; K9 A0 t: x! j. v, B+ B; s0 ~; m- o6 \5 e: Z6 \6 v* ?0 s. L# e: v+ S6 S% `6 s P. N Q' E0 y) O4 J. @+ O0 F! O$ ~$ x, G9 f5 M+ v1 p' ]0 _2 L0 s* P9 k3 n& |8 Y8 _' H4 i9 [% `1 |2 ~+ w3 P2 p: d5 T: c8 S( i/ o n( P# k! n$ o1 n" e+ g! j8 O7 s& {. p# {5 m7 h! F: T/ _" l: a1 p) W% j2 b' N- E& @) _: j$ z0 g( P. v" Y# m& M+ G5 x/ Q! ?7 F1 i8 U/ w9 ]8 ^3 N. S4 x2 f) K( e8 S' W5 c& A& P7 c8 Y8 E# {7 C b$ c/ I5 G; q/ s4 j( c/ W7 _% d9 l$ P1 x- o& A: ~. H c7 n: s$ s5 N3 t8 ]; T; @/ G7 j3 C% R; i. |5 \+ ~. j+ n+ N( x4 Q9 i0 c5 S0 }4 ?* t* N& g6 U( Z# B8 l6 H, p! ^4 B4 g1 P4 v, t ]* I8 k0 T" B; I' E6 x; Q3 h) I) r' V+ W5 B" ]/ D4 q( B% n6 E2 U; a# v: @8 _6 J6 v1 M. a2 w7 l: Y% Y, h! T3 S# G" N g$ [/ Z$ B7 ?% ~' l: Q5 }* I R1 `6 ^1 s5 i& W9 v( |" @$ q" o% ^& m5 M4 }3 A) M8 i& l* n9 _* F* N8 \: u! g+ M j3 x' c2 r- k/ [$ ?( |( F5 l' w D/ n# Y; Q; W' D" l, @. r0 I0 p( s* R3 Z/ F( n& |5 Y/ w* l) R+ B2 ^5 o5 N9 Q" q4 G- S2 z2 I- r. J1 G% p" j, z4 K& P6 _/ H- l# K' ^% T# b- O. t; P% ?% Z' h$ m+ N9 b* @. ~; a0 Z# l& J+ n+ [9 b" @& I5 ^( `$ x$ i1 C9 Q& H8 L7 Y$ h/ ~* k+ `/ F7 ?, l0 I5 d4 m2 Z) j+ z/ C+ p0 p# N ^1 N7 A) L0 B/ ~. L* ^' ]# T) j- z, k* J X. p5 Y+ z& C" i, r& e" S5 w$ X) b4 b8 l+ d4 U; p7 _# m$ q; Z3 [5 c$ B! K. n$ x; Y% R1 M2 ~1 Q' K+ X5 ^3 k% h* b7 v( u* j4 K3 {; z9 k8 |1 Q% x5 [# c( |. E7 G8 j6 T5 o; _( |) K E+ ?4 o. u+ G+ U& M3 g1 R/ w5 {$ s" d1 a: `) Z6 y/ @! [; ?! I5 S& k2 l/ g3 D6 M( y$ |5 t# N& C0 P" E3 j! Y! H: m0 H: v2 b* n7 J, E/ z6 w! h# v" Z8 e- E( G7 Y: B0 ~! m7 W' z9 a; [& d; M9 e7 p( `; F G/ u8 E# w+ ~: d# \ W8 A& N+ r# n1 H5 a o2 i N' A% v: a( X! W/ [8 Q7 w6 r. O% ^" z) j7 K4 z5 U8 A0 h0 C, J5 |2 r5 N6 R, B0 ?7 ^; j9 A; ?3 g/ ]4 E* r t* ]5 V% B, ~0 `8 a7 k7 \! }6 q6 }9 r8 I# `0 H5 S) L4 x$ @9 }# d) y/ t: ]8 K4 K5 _* u& b. \5 t7 H5 _8 F% @% ]7 ]$ p& X" f# m0 f8 a9 y6 I2 K* Y; J- N' t9 y- L, R4 \7 }4 Y8 v0 ^ s2 e% g! p% X& d: o& e2 E, Y3 q% G+ e( K" v, Q |. x$ ~3 X& _$ F+ U7 C9 ?& o$ j% Z$ e& h* R& |% T) G: _$ q: h: g* u6 r/ g# p: a; u: p6 ]1 k5 M4 r/ c! B/ V1 R* q$ ~, R' B8 ?6 C' ]8 v( m& z' Z* z& Z, X6 F( g+ A- i: n; o) {4 C: r, R$ A \9 V, J+ k/ _# s: m0 M. k* d/ E# ^" f1 c+ I- {4 v" z! @, ]: V6 ?5 O) O- ^ }! J3 J6 x' h M/ z8 Q" k! B w/ |5 p/ L( d8 `/ L7 N4 Q) t- ]4 ], K+ k* \" |- }% f; z5 n5 {2 D5 _) x( V% c! j& h! s1 ]/ U3 K6 w; k$ m; }; e" H7 A; Y F5 q$ d* p% H2 J" j# S9 t, o, b5 W) U# ?8 B! W5 q7 M$ ~: z6 _2 C5 l k' d: i: V) f4 f/ d W: D6 T. v1 R1 m% N4 V" |% I& a; i& E, c( l( J) E/ A1 K/ p+ V; y1 [1 n7 |# p) Y: _; M# v4 _. Z5 }3 H; J4 C! `8 B" W" P* F( u4 t* ?9 o1 l$ E& l/ _% W/ u+ I8 n4 w; A0 c: i! I2 [( r4 t7 w+ x4 @$ X( T, T+ h5 D q- U& q4 J9 M" P1 j+ s6 a/ `8 [8 r4 X1 v5 |4 {; F5 ^) Q4 j$ J8 ]0 A/ V. K% {# b1 X, i. I1 }( M2 e |, W* ?# r" C9 V( S* ^* u& o( a4 D! K; j& u) j# h' u$ k; h2 [! j" Z( p* P: P* l( Y8 C$ _1 p/ t( O$ Z; E, L' ]. i) E; h' K7 ~" g8 }$ N3 v) c( x5 i- b9 S: Y2 D' F) ^; B, l. q9 s1 c1 D2 k3 n. p) z$ y( O# N4 P7 r, P0 L( g! r; p0 D" o, [) Y' G2 l6 v( ^1 r- h* A; D: @" U D* x* v2 e$ f3 N, l5 Z A* ?7 r F0 S( B, g3 a1 L4 V, i- \$ i# l3 Z3 I* S! Y( B1 b, j w9 u2 v0 D( f' w5 X3 {+ E% ?, G$ |" ~- g, F( J* C* V& e" i2 F( f, w/ j4 H7 {+ J5 C7 h

参　　数	测试条件	UC1637/2637							UC3637							单位
		MIN		TYP			MAX		MIN			TYP		MAX
7 h: c2 A* V$ D 　误差放大器
输出吸入电流	Vpin17=0V		-50				-20				-50			-20		+ o0 `; K9 c3 @+ r" H 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
6 [" W3 J. v0 I8 D3 w+ s; [ 　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
$ P% ?- y% y) R 　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
- h% p# d5 T" I9 R 　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

+ m( [% n7 I h; c+ H4 d& h2 `& `

9 _* m% Y7 T8 [" C

3　应用电路 , ^& A$ z2 A4 `4 T, [+ a7 ` 　　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

8 Z0 j( k4 j/ n5 Q

图3　UC3637输出驱动波形

　　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）。

g- h9 H1 [: D1 X+ [7 t) G6 K

0 y( a# U1 j: s

图4　UC3637在送丝电路中的应用图之二

4 g% ?+ Z4 t+ r% 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。

5 J2 t# b' p; F7 v

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。