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 9 C# X+ }9 [$ _$ Y9 f

　　其内部结构图如图1所示

9 V, R( O& m' {/ H5 U& Q) W

图1　UC3637内部结构图

, Q+ p# t4 s# o/ p4 Q' f- b

　　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

) X8 R( H1 Y2 K9 F9 p6 F9 X: `1 @4 c' W" Y1 t8 D5 y) W! J6 |2 c; x6 G' y/ N2 @0 G/ b5 y& |8 [4 G- o6 K# N' t; Y9 \3 v( |3 P/ q9 y) ?3 k3 W0 ?" R& B; O# c$ E2 a# e4 D3 O- d* N+ b* G# K! I m/ L; W% k+ W/ O2 [ \* C% s8 t" W. G- F6 t& C- E1 A- R1 l: g- J/ ?3 T* X+ t. |$ T7 i3 |1 T. @* g6 B' V% I9 P. k" G7 P* _( e2 m( `) ~2 ?. g7 I5 Y V% W5 s* D" T5 r: P& `; l5 F6 {0 v. D9 u4 B7 `- ]6 |2 k6 r( d+ Q' q! y& t3 A/ S/ \$ t V0 C2 D) k: ?! r& L- d8 H' W- J1 ~! N) S8 F( g" B, t( @8 y5 {# K' n* S/ t( i; L5 D, o, R4 k& N- h: u3 K1 t) m. V" `/ K* C; o. O% \( f0 @; i! b/ [- P0 {) ~4 k, S6 g, n* H! v2 h$ F: K% c+ Y4 W8 l$ w5 Z" O+ U N+ S2 ^# g% u0 k$ H9 m8 x! K1 \: K4 h; A! E3 a; c& I+ B) j: b/ i" h2 b0 i* o# X9 j& P1 W* K* H5 [$ T) P( l6 v, \- c% j ~5 u; I& K. f D; g- n: D5 @5 f3 G$ Y+ \" @. u3 C* k2 t, m% G' [) [) g) ^# o* X& r: X" N1 s) @7 \" W! c9 Q% d% M, l. m. o1 h- ^1 E8 D" [# R) e. A% j6 D/ X. W$ F& Q( R* r% k, c$ n! Y2 O' m- R! X: A# `* s3 V [6 g; }+ b( W3 j1 l. {& r. ?, r& G1 t, S4 u, ~. B* j, j- u% ?! H$ ^# q9 d! p m7 K$ {& }* j3 T2 L; m; J: Y! P" I# b+ f( P E7 q# Y& d9 _6 |2 q+ E1 D4 N& h. k# l. ?( {& A; L) J3 z' ~5 T7 H3 k3 p! c0 l x- d6 P5 I& `- O: W; f# u7 ], A( ?8 n% z1 u, A/ f+ S* F7 f) c/ r! W0 d+ @1 ~' m9 Z4 X% C: {. s+ I h3 U- e: j( g( E8 _* K) e {: Q1 h0 `. I9 f; j! t+ W0 D0 Y% a4 T5 {4 |& D& R9 o0 E0 g& _3 u' l. a/ A! R( T0 V$ J. @1 ]" m, t8 V, F& ^: z3 [% d3 o- N# p( k. s% p8 }9 L3 o \( z3 Z/ w! k x4 l& t5 v1 j" {- W! `% T2 Z$ A7 I3 X* P/ q1 Q0 I' y" z0 P3 T3 ?& n- S/ y9 X6 G$ h1 ?! i* W5 [7 o" u+ O. G G* c# L2 ~& s2 O, c: o( K$ I1 s* H& k/ f; d& Z& y) s1 y/ g: I1 J+ s5 e7 J) ~8 l1 G& s7 \/ y/ \, H& m. O& |3 B" E+ Q2 k$ x( o" f* T1 d- ^6 c) D$ ~$ K" f7 }( p* U8 v; B9 X4 U1 p. H2 D. j5 ^$ Z" J% O$ ^1 ]. z; m/ E8 F3 O7 A9 Q3 A9 u9 ?: l$ y# D" H# r& B. m8 b0 n% T, W" e! M$ H9 G+ [: L5 M8 v2 d N! W# a$ L. y8 q7 z. M. F% o1 U9 _7 F; a' h: J. k) ~) n H% T4 ~, ], w2 h; w$ ^+ U+ s; U( c; v( B( {. z) k8 p V: j3 t8 a! T. K' m% h& z$ G5 f4 T* i* f* ?0 j: u$ p7 z3 G1 F% V m) Q, Y' p( V/ D' F/ }( B% n; I# w6 f" e, r4 F1 M0 A& z& A2 M8 t6 \2 Y& D' K& K: G8 c# {9 v1 Z [. P o3 Z1 H# B8 \% p0 L/ q2 U3 l% N, y; h* Z: g$ d6 a3 |, e2 l$ g) o* W$ S+ g* A# K! Q* W# b5 B% r" m$ Z% ~. z* Y, }- u8 e: U2 \ ~& c* v4 }( ?6 @9 n& z8 j& ^! Q1 ~* ^; c, u4 b6 g! o. V9 k% P$ e& N6 M5 H+ ?0 ~% Y6 b/ t+ t6 {% F, b8 g$ a4 G$ W+ H% |9 [0 y. P8 ~& |( I' k( c8 o5 N2 v0 V' o" N: D Y/ `0 i. [5 W8 G W# ?* |. v$ a0 k' N2 ?& d2 ^6 ?& X* p8 V# v6 ~! y* S5 {% B: C v; A3 _- W+ X' N8 Y* ~2 l# B& ^* z7 Z: f! x) W9 C- Y; I, ]$ g$ r, u. P* `' k, T7 d, V: c, q, S+ f! B8 J* |, a% G8 P& k- P5 R/ s7 o2 x; _) v* Y+ r, _! l# k- M C( C& L& [6 L6 j9 Y$ W2 ?% L [1 C- R1 A: L8 v. u- q; B; r0 [4 l& Y' x& V( N1 l8 X. _- v2 ?4 i; E, x8 r/ U2 V& k- d) I% y. e. K5 C' e R4 t' c' ~# P* B0 f, f+ W& [: q9 n1 c" X/ B: y5 k* ~% T- n% U, g; _. ?1 }" i- v: m$ t: ^0 w. s& b# i, X* t6 c" b4 J' a( F0 O6 p5 g, @" _3 q2 c5 t- x7 h1 `' l% [- R3 ~$ m- }. o7 L: O; V) C. k# C" T5 A9 H1 W! `5 C2 J: G$ P# C$ t/ N3 U( t( P( u+ H( u! ]1 d1 u- P5 K# I: x/ f: Q6 V* i! b# K3 H( s" D5 J% v: h& o# a2 c2 ^$ Y' C! Y3 ]8 O/ L- O; N" t0 l' D' S) p% ]9 D/ _2 ^: ?0 n9 k h& k4 E* L% k2 h' d1 r: s7 _8 x5 _8 x6 Q7 }# c& h: Z6 k

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		7 {! s; C- P. Y2 N8 r 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
3 Q2 |4 I( H D7 x. D: `8 o+ r8 }. e 　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
4 t% l7 ~6 T- l 　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
# T- p" I1 M! Z, ~) S, [, ? 　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

) V& n; T2 y+ F* l) J5 h; c, T4 p

0 A1 q& Y" V0 D

3　应用电路 6 S2 F" R% E* K3 \$ ]$ s; K" k+ b% y 　　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）。

5 Q3 @4 _6 z0 J/ ]

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

　　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）。

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。

4　结　论

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　　（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。