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

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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

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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。

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表 　UC3637芯片主要性能参数

2 n* o* I4 H+ S( G7 M ; J- ~0 r2 x1 w$ W$ z+ t: Y8 F9 e" F4 M! i) Z3 y& X& z) P$ \7 _7 f9 C* X7 [5 @! q6 l5 R7 x7 a' c+ r0 y p9 K7 M, ~5 ^8 o8 ~, ^% n. S; I. f4 F! j2 [6 K4 O$ I Y* v& [, S2 ~2 K% f9 ~4 N+ H8 V7 w+ s+ [+ e- x7 s8 I- J6 t. H& x% B/ Y1 g" r* F7 C$ [1 X, v7 P/ {: C( \ W" n* s0 U' B' G; _, S$ D! V- G7 o( W* r1 u! K3 I4 ^- n! Z( o! ]& j/ z6 |# `$ R, C. a$ i! C1 P" U0 h6 b7 x- d1 Q% ?$ o! x; i* v" H# Z- z3 _2 o2 L! d4 d1 i4 U6 A+ N5 F) f+ W0 g0 S* Q$ ^# u; N/ p3 M: G o# y+ ]- I3 p( L2 E1 l3 U, M3 O' `8 S* G3 J) E+ d# V" ^. ~. w9 p7 i# t$ H Z0 n9 y- q4 e+ |* K2 J( F# Y0 {* n- ]. D9 y* K' U$ _( y# c. J- q6 `* x- F- {% E4 u& O) s" t. _" \* l5 _3 r+ ^+ F& ?. P9 v7 u7 G% z6 t9 V$ j. _" j6 P+ v- M5 f( z9 x% e3 l3 T/ _: N+ N; e- l" p, e8 h+ |3 _1 N/ d. `( n$ f* d6 O! e- p( O/ R& J( `; _8 A/ Q$ N: q* A( R2 z5 u% u! t: l; W( \# l8 t. f d8 O9 }- R- t* h6 | e$ W8 t* F* B& t" d- p% [, ^ j' o) X v5 c( A" N! W& d' `6 V9 B. G; o ~1 [, |' ]. ~/ T" N- x8 ]9 |, I7 k' Z; @, I/ r9 R! _5 e( X- p6 [$ w1 ~! O) Z& k5 A3 V% S8 n+ C8 [ t$ j0 {/ H/ z9 w1 L2 a5 _8 ]3 V& G: o9 b$ M9 C: Y) a1 T; P3 `7 g% r3 e: U1 p/ ]- B6 C. T5 x1 D( a1 w4 c# @5 K" N- N+ |/ c. o0 L4 B' J' l+ V0 I. S& f) Q' Q) d) R/ t% S a) B, k4 f, A( o. P/ y5 l( Z9 P2 }9 M; f% _% }1 q5 X& H5 L6 W2 n7 ^1 W5 J4 `2 M) l0 Y- f8 y1 \ i% F. R; i3 V0 C3 ^' J* p4 n! w! P" d! o" }9 S, L+ W+ \7 {, z# e4 I0 i* p( r. ?! e5 N/ \2 J7 I, I% M$ S2 E0 i6 p7 g8 y& J4 z- N) T* N, Q6 G6 d i# [1 u8 v" m' u9 A2 t9 H+ q3 U) d4 l6 p5 r; |* C0 E0 K0 i( ]: p1 c C- r5 K8 ]. ?, w: i# p$ K9 i/ ]2 A( F3 J& B3 ?: X/ b2 U% G4 m+ [" A: e$ ~! u |. j; c6 }% N% o" [$ G: J2 B% a# P5 `6 }& {' A3 L$ [/ ]4 w6 G. O% S( }/ T$ d. L/ l( r- T1 o$ n8 e/ }7 P3 I9 c- x& K3 l7 e5 W- T: O7 t/ ~. s* |& o) h5 G( V9 d, ~4 y( W6 r/ o- S7 X% x; ]9 j8 u; Y% n. p8 `* @6 f* b" l9 x% j" X/ j, n7 r6 t1 N# c% ]: H* H$ g' o) u# F. K. [* w c. v5 Q* T: J, {6 q: j3 U7 m4 [+ U: N- a* {8 z2 t/ W- W5 z/ H! d' A; @ K+ O( u& ]3 p0 Y% e9 g* ^" h7 L. d3 C2 i8 v* `5 z5 g+ f2 ~% I! g* E* [& J. V: l( ^' f& ^% J8 p; w( e6 S: b' h1 w; V1 B( ^( t0 y ]+ ^; K) L: b! J3 p9 L, H& d% s( w9 p7 V j8 a+ ?" D0 d5 ?2 P, L, `8 r0 ?# {+ s. v; V2 h3 j" t8 k. ~' s+ G* _6 r& [5 W b- J1 O; t, g( h& x) p& {0 x' ?4 q v. D/ S- @& q# ^+ x Y9 o6 _+ S* r' V7 j7 P0 H* \/ S1 \6 ?' M1 h$ [; J8 S& i. G* B+ ]# i4 \. I9 _* ?2 }/ I, Q+ w9 H7 d" }7 d: h" G- a$ b# M# H0 p4 K. m- Y. v) \. v9 w0 X& S+ V8 \& b, H( G4 A' j7 ~) ^+ k' h1 m8 t* W" W9 p! \- D0 r1 g- r* i2 Z& x, a7 V% o! b; h& q! W6 B9 i$ l5 V6 g7 a' p* X2 e8 u5 F. W' g7 f. U; |' z9 h- f9 A' y7 i E% t. R0 u7 Y0 |7 E/ m- ^) S4 J+ g$ M+ `) K: ?# q* ? S" ]% @4 D7 ?! M6 X+ H9 p5 c0 x, w* g+ j' B( L2 U4 T4 j0 T1 p* R1 {. a- h( X' y2 |4 m* D7 i4 `: n( Y5 i# s+ ~) Y" U$ F* H3 d2 d5 H+ g9 h4 h4 @# S/ X. M( i: U. b7 N, }$ r1 u. k6 {+ d, O7 A$ `0 X$ R* C% |0 |5 \& P( z- l) k( I

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		1 T( L+ ?; M1 j7 B% N 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
1 G, i0 `0 ]! t/ L 　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
6 x4 N6 N7 H/ U, S7 A 　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
- g1 a, O% u& U# f/ U 　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

3 [' h: R+ V/ N! D' [

$ B+ v3 h2 X; y0 L& C4 d6 C6 `+ m0 |$ v

3　应用电路 ( s- A1 o7 [ k8 n& h n 　　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）。

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

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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。