background image

The UC1637 is a pulse width modulator circuit intended to be used for a variety of

PWM motor drive and amplifier applications requiring either uni-directional or bi-

directional drive circuits.  When used to replace conventional drivers, this circuit

can increase efficiency and reduce component costs for many applications.  All

necessary circuitry is included to generate an analog error signal and modulate

two bi-directional pulse train outputs in proportion to the error signal magnitude

and polarity.

This monolithic device contains a sawtooth oscillator, error amplifier, and two

PWM comparators with 

±

100mA output stages as standard features.  Protection

circuitry includes under-voltage lockout, pulse-by-pulse current limiting, and a

shutdown port with a 2.5V temperature compensated threshold.

The UC1637 is characterized for operation over the full military temperature range

of -55°C to +125°C, while the UC2637 and UC3637 are characterized for -25°C to

+85°C and 0°C to +70°C, respectively.

Switched Mode Controller for DC Motor Drive

UC1637

UC2637

UC3637

BLOCK DIAGRAM

Single or Dual Supply

Operation

±

2.5V to 

±

20V Input Supply

Range

±

5% Initial Oscillator

Accuracy; 

±

 10% Over

Temperature

Pulse-by-Pulse Current

Limiting

Under-Voltage Lockout

Shutdown Input with

Temperature Compensated

2.5V Threshold

Uncommitted PWM

Comparators for Design

Flexibility

Dual 100mA, Source/Sink

Output Drivers

Supply Voltage (

±

Vs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

±

20V

Output Current, Source/Sink (Pins 4, 7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  500mA

Analog Inputs (Pins 1, 2, 3, 8, 9, 10, 11 12, 13, 14, 15, 16) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

±

Vs

Error Amplifier Output Current (Pin 17) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

±

20mA

Oscillator Charging Current (Pin 18). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  -2mA

Power Dissipation at T

A

 = 25°C (Note 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  1000mW

Power Dissipation at T

C

 = 25°C (Note 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  2000mW

Storage Temperature Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  -65°C to +150°C

Lead Temperature (Soldering, 10 Seconds). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +300°C

Note 1: Currents are positive into, negative out of the specified terminal.

Note 2:  Consult Packaging Section of Databook for thermal limitations and considerations

of package.

FEATURES

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (Note 1)

DESCRIPTION

6/97

background image

UC1637

UC2637

UC3637

PACKAGE PIN

FUNCTION

FUNCTION

PIN

+V

TH

1

C

T

2

-V

TH

3

A

OUT

4

-V

S

5

N/C

6

+V

S

7

B

OUT

8

+B

IN

9

-B

IN

10

-A

IN

11

+A

IN

12

+C/L

13

-C/L

14

SHUTDOWN

15

N/C

16

+E/A

17

-E/A

18

E/A

 

OUTPUT

19

I

SET

20

PLCC-20, LCC-20

(TOP VIEW) 

Q, L Packages

ELECTRICAL CHARACTERISTICS:

PARAMETER

TEST CONDITIONS

UC1637/UC2637

UC3637

UNITS

MIN

TYP

MAX

MIN

TYP

MAX

Oscillator

Initial Accuracy

T

= 25°C (Note 6)

9.4

10

10.6

9

10

11

kHz

Voltage Stability

V

S

 = 

±

5V to 

±

20V, V

PIN 1

 = 3V, 

V

PIN 3

 = -3V

5

7

5

7

%

Temperature Stability

Over Operating Range (Note 3)

0.5

2

0.5

2

%

+V

TH

 Input Bias Current

V

PIN 2

 = 6V

-10

0.1

10

-10

0.1

10

µ

A

-V

TH

 Input Bias Current

V

PIN 2 

= 0V

-10

-0.5

-10

-0.5

µ

A

+V

TH,

 -V

TH 

 Input Range

+V

S

-2

-V

S

+2

+V

S

-2

-V

S

+2

V

Error Amplifier

Input Offset Voltage

V

CM

 = 0V

1.5

5

1.5

10

mV

Input Bias Current

V

CM

 = 0V

0.5

5

0.5

5

µ

A

Input Offset Current

V

CM

 = 0V

0.1

1

0.1

1

µ

A

Common Mode Range

V

S

 = 

±

2.5 to 20V

-V

S

+2

+V

S

-V

S

+2

+V

S

V

Open Loop Voltage Gain

R

L

 = 10k

75

100

80

100

dB

Slew Rate

15

15

V/

µ

S

Unity Gain Bandwidth

2

2

MHz

CMRR

Over Common Mode Range

75

100

75

100

dB

PSRR

V

S

 = 

±

2.5 to 

±

20V

75

110

75

110

dB

CONNECTION DIAGRAM

Unless otherwise stated, these specifications apply for T

= -55°C to +125°C for the

UC1637;  -25°C to +85°C for the UC2637; and 0°C to +70°C for the UC3637; +V

=

+15V, -V

S

 = - 15V, +V

TH 

= 5V, -V

TH 

= -5V, R

= 16.7k

, C

= 1500pF, T

A

=T

J.

DIL-18 (TOP VIEW) 

J or N Package

SOIC-20 (TOP VIEW) 

DW Package

2

background image

ELECTRICAL CHARACTERISTICS:

PARAMETERS

TEST CONDITIONS

UC1637/UC2637

UC3637

UNITS

MIN

TYP

MAX

MIN

TYP

MAX

Error Amplifier (Continued)

Output Sink Current

V

PIN 17

 = 0V

-50

-20

-50

-20

mA

Output Source Current

V

PIN 17

 = 0V

5

11

5

11

mA

High Level Output Voltage

13

13.6

13

13.6

V

Low Level Output Voltage

-14.8

-13

-14.8

-13

V

PWM Comparators

Input Offset Voltage

V

CM 

= 0V

20

20

mV

Input Bias Current

V

CM 

= 0V

2

10

2

10

µ

A

Input Hysteresis

V

CM 

= 0V

10

10

mV

Common Mode range

V

S

 = 

±

5V to 

±

20V

-V

S

+1

+V

S

-2

-V

S

+1

+V

S

-2

V

Current Limit

Input Offset Voltage

V

CM 

= 0V, T

= 25°C

190

200

210

180

200

220

mV

Input Offset Voltage T.C.

-0.2

-0.2

mV/°C

Input Bias Current

-10

-1.5

-10

-1.5

µ

A

Common Mode Range

V

±

2.5V to 

±

20V

-V

S

+V

S

-3

-V

S

+V

S

-3

V

Shutdown

Shutdown Threshold

(Note 4)

-2.3

-2.5

-2.7

-2.3

-2.5

-2.7

V

Hysteresis

40

40

mV

Input Bias Current

V

PIN 14 

= +V

to -V

S

-10

-0.5

-10

-0.5

µ

A

Under-Voltage Lockout

Start Threshold

(Note 5)

4.15

5.0

4.15

5.0

V

Hysteresis

0.25

0.25

mV

Total Standby Current

Supply Current

8.5

15

8.5

15

mA

Output Section

Output Low Level

I

SINK

 = 20mA

-14.9

-13

-14.9

-13

V

I

SINK 

= 100mA

-14.5

-13

-14.5

-13

Output High Level

I

SOURCE

 = 20mA

13

13.5

13

13.5

V

I

SOURCE 

= 100mA

12

13.5

12

13.5

Rise Time

(Note 3) C

= Inf, T

= 25°C

100

600

100

600

ns

Fall Time

(Note 3) C

= Inf, T

= 25°C

100

300

100

300

ns

Note 3: These parameters, although guaranteed over the recommended operating conditions, are not 100% tested in production.

Note 4: Parameter measured with respect to +V

(Pin 6).

Note 5: Parameter measured at +V

S

 (Pin 6) with respect to -V

S

 (Pin 5).

Note 6: R

T

 and C

T

 referenced to Ground.

UC1637

UC2637

UC3637

FUNCTIONAL DESCRIPTION

Following is a description of each of the functional blocks

shown in the Block Diagram. 

Oscillator

The oscillator consists of two comparators, a charging

and discharging current source, a current source set ter-

minal, l

SET

 and a flip-flop. The upper and lower threshold

of the oscillator waveform is set externally by applying a

voltage at pins +V

TH

 and -V

TH

 respectively. The +V

TH

 ter-

minal voltage is buffered internally and also applied to the

l

SET

 terminal to develop the capacitor charging current

through R

T

. If R

T

 is referenced to -V

S

 as shown in Figure

1, both the threshold voltage and charging current will

vary proportionally to the supply differential, and the oscil-

lator frequency will remain constant. The triangle wave-

form oscillators frequency and voltage amplitude is

determined by the external components using the formulas

given in Figure 1.

Unless otherwise stated, these specifications apply for T

A

 = -55°C to +125°C for the

UC1637;  -25°C to +85°C for the UC2637; and 0°C to +70°C for the UC3637: V

=

+15V, -V

S

 = - 15V, +V

TH 

= 5V, -V

TH

 = -5V, R

= 16.7k

, C

T

 = 1500pF, T

A

=T

J.

3

background image

UC1637

UC2637

UC3637

MODULATION SCHEMES

Case A Zero Deadtime (Equal voltage on Pin 9 and Pin 11)

In this configuration, maximum holding torque or stiffness

and position accuracy is achieved. However, the power in-

put into the motor is increased. Figure 3A shows this con-

figuration.

Case B Small Deadtime (Voltage on Pin 9 > Pin 11)

A small differential voltage between Pin 9 and 11 provides

the necessary time delay to reduce the chances of mo-

mentary short circuit in the output stage during transi-

tions, especially where power-amplifiers are used. Refer to

Figure 3B.

Case C Increased Deadtime and Deadband Mode

(Voltage on Pin 9 > Pin 11)

With the reduction of stiffness and position accuracy, the

power input into the motor around the null point of the

servo loop can be reduced or eliminated by widening the

window of the comparator circuit to a degree of accep-

tance. Where position accuracy and mechanical stiffness

is unimportant, deadband operation can be used. This is

shown in Figure 3C.

PWM Comparators

Two comparators are provided to perform pulse width

modulation for each of the output drivers. Inputs are un-

committed to allow maximum flexibility. The pulse width of

the outputs A and B is a function of the sign and ampli-

tude of the error signal. A negative signal at Pin 10 and 8

will lengthen the high state of output A and shorten the

high state of output B. Likewise, a positive error signal re-

verses the procedure. Typically, the oscillator waveform is

compared against the summation of the error signal and

the level set on Pin 9 and 11.

Figure 1. 

Oscillator Setup

Figure 2. 

Comparator Biasing

Output Drivers

Each output driver is capable of both sourcing and sinking

100mA steady state and up to 500mA on a pulsed basis

for rapid switching of either POWERFET or bipolar tran-

sistors. Output levels are typically  -V

S

 + 0.2V @50mA low

level and +V

S

 - 2.0V @50mA high level. 

Error Amplifier

The error amplifier consists of a high slew rate (15V/

µ

s)

op-amp with a typical 1MHz bandwidth and low output im-

pedance. Depending on the 

±

V

S

 supply voltage, the com-

mon mode input range and the voltage output swing is

within 2V of the V

S

 supply.

Under-Voltage Lockout

An under-voltage lockout circuit holds the outputs in the

low state until a minimum of 4V is reached. At this point,

all internal circuitry is functional and the output drivers are

enabled. If external circuitry requires a higher starting volt-

age, an over-riding voltage can be programmed through

the shutdown terminal as shown in Figure 4.

4

background image

UC1637

UC2637

UC3637

Figure 3. 

Modulation Schemes Showing (A) Zero Deadtime (B) Deadtime and (C) Deadband Configurations

Shutdown Comparator

The shutdown terminal may be used for implementing

various shutdown and protection schemes. By pulling the

terminal more than 2.5V below V

IN

, the output drivers will

be enabled. This can be realized using an open collector

gate or NPN transistor biased to either ground or the

negative supply. Since the threshold is temperature stabi-

lized, the comparator can be used as an accurate low

voltage lockout (Figure 4) and/or delayed start as in Fig-

ure 5. In the shutdown mode the outputs are held in the

low state.

Current Limit

A latched current limit amplifier with an internal 200mV

offset is provided to allow pulse-by-pulse current limiting.

Differential inputs will accept common mode signals from

-V

S

 to within 3V of the +V

S

 supply while providing excel-

lent

 

noise rejection. Figure 6 shows a typical current

sense circuit.

Figure 4. 

External Under-Voltage Lockout

Figure 5. 

Delayed Start-Up

Figure 6. 

Current Limit Sensing

5

background image

UC1637

UC2637

UC3637

Figure 7. 

Bi-Directional Motor Drive with Speed Control Power-Amplifier

Figure 8. 

Single Supply Position Servo Motor Drive

UNITRODE CORPORATION

7 CONTINENTAL BLVD. 

 MERRIMACK, NH 03054

TEL. (603) 424-2410 

 FAX (603) 424-3460

6

background image

IMPORTANT NOTICE

Texas Instruments and its subsidiaries (TI) reserve the right to make changes to their products or to discontinue

any product or service without notice, and advise customers to obtain the latest version of relevant information

to verify, before placing orders, that information being relied on is current and complete. All products are sold

subject to the terms and conditions of sale supplied at the time of order acknowledgement, including those

pertaining to warranty, patent infringement, and limitation of liability.

TI warrants performance of its semiconductor products to the specifications applicable at the time of sale in

accordance with TI’s standard warranty. Testing and other quality control techniques are utilized to the extent

TI deems necessary to support this warranty. Specific testing of all parameters of each device is not necessarily

performed, except those mandated by government requirements.

CERTAIN APPLICATIONS USING SEMICONDUCTOR PRODUCTS MAY INVOLVE POTENTIAL RISKS OF

DEATH, PERSONAL INJURY, OR SEVERE PROPERTY OR ENVIRONMENTAL DAMAGE (“CRITICAL

APPLICATIONS”). TI SEMICONDUCTOR PRODUCTS ARE NOT DESIGNED, AUTHORIZED, OR

WARRANTED TO BE SUITABLE FOR USE IN LIFE-SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS OR OTHER

CRITICAL APPLICATIONS. INCLUSION OF TI PRODUCTS IN SUCH APPLICATIONS IS UNDERSTOOD TO

BE FULLY AT THE CUSTOMER’S RISK.

In order to minimize risks associated with the customer’s applications, adequate design and operating

safeguards must be provided by the customer to minimize inherent or procedural hazards.

TI assumes no liability for applications assistance or customer product design. TI does not warrant or represent

that any license, either express or implied, is granted under any patent right, copyright, mask work right, or other

intellectual property right of TI covering or relating to any combination, machine, or process in which such

semiconductor products or services might be or are used. TI’s publication of information regarding any third

party’s products or services does not constitute TI’s approval, warranty or endorsement thereof.

Copyright 

©

 1999, Texas Instruments Incorporated