基于AD603與MC34063的AGC控制器設計介紹|壹芯微

自動增益技術(AGC)在工業自動化閉環控制領域廣泛存在，在工業控制當中，往往需要時變增益放大器以適應生產需求，或使時變增益具有一定的規律性以確保控制輸出幅值的穩定從而減少輸入竄擾噪聲信號的干擾，為使系統調節迅速，本文設計了一款基于AGC芯片AD603和開關電源芯片MC34063結合的AGC控制器，巧妙利用MC34063的穩定的基準電壓和動態電壓調節輸出接入AD603增益控制端來控制放大增益，達到系統輸出幅度恒定的目的。

1.系統工作原理

系統采用AD603作為核心控件，輔之以開關電源芯片MC34063采集控制器的輸出，通過MC34063輸出電壓傳遞給AD603的電壓控制端，從而改變放大增益。系統工作原理框圖如圖1所示。

圖1系統工作原理框圖

該閉環控制系統中，MC34063電路作為其反饋環節，動態采集系統輸出信號的幅值，通過調節內部信號的占空比輸出電壓進而控制AD603的放大增益。圖中反饋環節可替換成微處理器，微處理器通過A/D采集輸出電壓幅值，傳遞到微處理器芯片中進行信號處理，進而通過D/A輸出控制電壓反饋到整個系統的輸入端，但這種方法過于繁雜，由于數字芯片上升與下降建立時間較長，影響整個系統的響應速度，并且對信號處理的算法要求比較高。創新利用廣泛應用在電源技術中的開關電源芯片進行動態調節，全部屬于模擬電路，運行速度明顯具有一定的優勢，并且開發成本較低有利于工業控制領域推廣。

2.AD603

AD603是一款具有程控增益的芯片，低噪聲，其有3種工作模式，分別對應不同的增益范圍，為使控制更加廣泛，選擇最大的帶寬模式為90MHz。其增益用分貝數表示，放大增益受控制電壓控制成25mV/dB的線性關系，壓擺率為275V/μs。正常工作時需要輸入增益控制電壓。其增益公式為：

式中：G為增益，dB;G0為增益起點，G0的大小由引腳連接方式決定。

本設計電路將VOUT與FDBK短路，G0=10dB即為寬頻帶模式(90MHz寬頻帶)，AD603的增益范圍G為-11.09～+31.05dB，VG在-500～500mV范圍時呈線性范圍，此增益控制電壓VG由MC34063輸出控制。AD603輸入信號幅度UINP≤1.4V，實際的工控領域往往輸入加干擾總和大于1.4V，若直接將此信號加入系統，失真較大并且長時間工作會損壞AD603，因此必須在之前加一個輸入緩沖和衰減電路。

3.MC34063

MC34063是一款單片雙極性集成電路，普遍應用于DC-DC變換器控制領域，價格便宜，在開關電源領域應用十分廣泛，它能使用最少的外圍元件實現開關式的升壓、降壓，工作頻率0.1～100kHz，工作基本原理見文獻[5]。

傳統的AGC控制器構成閉環控制系統，一般需要對系統輸出進行A/D采樣，之后將數據傳送到單片機或計算機進行算法數據處理，評判產生執行信號D/A輸出使得執行機構執行，在此反饋過程中，經過采樣、算法處理和執行，明顯消耗過多的時間，并且對于部分復雜的控制信號，算法數據處理要求較高，需要使用專門的DSP芯片，成本較高。因此采用單一的模擬電子電路實現閉環控制系統效率更高，成本更低。

受MC34063降壓電路工作方式啟發，通過利用MC34063動態調節輸出電壓特性，實現AD603增益控制電壓的改變，是一種新的設計思路，并且實驗驗證切實可行，并且比程控方式更加簡易迅速。圖2為MC34063降壓電路。

圖2MC34063降壓電路

如圖2所示，輸入為+12V，輸出為+5V，5腳對地基準電壓為+1.25V，5腳對地接電阻R1=1.2kΩ，將輸出和5腳之間接R2=3.6kΩ，根據電阻分壓比，那么輸出則被鉗制在+5V，這樣便實現了穩壓輸出。應用在AGC控制領域，則可把MC34063輸出接控制器增益控制端，輸入接控制器輸出端。根據其工作原理，MC34063采集AGC控制器輸出傳輸到5腳，其內部動態調節PWM占空比，動態改變AD603增益控制電壓，并且能夠規避系統的干擾，實現類似PID算法的功能時刻動態調節，從而取代算法數據處理機構，簡單而有效，對工業自動化控制領域具有一定的借鑒意義。

4.系統硬件電路圖

圖3為系統硬件電路圖，該系統主要分為輸入緩沖衰減電路、AD603自動增益放大器、輸出幅度檢測器和MC34063反饋電路。

圖3系統硬件電路圖

4.1輸入緩沖衰減電路

由于AD603輸入信號幅度VINP≤1.4V，采用4個二極管鉗位，根據二極管的單向導電性和硅的正向導通壓降約為0.7V的特性，對輸入特性進行限幅，滿足了AD603的輸入電壓要求，跟隨器起到隔離芯片的作用。如圖3中的①部分。

4.2AD603自動增益放大器

AD603的3腳為信號輸入端，2和4腳對地接R4=0、R5=0的電阻使工作更加穩定。5和7腳相連接輸出，即AGC控制器的系統輸出。1腳為增益控制電壓VG端，此控制電壓接到了MC34063的輸出端，MC34063根據系統的輸出產生相對應的增益控制電壓VG。

4.3輸出幅度檢測器

由于工業控制領域，信號的形式只有直流的形式，交流信號也占有一定的比例，對于直流信號的控制可直接把系統輸出傳送給MC34063處理，但是對于交流信號必須要檢測其幅值，因此設計如圖3中③部分的電路。

常見的幅度檢測器，如二極管整流橋，但只適用于輸入電壓遠遠大于二極管導通壓降的情況，在AGC控制中，系統中信號往往是低壓，所以不能使用，那么設計一款能夠避免二極管導通壓降的幅度檢測器是十分有必要的。該幅度檢測器通過二極管D6、D7在正負周期工作方式，巧妙避免其導通壓降。在Multi?sim中進行電路仿真，得到幅值檢測仿真圖形如圖4所示。經過RC充電便得到具有一定關系的直流電壓值，圖3中R13、R14中間結點電壓為Uf，則其表達式為：

式中UINP為輸入幅值，V。

圖4幅度檢測仿真圖

4.4MC34063反饋電路

R13、R14中間結點電壓Uf經過一個同向放大器和一個加法器適當運算，接入MC34063的5腳，此時被鉗制在5V，反推則Uf=1V，那么就能夠動態維持AGC控制器系統輸出電壓幅值的穩定。當系統輸入不穩定或有噪聲干擾時，MC34063根據幅值檢測結果動態改變輸出電壓值從而改變增益控制電壓VG。如圖3中下半部分，2腳輸出電壓經過開關式和特定的肖特基二極管充放電，適當衰減分壓傳遞給AD603的1腳，這樣便實現放大增益的自動調節，成功實現開關電源技術在自動控制增益領域的應用。

5.系統運行結果

實驗設置是系統若輸入直流信號，則輸出恒定為+1V的直流;若輸入交流信號，則輸出幅值恒定為+1V的交流信號。實驗中，進行2種輸入方式的測試和驗證，均滿足設計要求。表1為輸入直流信號部分實驗數據，實驗中AGC控制器輸入接穩壓源，不斷調節輸入電壓。

表2為輸入交流信號部分實驗數據，實驗中AGC控制器輸入接UTG9002C信號發生器，不斷調節輸入正弦波幅值，輸出接入示波器觀察波形。觀察發現，無論輸入幅值變大變小，示波器波形基本不變，讀出示波器波形幅值，填入表2。

結語

本文總結了基于AD603與MC34063的AGC控制器設計，經實驗驗證該AGC控制器有效，并符合設計要求。提出開關電源芯片在控制領域的新應用，由于內部調節PWM占空比的速度較快，能夠替代傳統的程控AGC控制器，其中MC34063也可用其他開關電源芯片替代，具有普遍適用性，設計簡單，成本低，有重要的實用價值。

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