EPC90154開(kāi)發(fā)板快速上手指南

在電子工程領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)板是驗(yàn)證和開(kāi)發(fā)新設(shè)計(jì)的重要工具。今天，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下EPC90154開(kāi)發(fā)板，它是一款用于評(píng)估EPC2088 eGaN? FET性能的半橋開(kāi)發(fā)板，下面將從多個(gè)方面為大家介紹其特性、使用方法及相關(guān)注意事項(xiàng)。

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一、開(kāi)發(fā)板概述

EPC90154是一款帶有板載柵極驅(qū)動(dòng)器的半橋開(kāi)發(fā)板，采用了額定電壓為100 V的EPC2088 eGaN FET。該開(kāi)發(fā)板尺寸為2'' × 2''，包含兩個(gè)半橋配置的EPC2088 eGaN FET和一個(gè)用于增強(qiáng)自舉電源的EPC2038 GaN FET。它還采用了uPI Semiconductor uP1966E柵極驅(qū)動(dòng)器，并且包含了所有關(guān)鍵組件，其布局支持最佳開(kāi)關(guān)性能。此外，板上還有各種探測(cè)點(diǎn)，方便進(jìn)行簡(jiǎn)單的波形測(cè)量和效率計(jì)算。

性能參數(shù)

需要注意的是，最大輸入電壓取決于電感負(fù)載和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴；最大電流取決于管芯溫度；使用板載邏輯緩沖器時(shí)，旁路開(kāi)關(guān)頻率、總線電壓和熱冷卻需參考uP1966E數(shù)據(jù)手冊(cè)；PWM低狀態(tài)輸入脈沖寬度受高側(cè)自舉電源電壓“刷新”時(shí)間限制。

二、快速啟動(dòng)步驟

（一）單/雙PWM信號(hào)輸入設(shè)置

開(kāi)發(fā)板上有兩個(gè)PWM信號(hào)輸入端口PWM1和PWM2。在雙輸入模式下，PWM1連接到上FET，PWM2連接到下FET；在單輸入模式下，PWM1作為輸入，電路會(huì)為FET生成所需的互補(bǔ)PWM。輸入模式通過(guò)選擇J630（模式選擇）的跳線位置來(lái)設(shè)置。

（二）死區(qū)時(shí)間設(shè)置

死區(qū)時(shí)間是指一個(gè)FET關(guān)斷到另一個(gè)FET導(dǎo)通之間的時(shí)間，對(duì)于該開(kāi)發(fā)板，是相對(duì)于柵極驅(qū)動(dòng)器的輸入而言的。可以通過(guò)電阻R620和R625來(lái)設(shè)置死區(qū)時(shí)間，所需電阻值可從圖4的圖表中讀取。推薦的最小死區(qū)時(shí)間為5 ns，最大為15 ns。

（三）旁路設(shè)置

極性變換器和死區(qū)時(shí)間電路可以通過(guò)J640（旁路）的跳線設(shè)置進(jìn)行旁路，有三種旁路選項(xiàng)：無(wú)旁路、死區(qū)時(shí)間旁路和完全旁路。

三、電路配置

（一）降壓轉(zhuǎn)換器配置

可以選擇單PWM輸入或雙PWM輸入來(lái)將開(kāi)發(fā)板配置為降壓轉(zhuǎn)換器。選擇單輸入降壓模式時(shí)，旁路跳線J640必須設(shè)置為無(wú)旁路模式；選擇雙輸入降壓模式時(shí)，旁路跳線J640可以配置為任何有效設(shè)置。操作步驟如下：

1. 關(guān)閉電源，將輸入電源總線連接到VIN，接地/返回連接到GND。
2. 關(guān)閉電源，將半橋的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW）連接到所需電路，或使用提供的電感（L1）和輸出電容（Cout）焊盤。
3. 關(guān)閉電源，將柵極驅(qū)動(dòng)電源連接到VDD（J1，引腳1），接地返回連接到GND（J1，引腳2，在板的底部標(biāo)明）。
4. 關(guān)閉電源，根據(jù)選擇的輸入模式設(shè)置，將輸入PWM控制信號(hào)連接到PWM1和/或PWM2，并將接地返回連接到板底部標(biāo)明的任何GND J2引腳。
5. 打開(kāi)柵極驅(qū)動(dòng)電源，確保電源設(shè)置在7.5 V至12 V之間。
6. 打開(kāi)控制器/PWM輸入源。
7. 確保初始輸入電源電壓為0 V，打開(kāi)電源并緩慢增加電壓到所需值（不要超過(guò)絕對(duì)最大電壓），探測(cè)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)以查看開(kāi)關(guān)操作。
8. 一旦運(yùn)行，在工作范圍內(nèi)調(diào)整PWM控制、總線電壓和負(fù)載，并觀察輸出開(kāi)關(guān)行為、效率和其他參數(shù)。
9. 關(guān)機(jī)時(shí)，請(qǐng)按相反步驟操作。

（二）升壓轉(zhuǎn)換器配置

同樣可以選擇單PWM輸入或雙PWM輸入來(lái)將開(kāi)發(fā)板配置為升壓轉(zhuǎn)換器。選擇單輸入升壓模式時(shí)，旁路跳線J640必須設(shè)置為無(wú)旁路模式；選擇雙輸入升壓模式時(shí)，旁路跳線J640可以配置為任何有效設(shè)置。需要注意的是，切勿在無(wú)負(fù)載的情況下操作升壓轉(zhuǎn)換器模式，否則輸出電壓可能會(huì)超過(guò)最大額定值。操作步驟如下：

1. 電感（L1）和輸入電容（標(biāo)記為Cout）可以焊接到板上，也可以在板外提供。反并聯(lián)二極管也可以使用EPC2088 FET右側(cè)的額外焊盤進(jìn)行安裝。
2. 關(guān)閉電源，將輸入電源總線連接到VOUT，接地/返回連接到GND，或者如果電感L1和Cout在外部提供，則在電容兩端外部連接。將輸出電壓（標(biāo)記為VIN）連接到所需電路，例如電阻負(fù)載。
3. 關(guān)閉電源，將柵極驅(qū)動(dòng)電源連接到VDD（J1，引腳1），接地返回連接到GND（J1，引腳2，在板的底部標(biāo)明）。
4. 關(guān)閉電源，根據(jù)選擇的輸入模式設(shè)置，將輸入PWM控制信號(hào)連接到PWM1和/或PWM2，并將接地返回連接到板底部標(biāo)明的任何GND J2引腳。
5. 打開(kāi)柵極驅(qū)動(dòng)電源，確保電源在7.5 V至12 V之間。
6. 打開(kāi)控制器/PWM輸入源。
7. 確保輸出不是開(kāi)路，且初始輸入電源電壓為0 V，打開(kāi)電源并緩慢增加電壓到所需值（不要超過(guò)絕對(duì)最大電壓），探測(cè)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)以查看開(kāi)關(guān)操作。
8. 一旦運(yùn)行，在工作范圍內(nèi)調(diào)整PWM控制、總線電壓和負(fù)載，并觀察輸出開(kāi)關(guān)行為、效率和其他參數(shù)，觀察設(shè)備溫度以確定操作限制。
9. 關(guān)機(jī)時(shí)，請(qǐng)按相反步驟操作。

四、測(cè)量和散熱注意事項(xiàng)

（一）測(cè)量考慮

在測(cè)量包含高頻內(nèi)容的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓時(shí)，需要注意提供準(zhǔn)確的高速測(cè)量。開(kāi)發(fā)板提供了一個(gè)可選的雙引腳插頭（J33）和一個(gè)MMCX連接器（J32）用于開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)測(cè)量。推薦使用差分探頭測(cè)量高端柵極電壓，Tektronix的IsoVu探頭有匹配的MMCX連接器。對(duì)于使用MMCX連接器的常規(guī)無(wú)源電壓探頭（如TPP1000），可以使用探頭適配器（PN: 206 - 0663 - xx）。

（二）散熱考慮

EPC90154開(kāi)發(fā)板配備了三個(gè)機(jī)械墊片，可以用于輕松安裝散熱器或散熱片。在安裝散熱器之前，需要移除散熱器區(qū)域下厚度超過(guò)1 mm的任何組件。散熱器可以使用鋁或碲銅制造，以獲得更高的性能。在組裝散熱器時(shí)，可能需要添加一層薄的絕緣層，以防止散熱器與電容器和電阻器等具有暴露導(dǎo)體的組件短路。推薦的絕緣材料為L(zhǎng)aird P/N: A14692 - 30, Tgard? K52，厚度為0.051 mm。熱界面材料（TIM）的選擇需要考慮機(jī)械順應(yīng)性、電氣絕緣性和熱性能等特性。EPC推薦了幾種熱界面材料，如t - Global P/N: TG - A1780 X 0.5 mm（最高導(dǎo)熱率為17.8 W/m·K）等。

五、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

（一）測(cè)試條件

其中，[1]為Vishay的2.2 μH電感（P/N IHTH1125KZEB2R2M5A）；[2]使用的電容為4.7 μF、100 V，共5個(gè)（P/N: GMC32X7R475K100NT）；[3]使用的電容為4.7 μF、100 V，共5個(gè)（P/N: GMC32X7R475K100NT）和47 μF、80 V，1個(gè)（P/N: 80SXV47M）。在高電流測(cè)試之前，在板上添加了符合圖10和圖11的散熱器，使用t - Global TG - A1780熱界面材料（TIM）和Wakefield Vette 567 - 24AB散熱器，并使用相同的TIM。同時(shí)，添加了額外的輸入和輸出電容，以抑制高輸出電流時(shí)的輸入和輸出電壓紋波。

（二）電氣性能

1. 測(cè)量波形

在不同的負(fù)載電流下，測(cè)量了電感電流和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)波形。例如，當(dāng)從48 V以500 kHz運(yùn)行并向12 V負(fù)載輸送0 A、10 A和25 A電流時(shí)，分別得到了相應(yīng)的波形。這些波形能夠直觀地反映開(kāi)發(fā)板在不同負(fù)載條件下的開(kāi)關(guān)性能。

2. 效率和功率損耗

圖15展示了在使用2.2 μH電感的情況下，從48 V到12 V在各種開(kāi)關(guān)頻率下運(yùn)行時(shí)的效率和功率損耗結(jié)果。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，我們可以了解開(kāi)發(fā)板在不同工作頻率下的能量轉(zhuǎn)換效率和功率損耗情況，從而為優(yōu)化電路設(shè)計(jì)提供參考。

（三）熱性能

圖16顯示了開(kāi)發(fā)板在48 V輸入、向負(fù)載提供12 V輸出，且有1000 - 1500 LFM（高）氣流的情況下的熱性能。通過(guò)測(cè)量外殼溫度的熱圖像，可以了解開(kāi)發(fā)板在特定工作條件下的散熱情況，評(píng)估其熱穩(wěn)定性。

（四）熱降額

通過(guò)對(duì)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行額外的測(cè)試，在500 LFM和1000 LFM的氣流條件下，確定了帶散熱器和不帶散熱器時(shí)開(kāi)發(fā)板的環(huán)境溫度降額情況。測(cè)量了負(fù)載電流與溫度上升的關(guān)系，并生成了最大外殼溫度為110°C時(shí)不同開(kāi)關(guān)頻率下的降額曲線。這些曲線有助于我們了解開(kāi)發(fā)板在不同散熱條件和工作頻率下的負(fù)載能力，從而合理使用開(kāi)發(fā)板，避免因過(guò)熱導(dǎo)致性能下降或損壞。

綜上所述，EPC90154開(kāi)發(fā)板為工程師提供了一個(gè)方便的平臺(tái)來(lái)評(píng)估EPC2088 eGaN FET的性能。在使用過(guò)程中，需要根據(jù)具體需求進(jìn)行合理的配置和設(shè)置，并注意測(cè)量和散熱等方面的問(wèn)題。大家在實(shí)際使用中有沒(méi)有遇到什么特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。