EPC9121無線電源系統(tǒng)：高效多標(biāo)準(zhǔn)解決方案

在無線電源技術(shù)領(lǐng)域，EPC9121無線電源演示系統(tǒng)無疑是一款值得關(guān)注的產(chǎn)品。它能夠支持多種無線電源標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于電子工程師來說，是評(píng)估諧振和感應(yīng)無線電源技術(shù)的理想工具。下面，我們就來詳細(xì)了解一下這個(gè)系統(tǒng)。

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系統(tǒng)概述

EPC9121是一個(gè)高效的電源演示系統(tǒng)，兼容多種無線電源標(biāo)準(zhǔn)，包括無線電源聯(lián)盟（WPC）的Qi標(biāo)準(zhǔn)、電力事務(wù)聯(lián)盟（PMA，現(xiàn)與AirFuel?聯(lián)盟合并）標(biāo)準(zhǔn)以及AirFuel（原A4WP）無線電源標(biāo)準(zhǔn)。在AirFuel諧振模式下，系統(tǒng)以6.78 MHz運(yùn)行，放大器電路配置為零電壓開關(guān)（ZVS）操作，可向源線圈輸送高達(dá)10 W的功率；在Qi/PMA感應(yīng)模式下，系統(tǒng)以165 kHz運(yùn)行，放大器電路為硬開關(guān)操作，可向設(shè)備輸送高達(dá)5 W的負(fù)載功率。

系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由四塊電路板組成：

1. EPC9511多模式源板：作為發(fā)射機(jī)或功率放大器，采用了多種增強(qiáng)型GaN器件，如100 V額定的EPC2107半橋eGaN? IC、EPC2036 eGaN FET和EPC2038 eGaN FET。
2. 多模式源線圈：兼容AirFuel Class 2標(biāo)準(zhǔn)以及Qi (A6) /PMA標(biāo)準(zhǔn)，被動(dòng)調(diào)諧電路允許在高頻或低頻下運(yùn)行，同時(shí)保持功率傳輸能力。
3. AirFuel兼容的3類設(shè)備線圈：帶有整流器和直流輸出，可將接收到的無線功率轉(zhuǎn)換為直流電源。
4. Qi/PMA兼容的設(shè)備線圈：同樣帶有整流器和直流輸出，適用于Qi和PMA標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。

放大器板（EPC9511）

控制與調(diào)節(jié)

EPC9511的預(yù)調(diào)節(jié)器基于三個(gè)反饋參數(shù)控制ZVS D類無線功率放大器：線圈電流大小、放大器消耗的直流功率以及放大器的最大供電電壓。在任何時(shí)候，只有一個(gè)參數(shù)用于控制預(yù)調(diào)節(jié)器，優(yōu)先級(jí)依次為放大器的最大供電電壓、輸送到放大器的功率以及線圈電流大小。

功能特性

• 電源供應(yīng)：配備微型高效開關(guān)模式5 V電源，為板上的邏輯電路（如柵極驅(qū)動(dòng)器和振蕩器）供電，使EPC9511板能夠從單一電源運(yùn)行。
• 振蕩器：自帶兩個(gè)低供電電流振蕩器，分別預(yù)編程為6.78 MHz ± 678 Hz和165 kHz。振蕩器信號(hào)可通過移除跳線JP71斷開，并可從外部振蕩器獲取。
• 保護(hù)功能：具備欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)，防止放大器在主電源電壓不足時(shí)啟動(dòng)；還能防止主電源反極性連接，可在短時(shí)間內(nèi)承受高達(dá)11 A的電流。

ZVS定時(shí)調(diào)整

在高頻運(yùn)行時(shí)，設(shè)置正確的ZVS轉(zhuǎn)換時(shí)間對(duì)于EPC9511放大器實(shí)現(xiàn)高效率至關(guān)重要?？赏ㄟ^選擇R71和R72或P71和P72的值來完成，建議使用電位器確定固定電阻值。具體步驟包括將放大器置于旁路模式、連接電源、使用示波器調(diào)整電位器以獲得所需波形，最后更換為固定電阻并恢復(fù)預(yù)調(diào)節(jié)器模式。

確定L2V5組件值

ZVS諧振電路并非在諧振狀態(tài)下運(yùn)行，僅為輸出電壓在關(guān)斷時(shí)的自換相提供必要的負(fù)器件電流。電容(C{zys 1})通常選擇約1 μF，以獲得非常小的紋波電壓分量。電感(L{ZVS})的值可通過公式[L{Z V S}=frac{Delta t{v t}}{8 cdot f{s w} cdotleft(C{O S S Q}+C{well }right)}]計(jì)算，其中(Delta t{se})為電壓過渡時(shí)間，(f_{s w})為工作頻率，(Cosso)為電荷等效器件輸出電容，(Cwell)為柵極驅(qū)動(dòng)器阱電容。

多模式源線圈

源線圈專門設(shè)計(jì)為兼容所有無線標(biāo)準(zhǔn)，可由單一源驅(qū)動(dòng)。調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)根據(jù)工作頻率將兩個(gè)線圈解耦，在AirFuel模式下，諧振 tank電路對(duì)Qi/PMA線圈呈現(xiàn)高阻抗，防止電流流動(dòng)和影響生成的磁場(chǎng)；在Qi/PMA模式下，高頻線圈調(diào)諧電容的小值在低頻下提供足夠的阻抗，解耦A(yù)irFuel線圈。

設(shè)備板

AirFuel兼容設(shè)備板

該板的調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)和并聯(lián)分支，串聯(lián)調(diào)諧為差分方式，以實(shí)現(xiàn)平衡連接和降低電容電壓。板上配備Kelvin連接的輸出直流電壓測(cè)量端子和內(nèi)置分流器，用于測(cè)量輸出直流電流。還有兩個(gè)LED，分別指示輸出電壓大于4 V（綠色LED）和輸出電壓超過36 V（紅色LED）。

Qi/PMA兼容設(shè)備板

同樣采用包含串聯(lián)和并聯(lián)分支的調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)，符合Qi標(biāo)準(zhǔn)。具備與AirFuel兼容設(shè)備板類似的測(cè)量和指示功能。

快速啟動(dòng)程序

使用預(yù)調(diào)節(jié)器操作

1. 確保系統(tǒng)完全組裝，安裝跳線JP1和JP71，選擇AirFuel或Qi/PMA模式，連接源線圈和負(fù)載。
2. 關(guān)閉電源，將主輸入電源總線連接到J1，注意電源連接器的極性。
3. 連接所有儀器。
4. 開啟主電源電壓（19 V）。
5. 確認(rèn)操作后，觀察放大器和設(shè)備板上的輸出電壓、效率等參數(shù)。
6. 關(guān)機(jī)時(shí)，按相反順序操作。

繞過預(yù)調(diào)節(jié)器操作

1. 確保系統(tǒng)完全組裝，移除跳線JP1并安裝在JP50上，禁用預(yù)調(diào)節(jié)器，將EPC9511置于旁路模式，連接源線圈和負(fù)載。
2. 關(guān)閉電源，將主輸入電源總線連接到JP1的底部引腳，將接地連接到J1的接地端。
3. 關(guān)閉電源，將控制輸入電源總線連接到(+V)（J1），注意電源連接器的極性。
4. 連接所有儀器。
5. 開啟控制電源，確保電源在19 V范圍內(nèi)。
6. 開啟主電源電壓至所需值，建議從0 V開始，不超過絕對(duì)最大電壓80 V或主EPC2107 IC的電流額定值。
7. 確認(rèn)操作后，在工作范圍內(nèi)調(diào)整主電源電壓，觀察輸出電壓、效率等參數(shù)，監(jiān)測(cè)FET的溫度。
8. 關(guān)機(jī)時(shí)，按相反順序操作，先將主電源電壓降至0 V。

熱管理與注意事項(xiàng)

熱管理

雖然EPC9121展示的EPC2107、EPC2036和EPC2038 eGaN FET和IC在電氣性能上優(yōu)于傳統(tǒng)硅器件，但由于其尺寸相對(duì)較小，熱管理要求更高。操作人員必須觀察柵極驅(qū)動(dòng)器和eGaN FET的溫度，確保它們?cè)跀?shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定的熱限制范圍內(nèi)運(yùn)行。

注意事項(xiàng)

1. 不要使用與AirFuel、Qi或PMA兼容的接收設(shè)備板運(yùn)行EPC9121系統(tǒng)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)無法與設(shè)備通信以正確設(shè)置所需的運(yùn)行條件，可能導(dǎo)致兼容設(shè)備單元故障。
2. 設(shè)備上沒有散熱片，實(shí)驗(yàn)評(píng)估時(shí)可能導(dǎo)致設(shè)備過熱，應(yīng)始終檢查運(yùn)行條件并使用紅外攝像機(jī)監(jiān)測(cè)EPC設(shè)備的溫度。
3. 不要將EPC9511放大器板連接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）以測(cè)量放大器的輸出阻抗，這會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞VNA。
4. 測(cè)試時(shí)，強(qiáng)烈建議在源線圈頂部放置5 mm厚的有機(jī)玻璃墊片，以保護(hù)用戶免受暴露的電氣觸點(diǎn)和靜電放電的影響。
5. 操作時(shí)，不要更改示波器探頭的位置或測(cè)量，應(yīng)先關(guān)閉電源再移動(dòng)探頭，否則可能導(dǎo)致板故障。
6. 不要觸摸線圈或任何線圈上的暴露導(dǎo)體，以免造成射頻灼傷和放大器故障。

總之，EPC9121無線電源系統(tǒng)為電子工程師提供了一個(gè)全面的平臺(tái)，用于評(píng)估和開發(fā)無線電源技術(shù)。通過合理使用和遵循注意事項(xiàng)，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)無線電源技術(shù)的發(fā)展。你在使用類似系統(tǒng)時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。