EPC9114無線電源演示系統(tǒng)快速上手：從原理到實踐

作為電子工程師，我們常常需要面對各種先進的電源技術(shù)和創(chuàng)新產(chǎn)品。今天要給大家介紹的是EPC公司的EPC9114無線電源演示系統(tǒng)，它在無線電力傳輸領域有著獨特的優(yōu)勢，下面就帶大家深入了解這個系統(tǒng)。

文件下載：EPC9114.pdf

系統(tǒng)概述

EPC9114是一款高效、符合A4WP標準的零電壓開關（ZVS）、電壓模式D類無線電源傳輸演示套件。它能夠在6.78 MHz（最低ISM頻段）下工作，為直流負載提供高達10 W的功率。其主要目的是簡化使用eGaN? FET的無線電源技術(shù)評估過程。

這個系統(tǒng)由三塊電路板組成：

• 源板（發(fā)射器或功率放大器）EPC9510：采用增強型半橋場效應晶體管（FET），具體為額定100 V的EPC2107 eGaN FET，集成了同步自舉FET。放大器配置為單端操作，包含柵極驅(qū)動器、振蕩器和預調(diào)節(jié)器的反饋控制器，確?；贏4WP標準進行無線電源控制。
• 符合A4WP Class 2標準的源線圈（發(fā)射線圈）：與EPC9510放大器預調(diào)諧，可在6.78 MHz下工作。
• 符合A4WP Category 3標準的設備線圈：帶有整流器和直流平滑電容器，能將接收到的能量轉(zhuǎn)換為直流電壓。

放大器板（EPC9510）詳解

預調(diào)節(jié)器控制

預調(diào)節(jié)器用于控制ZVS D類無線功率放大器，它基于三個反饋參數(shù)進行控制：

1. 線圈電流：由綠色LED指示，優(yōu)先級最低。
2. 放大器消耗的直流功率：由黃色LED指示。
3. 放大器的最大電源電壓：由紅色LED指示，優(yōu)先級最高。

預調(diào)節(jié)器預設放大器最大電源電壓為66 V，最大功耗為10 W，線圈電流幅度預設為580 mA（(580 ~mA_{RMS})），可通過P25進行調(diào)整。預調(diào)節(jié)器采用SEPIC轉(zhuǎn)換器，可在17 V至24 V的全功率范圍內(nèi)工作。

關鍵參數(shù)

注：*最大電流取決于管芯溫度，實際最大電流受開關頻率、總線電壓和熱條件影響。

操作模式

預調(diào)節(jié)器模式

在這種模式下，預調(diào)節(jié)器為放大器供電，并根據(jù)預設設置限制線圈電流、輸送功率或放大器的最大電源電壓。操作步驟如下：

1. 確保整個系統(tǒng)完全組裝好，安裝跳線JP1，連接源線圈和帶負載的設備線圈。
2. 關閉電源，將主輸入電源總線連接到J1，注意電源連接器的極性。
3. 確保所有儀器都連接到系統(tǒng)。
4. 打開主電源電壓至所需值（19 V）。
5. 確認操作后，觀察放大器和設備板上的輸出電壓、效率等參數(shù)。
6. 關機時，按相反順序操作。

旁路預調(diào)節(jié)器模式

此模式下，預調(diào)節(jié)器被旁路，主電源直接連接到放大器，允許使用外部調(diào)節(jié)器操作放大器，但沒有確保eGaN FET正確工作條件的保護措施。操作步驟如下：

1. 確保整個系統(tǒng)完全組裝好，移除跳線JP1并安裝到JP50，禁用預調(diào)節(jié)器，將EPC9510置于旁路模式，連接源線圈和帶負載的設備線圈。
2. 關閉電源，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. 關閉電源，將控制輸入電源總線連接到J1，注意電源連接器的極性，為柵極驅(qū)動器和邏輯電路供電。
4. 確保所有儀器都連接到系統(tǒng)。
5. 打開控制電源，確保電源在19 V范圍內(nèi)。
6. 打開主電源電壓至所需值（建議從0 V開始，不超過絕對最大電壓80 V）。
7. 確認操作后，在工作范圍內(nèi)調(diào)整主電源電壓，觀察放大器和設備板上的輸出電壓、效率等參數(shù)。
8. 關機時，按相反順序操作，先將主電源電壓降至0 V，再依次執(zhí)行其他步驟。

ZVS定時調(diào)整

設置正確的時間以建立ZVS轉(zhuǎn)換對于EPC9510放大器實現(xiàn)高效率至關重要。可以通過選擇R71和R72或P71和P72的值來完成。具體步驟如下：

1. 關閉電源，移除JP1中的跳線并安裝到JP50，將EPC9510放大器置于旁路模式。將主輸入電源（+）連接到JP1（底部引腳 - 旁路模式），接地連接到J1接地（-）端。
2. 關閉電源，將控制輸入電源總線（19 V）連接到（+）連接器J1，注意電源連接器的極性。
3. 將低電容示波器探頭連接到要設置的半橋探頭孔，并靠在接地柱上。
4. 打開控制電源，確保電源約為19 V。
5. 打開主電源電壓，從0 V開始增加到所需的主要工作值（如24 V，但絕不能超過絕對最大電壓66 V）。
6. 觀察示波器，調(diào)整適用的電位器以實現(xiàn)圖10中的綠色波形。
7. 如果需要，用固定值電阻替換電位器。移除JP50中的跳線并安裝回JP1，將EPC9510恢復到預調(diào)節(jié)器模式。

(L_{zvs})組件值確定

ZVS諧振電路不工作在諧振狀態(tài)，僅為輸出電壓在關斷時的自換相提供必要的負器件電流。電容器(C{zVS1})選擇具有非常小的紋波電壓分量，通常約為1 μF。放大器電源電壓、開關節(jié)點過渡時間將決定(L{ZVS1})和(L{ZVS2})的電感值，可使用以下公式計算： [L{z v s}=frac{Delta t{v t}}{8 cdot f{s w} cdot C{O S S Q}+C{u v i l}}] 其中：

• (Delta t_{w})：電壓過渡時間 [s]
• (f_{sw })：工作頻率 [Hz]
• (C_{ossQ})：電荷等效器件輸出電容 [F]
• (C_{well})：柵極驅(qū)動器阱電容 [F]，對于LM5113使用20 pF

[C{OSSQ}=frac{1}{V{AMP }} cdot int{0}^{V{AMP }} C_{oss}(v) cdot d v]

注：放大器電源電壓(V{AMP})在公式中未出現(xiàn)，因為它已由電壓過渡時間考慮。EPC2107 eGaN FET的(C{oss})非常低，低于柵極驅(qū)動器阱電容(C{well})，因此在ZVS定時計算中必須包含(C{well})。為了增加線圈阻抗變化的抗干擾裕度，可以減小(L_{zvs})的值以增加器件關斷時的電流（這會增加器件損耗）。典型的電壓過渡時間范圍為2 ns至12 ns。

源線圈和設備板

源線圈

源線圈符合A4WP Class 2標準，其匹配網(wǎng)絡包括串聯(lián)和并聯(lián)調(diào)諧。串聯(lián)調(diào)諧采用差分方式，允許平衡連接并降低電容器的電壓。

設備板

設備板符合A4WP Category 3標準，匹配網(wǎng)絡同樣包括串聯(lián)和并聯(lián)調(diào)諧，串聯(lián)調(diào)諧為差分方式。設備板配備了開爾文連接的輸出直流電壓測量端子和內(nèi)置分流器，用于測量輸出直流電流。還提供了兩個LED，綠色LED表示輸出電壓等于或大于4 V時正在接收功率，紅色LED表示輸出電壓已達到最大值且高于37 V。

熱管理與注意事項

熱管理

雖然EPC9114演示系統(tǒng)中的EPC2107和EPC2036 eGaN FET電氣性能優(yōu)于傳統(tǒng)硅器件，但由于其尺寸相對較小，熱管理要求更高。操作人員必須觀察柵極驅(qū)動器和eGaN FET的溫度，確保它們在數(shù)據(jù)手冊規(guī)定的熱限制范圍內(nèi)工作。

注意事項

• 該系統(tǒng)沒有增強的保護系統(tǒng)，操作時需謹慎。不要使用符合A4WP標準的設備板與EPC9114系統(tǒng)一起操作，因為該系統(tǒng)無法與設備通信以正確設置所需的工作條件，可能導致設備板故障。如需使用符合A4WP標準的設備操作該系統(tǒng)，請聯(lián)系EPC獲取操作說明。
• 設備上沒有散熱片，在實驗評估過程中，可能會出現(xiàn)導致設備過熱的情況。始終檢查工作條件，并使用紅外熱像儀監(jiān)測EPC設備的溫度。
• 切勿將EPC9510放大器板連接到矢量網(wǎng)絡分析儀（VNA）以測量放大器的輸出阻抗，否則會嚴重損壞VNA。

總結(jié)

EPC9114無線電源演示系統(tǒng)為電子工程師提供了一個很好的平臺，用于評估和開發(fā)基于eGaN FET的無線電源技術(shù)。通過了解系統(tǒng)的各個組成部分、操作模式和注意事項，我們可以更好地利用這個系統(tǒng)進行實驗和設計。大家在實際使用過程中，有沒有遇到過類似系統(tǒng)的其他問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。