EPC9509無線功率放大器演示系統(tǒng)快速上手

在無線功率傳輸技術(shù)領(lǐng)域，EPC9509 演示系統(tǒng)是一款備受關(guān)注的產(chǎn)品。它為工程師們提供了一個便捷的平臺，用于評估氮化鎵（eGaN）場效應(yīng)晶體管（FET）在無線功率放大器技術(shù)中的應(yīng)用。下面就為大家詳細介紹 EPC9509 的相關(guān)特性、操作方法以及注意事項。

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一、EPC9509 簡介

EPC9509 是一款高效的零電壓開關(guān)（ZVS）D 類無線功率放大器演示板，工作頻率為 6.78 MHz（最低工業(yè)、科學和醫(yī)療頻段）。其設(shè)計目的是簡化使用 eGaN FET 的無線功率放大器技術(shù)的評估過程，將所有關(guān)鍵組件集成在一塊板上，方便連接到現(xiàn)有系統(tǒng)中。

1. 核心組件

• EPC2108 eGaN FET：采用增強型半橋場效應(yīng)晶體管，額定電壓 60 V，集成了同步自舉 FET。
• EPC2036：作為 SEPIC 轉(zhuǎn)換器的主開關(guān)器件，額定電壓 100 V，導通電阻 65 mΩ。

2. 工作模式

該放大器可設(shè)置為差分模式或單端模式，并包含柵極驅(qū)動器、振蕩器和預調(diào)節(jié)器的反饋控制器，確?；?A4WP 標準進行無線功率控制，能夠在高達 ±50j Ω 的負載范圍內(nèi)進行符合 A4WP 3 類標準的測試。

二、詳細功能特性

1. 預調(diào)節(jié)器

預調(diào)節(jié)器用于控制 ZVS D 類無線功率放大器，基于三個反饋參數(shù)：線圈電流大?。ㄓ删G色 LED 指示）、放大器消耗的直流功率（由黃色 LED 指示）以及放大器的最大電源電壓（由紅色 LED 指示）。任何時候僅使用一個參數(shù)來控制預調(diào)節(jié)器，優(yōu)先級依次為放大器的最大供電電壓、放大器的功率、線圈電流大小。放大器的最大供電電壓預設(shè)為 52 V，最大消耗功率預設(shè)為 16 W，線圈電流大小預設(shè)為 800 mARMS（可通過 P25 進行調(diào)節(jié)）。預調(diào)節(jié)器包含一個 SEPIC 轉(zhuǎn)換器，可在 17 V 至 24 V 的電壓范圍內(nèi)滿功率運行。

2. 振蕩器

放大器自帶低供電電流振蕩器，預編程為 6.78 MHz ± 678 Hz。可通過在 JP70 插入跳線禁用，也可使用外部控制的集電極/漏極晶體管在 JP70 端子上進行外部關(guān)閉。還可以使用外部振蕩器代替內(nèi)部振蕩器，只需將其連接到 J70 并移除跳線 JP71。

3. 工作模式指示

EPC9509 配備 3 個 LED 指示燈，用于指示系統(tǒng)的工作模式：

• 綠色 LED：系統(tǒng)處于線圈電流限制模式時亮起。
• 黃色 LED：系統(tǒng)處于功率限制模式時亮起。
• 紅色 LED：預調(diào)節(jié)器達到最大輸出電壓時亮起，表示系統(tǒng)不再符合 A4WP 標準，因為負載阻抗過高，放大器無法驅(qū)動。

4. 單端或差分模式操作

• 單端模式：具有較高的放大器效率，但虛阻抗驅(qū)動能力降低。
• 差分模式：放大器能夠驅(qū)動 1 Ω 至 56 Ω 以及 ±50j Ω 的阻抗范圍，可保持 800 mAsms 線圈電流或提供高達 16 W 的功率。EPC9509 默認設(shè)置為差分模式，可通過在 J75 插入跳線切換到單端模式。

5. ZVS 定時調(diào)整

設(shè)置正確的時間以實現(xiàn) ZVS 轉(zhuǎn)換對于 EPC9509 放大器實現(xiàn)高效率至關(guān)重要?？赏ㄟ^選擇 R71、R72、R77 和 R78 或 P71、P72、P77 和 P78 的值來完成。建議使用電位器確定固定電阻值，該過程在單端和差分模式下相同。具體步驟如下：

1. 關(guān)閉電源，移除 JP1 中的跳線并將其插入 JP50，使 EPC9509 放大器進入旁路模式。將主輸入電源（+）連接到 JP1（底部引腳，用于旁路模式），接地連接到 J1 接地（-）。
2. 關(guān)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(shè)置的半橋的探頭孔，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 開始逐漸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 52 V）。
6. 觀察示波器，調(diào)整適用的電位器以實現(xiàn)圖 5 中的綠色波形。
7. 對另一個半橋重復上述步驟。
8. 如果需要，用固定值電阻替換電位器。移除 JP50 中的跳線并將其插回 JP1，使 EPC9509 恢復到預調(diào)節(jié)器模式。

6. 確定 Lzvs 組件值

ZVS 諧振電路不工作在諧振狀態(tài)，僅為輸出電壓在關(guān)斷時的自換相提供必要的負器件電流。電容 (C{ZVS1}) 和 (C{ZVS2}) 選擇為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(guān)節(jié)點過渡時間將決定 (LZVSX) 的電感值，該值需要足夠大以在直流器件負載電阻范圍以及器件與源線圈之間的耦合范圍內(nèi)維持 ZVS 操作，可使用以下公式計算： [L{zvs}=frac{Delta t{vt}}{8 cdot f{sw} cdotleft(C{OSQ}+C_{well}right)}] 其中：

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

需要注意的是，放大器電源電壓 (VANE) 未包含在公式中，因為它已由電壓過渡時間考慮在內(nèi)。EPC2108 eGaN FET 的 (Coss) 非常低，低于柵極驅(qū)動器阱電容 (Cwell)，因此在 ZVS 定時計算中必須包含 (Cwell)。電荷等效電容可使用以下公式確定： [C{OSSQ}=frac{1}{ V{AMP}} cdot int{0}^{V{AMP}} C_{oss}(v) cdot dv]

為了增加線圈阻抗變化的抗干擾裕度，可以減小 (Lzys) 的值以增加器件關(guān)斷時的電流（這將增加器件損耗）。典型的電壓過渡時間范圍為 2 ns 至 12 ns。在差分情況下，計算 ZVS 電感時電壓和電荷（(CossQ)）加倍。

三、快速啟動程序

EPC9509 放大器板易于設(shè)置和評估 eGaN FET 在無線功率傳輸應(yīng)用中的性能，可通過以下兩種方法操作：

1. 使用預調(diào)節(jié)器

• 預調(diào)節(jié)器用于在該模式下為放大器供電，并根據(jù)預設(shè)設(shè)置限制線圈電流、放大器的功率或最大供電電壓。
• 主 19 V 電源必須能夠提供 2 ADC。啟動板時，不要升高該電源的電壓，只需打開電源即可。
• 具體步驟如下：
  1. 在進行電氣連接之前，確保整個系統(tǒng)完全組裝好，并確保跳線 JP1 已安裝。同時確保源線圈和帶負載的設(shè)備線圈已連接。
  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. 確保所有儀器都連接到系統(tǒng)。
  4. 將主電源電壓打開到所需值（19 V）。
  5. 確認操作正常后，觀察放大器和設(shè)備板上的輸出電壓、效率和其他參數(shù)。
  6. 關(guān)機時，請按相反順序操作。

2. 繞過預調(diào)節(jié)器

• 在該模式下，預調(diào)節(jié)器被繞過，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。但此模式下沒有確保 eGaN FET 正確工作條件的保護措施。
• 具體步驟如下：
  1. 在進行電氣連接之前，確保整個系統(tǒng)完全組裝好，并確保跳線 JP1 已移除并安裝在 JP50 中，以禁用預調(diào)節(jié)器并將 EPC9509 置于旁路模式。同時確保源線圈和帶負載的設(shè)備線圈已連接。
  2. 關(guān)閉電源，將主輸入電源總線 (+V) 連接到 JP1 的底部引腳，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 J1，注意電源連接器的極性，該電源用于為柵極驅(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. 打開主電源電壓到所需值（建議從 0 V 開始，不要超過絕對最大電壓 52 V）。
  7. 確認操作正常后，在工作范圍內(nèi)調(diào)整主電源電壓，并觀察放大器和設(shè)備板上的輸出電壓、效率和其他參數(shù)。
  8. 關(guān)機時，請按相反順序操作，先將主電源電壓降低到 0 V，然后依次執(zhí)行步驟 6 至 2。

四、熱管理與注意事項

1. 熱管理

EPC9509 演示系統(tǒng)展示了 EPC2108 和 EPC2036 eGaN FET 在無線能量傳輸應(yīng)用中的性能。盡管其電氣性能優(yōu)于傳統(tǒng)硅器件，但由于尺寸相對較小，對熱管理的要求更高。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)定的熱極限范圍內(nèi)運行。

2. 注意事項

• 線圈調(diào)整：如果需要調(diào)整線圈以適應(yīng)特定條件，請聯(lián)系 EPC（info@epc - co.com），以便正確調(diào)整其與 ZVS D 類放大器的配合使用。
• 過熱風險：設(shè)備上沒有散熱器，在實驗評估過程中，可能會出現(xiàn)導致設(shè)備過熱的情況。始終檢查工作條件，并使用紅外相機監(jiān)測 EPC 設(shè)備的溫度。
• 避免損壞儀器：切勿將 EPC9509 放大器板連接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）以測量放大器的輸出阻抗，否則會嚴重損壞 VNA。

五、物料清單

文檔中提供了詳細的物料清單，涵蓋了電容、電阻、二極管、晶體管、電感、連接器等各種組件，為工程師進行設(shè)計和維修提供了參考。

EPC9509 演示系統(tǒng)為無線功率放大器技術(shù)的評估提供了一個全面且便捷的平臺。工程師們在使用過程中，只要按照上述步驟進行操作，并注意相關(guān)的熱管理和注意事項，就能充分發(fā)揮其性能，推動無線功率傳輸技術(shù)的發(fā)展。大家在實際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。