EPC9510無線功率放大器演示系統(tǒng)快速上手

在無線功率傳輸領(lǐng)域，高效的功率放大器是關(guān)鍵。EPC9510作為一款高性能的演示系統(tǒng)，為工程師們提供了便捷的評(píng)估平臺(tái)。下面就為大家詳細(xì)介紹EPC9510的相關(guān)特性、操作步驟以及注意事項(xiàng)。

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一、EPC9510概述

EPC9510是一款工作在6.78 MHz（最低ISM頻段）的高效零電壓開關(guān)（ZVS）D類無線功率放大器演示板。其設(shè)計(jì)目的是簡(jiǎn)化使用eGaN? FET的無線功率放大器技術(shù)的評(píng)估過程，將所有關(guān)鍵組件集成在一塊板子上，方便連接到現(xiàn)有系統(tǒng)中。

主要特性

1. 核心器件：采用了額定電壓100 V的EPC2107 eGaN FET，集成了同步自舉FET；預(yù)調(diào)節(jié)器的主開關(guān)器件采用了額定電壓100 V、導(dǎo)通電阻65 mΩ的EPC2036。
2. 工作模式：放大器配置為單端操作，包含柵極驅(qū)動(dòng)器、振蕩器和預(yù)調(diào)節(jié)器的反饋控制器，可確保基于A4WP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行無線功率控制，能在高達(dá)±35j Ω的負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行符合A4WP 2類標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試。
3. 供電系統(tǒng)：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。

二、詳細(xì)工作原理

預(yù)調(diào)節(jié)器控制

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：

1. 線圈電流大小（由綠色LED指示）。
2. 放大器汲取的直流功率（由黃色LED指示）。
3. 放大器的最大電源電壓（由紅色LED指示）。

任何時(shí)候僅使用一個(gè)參數(shù)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、輸送給放大器的功率、線圈電流大小。放大器的最大供電電壓預(yù)設(shè)為66 V，最大汲取功率預(yù)設(shè)為10 W，線圈電流大小預(yù)設(shè)為580 mA（580 mA_RMS），可通過P25進(jìn)行調(diào)整。預(yù)調(diào)節(jié)器由SEPIC轉(zhuǎn)換器組成，可在17 V至24 V的電壓范圍內(nèi)滿功率運(yùn)行。

性能參數(shù)

注：最大電流取決于管芯溫度，實(shí)際最大電流受開關(guān)頻率、總線電壓和熱條件影響。

三、操作步驟

（一）使用預(yù)調(diào)節(jié)器操作

1. 確保整個(gè)系統(tǒng)完全組裝好，安裝跳線JP1，連接源線圈和帶負(fù)載的設(shè)備線圈。
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. 確保所有儀器連接到系統(tǒng)。
4. 打開主電源電壓至所需值（19 V）。
5. 確認(rèn)操作正常后，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。

（二）旁路預(yù)調(diào)節(jié)器操作

1. 確保整個(gè)系統(tǒng)完全組裝好，移除跳線JP1并安裝到JP50，禁用預(yù)調(diào)節(jié)器，使EPC9510處于旁路模式，連接源線圈和帶負(fù)載的設(shè)備線圈。
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J1，注意電源連接器的極性，用于為柵極驅(qū)動(dòng)器和邏輯電路供電。
4. 確保所有儀器連接到系統(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(duì)最大電壓80 V）。
7. 確認(rèn)操作正常后，在工作范圍內(nèi)調(diào)整主電源電壓，觀察放大器和設(shè)備板上的輸出電壓、效率等參數(shù)。
8. 關(guān)機(jī)時(shí)，先將主電源電壓降至0 V，然后按步驟6至2的相反順序操作。

四、ZVS定時(shí)調(diào)整

設(shè)置正確的時(shí)間以實(shí)現(xiàn)ZVS轉(zhuǎn)換對(duì)于EPC9510放大器實(shí)現(xiàn)高效率至關(guān)重要?？赏ㄟ^分別選擇R71和R72或P71和P72的值來完成。最好使用安裝在適當(dāng)位置的電位器來確定固定電阻值。具體步驟如下：

1. 關(guān)閉電源，移除JP1中的跳線并安裝到JP50，使EPC9510放大器進(jìn)入旁路模式。將主輸入電源（+）連接到JP1（底部引腳 - 旁路模式），接地連接到J1的接地端（-）。
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開始增加到所需的主要工作值（如24 V，但絕不能超過絕對(duì)最大電壓66 V）。
6. 觀察示波器，調(diào)整適用的電位器以實(shí)現(xiàn)圖5中的綠色波形。
7. 如有需要，用固定值電阻替換電位器。移除JP50中的跳線并安裝回JP1，使EPC9510恢復(fù)到預(yù)調(diào)節(jié)器模式。

五、確定Lzvs組件值

ZVS諧振電路不在諧振狀態(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 }) 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(diǎn)過渡時(shí)間將決定 (L{ZVS1}) 和 (L{ZVS2}) 的電感值，其值應(yīng)足以在直流設(shè)備負(fù)載電阻范圍以及設(shè)備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(jì)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{vt}) 為電壓過渡時(shí)間 [s]，(f{sw }) 為工作頻率 [Hz]，(C{ossQ}) 為電荷等效器件輸出電容 [F]，(C{wei }) 為柵極驅(qū)動(dòng)器阱電容 [F]（LM5113使用20 pF）。

放大器電源電壓 (V{AMP}) 未包含在公式中，因?yàn)樗延呻妷哼^渡時(shí)間考慮在內(nèi)。EPC2107 eGaN FET的 (C{oss }) 非常低，低于柵極驅(qū)動(dòng)器阱電容 (C{wet })，因此必須將其包含在ZVS定時(shí)計(jì)算中。電荷等效電容可使用以下公式確定： [C{OSQ}=frac{1}{V{AMP }} cdot int{0}^{V{AMP }} C{oss }(v) cdot d v]

為了增加線圈阻抗變化的抗干擾裕度，可以減小 (L_{zs}) 的值以增加器件關(guān)斷時(shí)的電流（這將增加器件損耗）。典型的電壓過渡時(shí)間范圍為2 ns至12 ns。

六、熱管理與注意事項(xiàng)

（一）熱管理

EPC9510演示系統(tǒng)展示了EPC2107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，但相對(duì)較小的尺寸增加了熱管理要求。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。

（二）注意事項(xiàng)

1. 僅在使用預(yù)調(diào)節(jié)器時(shí)，EPC9510演示系統(tǒng)具有有限的電流保護(hù)。旁路預(yù)調(diào)節(jié)器時(shí)，板上沒有電流保護(hù)，必須注意不要使器件過流或過熱。過大的線圈耦合和負(fù)載范圍變化可能導(dǎo)致器件損耗增加。
2. 若需要調(diào)整線圈以適應(yīng)特定條件，請(qǐng)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。
3. 器件上沒有散熱片，在實(shí)驗(yàn)評(píng)估過程中，可能會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致器件過熱的情況。始終檢查工作條件，并使用紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)EPC器件的溫度。
4. 切勿將EPC9510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，否則會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞VNA。

七、物料清單

EPC9510放大器板的物料清單詳細(xì)列出了各個(gè)組件的信息，包括電容、電阻、二極管、電感、晶體管、集成電路等。具體物料清單可參考文檔中的表格。

EPC9510為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的無線功率放大器評(píng)估平臺(tái)。通過深入了解其特性、操作步驟和注意事項(xiàng)，工程師們可以更好地利用該系統(tǒng)進(jìn)行無線功率傳輸技術(shù)的研究和開發(fā)。大家在實(shí)際操作過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。