EPC9512無(wú)線功率放大器演示板快速入門指南

一、引言

在無(wú)線充電技術(shù)飛速發(fā)展的今天，高效、穩(wěn)定的無(wú)線功率放大器是實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電的關(guān)鍵。EPC9512無(wú)線功率放大器演示板為我們提供了一個(gè)很好的評(píng)估平臺(tái)，用于探索基于eGaN? FETs的無(wú)線功率技術(shù)。本文將詳細(xì)介紹EPC9512的特點(diǎn)、操作模式、參數(shù)設(shè)置以及使用時(shí)的注意事項(xiàng)。

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二、EPC9512演示板概述

2.1 基本特性

EPC9512是一款高效的、與AirFuel? Alliance兼容的零電壓開關(guān)（ZVS）電壓模式D類無(wú)線功率放大器，能在6.78 MHz（最低ISM頻段）下向發(fā)射線圈提供高達(dá)33 W的功率。其主要目的是簡(jiǎn)化使用eGaN? FETs的無(wú)線功率技術(shù)的評(píng)估過程。

2.2 關(guān)鍵器件

• 主功率級(jí)：采用增強(qiáng)型、100 V額定的EPC8010 eGaN FET，以雙半橋配置作為主功率級(jí)。
• 同步自舉FET：使用100 V額定的EPC2038 eGaN FET。
• SEPIC預(yù)調(diào)節(jié)器：采用200 V額定的EPC2019 eGaN FET。

2.3 工作模式

該放大器可通過改變跳線設(shè)置在單端模式或差分模式下工作。單端模式下放大器效率更高，但虛阻抗驅(qū)動(dòng)能力降低；差分模式下，放大器能夠驅(qū)動(dòng)1 Ω至56 Ω以及±35j Ω的阻抗范圍，并保持1.375 A的線圈電流或提供高達(dá)33 W的功率。

三、性能參數(shù)

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

四、詳細(xì)功能介紹

4.1 預(yù)調(diào)節(jié)器

預(yù)調(diào)節(jié)器用于基于三個(gè)反饋參數(shù)控制ZVS D類無(wú)線功率放大器：

• 線圈電流：由綠色LED指示。
• 放大器消耗的直流功率：由黃色LED指示。
• 放大器的最大供電電壓：由紅色LED指示。

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)最高的是放大器的最大供電電壓，其次是放大器消耗的功率，最后是線圈電流的大小。最大放大器供電電壓預(yù)設(shè)為80 V，放大器消耗的最大功率預(yù)設(shè)為33 W，線圈電流大小預(yù)設(shè)為1.375 ARMS，但可使用P25進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.2 保護(hù)功能

• 欠壓鎖定電路：輸入電壓（VIN）低于表1中規(guī)定的最小值時(shí)，放大器板不會(huì)啟動(dòng)。
• 鉗位二極管：可在短時(shí)間內(nèi)保護(hù)電路板免受VIN過壓和意外反極性連接的影響，并提供高達(dá)11 A的電流保護(hù)。

4.3 On - Off - Key（OOK）調(diào)制

通過在J76施加調(diào)制信號(hào)可實(shí)現(xiàn)OOK調(diào)制，該調(diào)制僅與5 V邏輯兼容。當(dāng)信號(hào)為高時(shí)，功率級(jí)正常工作；當(dāng)信號(hào)為低時(shí)，一個(gè)半橋的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)關(guān)閉。為獲得最佳性能，調(diào)制信號(hào)應(yīng)與振蕩器信號(hào)同步，且狀態(tài)變化應(yīng)在振蕩器狀態(tài)之間進(jìn)行，并完成偶數(shù)個(gè)時(shí)鐘周期。

五、ZVS定時(shí)調(diào)整

5.1 重要性

設(shè)置正確的時(shí)間以建立ZVS轉(zhuǎn)換對(duì)于EPC9512放大器實(shí)現(xiàn)高效率至關(guān)重要。

5.2 調(diào)整步驟

1. 關(guān)閉電源，將JP1中的跳線移除并插入JP50，使EPC9512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），將接地連接到J1的接地（ - ）連接。
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和接地柱。
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80 V的絕對(duì)最大電壓）。
6. 觀察示波器，調(diào)整適用的電位器以實(shí)現(xiàn)圖7中的綠色波形。
7. 對(duì)另一個(gè)半橋重復(fù)上述步驟。
8. 如果需要，用固定值電阻替換電位器。將跳線從JP50移除并插回JP1，使EPC9512恢復(fù)到預(yù)調(diào)節(jié)器模式。

六、確定LzVS的組件值

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(shí)的自換相提供必要的負(fù)器件電流。電容Czvs1和Czvs2通常選擇約1 μF，以獲得非常小的紋波電壓分量。放大器供電電壓、開關(guān)節(jié)點(diǎn)過渡時(shí)間將決定Lzv5x的電感值，可使用以下公式計(jì)算： [L{ZVS}=frac{Delta t{vt}}{8 cdot f{sw} cdot (C{OSSQ}+C{well})}] [C{OSSQ}=frac{1}{V{AMP}} cdot int{0}^{V{AMP}} C{OSS}(v) cdot dv]

為增加線圈阻抗變化的抗干擾裕度，可減小LzVS的值以增加器件關(guān)斷時(shí)的電流（這會(huì)增加器件損耗）。典型的電壓過渡時(shí)間范圍為2 ns至8 ns。對(duì)于差分情況，計(jì)算ZVS電感時(shí)電壓和電荷（CossQ）加倍。

七、快速啟動(dòng)程序

7.1 使用預(yù)調(diào)節(jié)器操作

1. 確保整個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)行電氣連接之前已完全組裝好，并確保跳線JP1已安裝。同時(shí)確保源線圈和帶負(fù)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. 確保所有儀器都已連接到系統(tǒng)。
4. 打開主電源電壓到所需值（19 V）。
5. 確認(rèn)操作正常后，觀察放大器和設(shè)備板上的輸出電壓和其他參數(shù)。
6. 關(guān)機(jī)時(shí)，請(qǐng)按相反順序操作。

7.2 旁路預(yù)調(diào)節(jié)器操作（旁路模式）

1. 確保整個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)行電氣連接之前已完全組裝好，將跳線JP1移除并插入JP50以禁用預(yù)調(diào)節(jié)器，并將EPC9512放大器置于旁路模式。同時(shí)確保源線圈和帶負(fù)載的設(shè)備線圈已連接。
2. 關(guān)閉電源，將主輸入電源總線+VIN連接到JP1的底部引腳，將接地連接到J1的接地，注意電源連接器的極性。
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(dòng)器和邏輯電路供電。
4. 確保所有儀器都已連接到系統(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，且不要超過80 V的絕對(duì)最大電壓）。
7. 確認(rèn)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(jī)時(shí)，請(qǐng)按相反順序操作，先將主電源電壓降至0 V，然后依次執(zhí)行步驟6至2。

八、熱考慮

EPC9512演示系統(tǒng)在無(wú)線能量傳輸應(yīng)用中展示了EPC8010、EPC2019和EPC2038。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 FETs的溫度，以確保它們?cè)跀?shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定的熱極限范圍內(nèi)工作。

九、注意事項(xiàng)

1. 切勿將EPC9512放大器板與符合AirFuel標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備板一起使用，因?yàn)樵撓到y(tǒng)無(wú)法與設(shè)備進(jìn)行通信以正確設(shè)置所需的工作條件，這樣做可能導(dǎo)致設(shè)備板故障。
2. 設(shè)備上沒有散熱片，在實(shí)驗(yàn)評(píng)估過程中，可能會(huì)出現(xiàn)使設(shè)備過熱的情況。始終檢查工作條件，并使用紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)EPC設(shè)備的溫度。
3. 切勿將EPC9512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，這樣做會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞VNA。

EPC9512無(wú)線功率放大器演示板為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的平臺(tái)，用于評(píng)估和開發(fā)基于eGaN? FETs的無(wú)線功率技術(shù)。在使用過程中，務(wù)必嚴(yán)格按照操作指南進(jìn)行，注意各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置和保護(hù)措施，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和安全。你在使用這款演示板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。