EPC90143开发板：快速入门与技术解析

引言

在电子工程领域，开发板是工程师们进行电路设计和性能评估的重要工具。今天我们来深入了解一下EPC90143开发板，它是一款配备板载栅极驱动器的半桥开发板，采用了额定电压为150V的EPC2305氮化镓（GaN）场效应晶体管（FET），旨在简化EPC2305的评估过程。

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开发板概述

基本信息

EPC90143开发板尺寸为2英寸×2英寸，采用半桥配置，包含两个EPC2305 GaN FET。它配备了安森美（On - Semi）的NCP51820栅极驱动器，板上包含所有关键组件，其布局支持最佳开关性能。此外，板上还有各种探测点，方便进行简单的波形测量和效率计算。

性能参数

符号	参数	条件	最小值	标称值	最大值	单位
VDD	栅极驱动调节器电源范围	-	10	-	15	V
VIN	总线输入电压范围	-	-	-	120	V
IOUT	开关节点输出电流	-	-	-	25	A
VPWM	PWM逻辑输入电压阈值	输入‘High’	3.5	-	5.5	V
VPWM	输入‘Low’	-	0	-	1.5	V
VEN	使能输入	-	-	-	-	-
PWM‘High’状态输入脉冲宽度	VPWM上升和下降时间 < 10 ns	-	-	-	50	ns
PWM‘Low’状态输入脉冲宽度	VPWM上升和下降时间 < 10 ns	-	-	-	200	ns

需要注意的是，最大输入电压取决于电感负载，EPC2305的最大开关节点振铃必须保持在150V以下；最大电流取决于管芯温度，实际最大电流受开关频率、总线电压和热冷却的影响；使用板载逻辑缓冲器时，绕过逻辑缓冲器需参考NCP51820数据手册；脉冲宽度受高端自举电源电压‘刷新’所需时间限制。

快速启动步骤

输入模式设置

开发板有两个PWM信号输入端口PWM1和PWM2。在双输入模式下，PWM1连接到上FET，PWM2连接到下FET；在单输入模式下，PWM1作为输入，电路会为FET生成所需的互补PWM。通过选择J630（模式选择）的跳线位置来设置输入模式。

死区时间设置

死区时间是指一个FET关断到另一个FET导通之间的时间，参考栅极驱动器的输入。可以通过电阻R620和R625来设置死区时间，所需电阻值可从图4的图表中读取。建议最小死区时间为5ns，最大为15ns。

旁路设置

可以使用J640（旁路）的跳线设置来旁路极性变换器和死区时间电路，有三种旁路选项：无旁路、死区时间旁路和完全旁路。

使能功能

开发板有一个使能输入，可用于关闭两个FET。使能功能有三种配置方式：使用短路跳线或开关、使用晶体管作为开关、使用电压源驱动使能功能。

电路配置

降压转换器配置

要将开发板用作降压转换器，可以选择单PWM输入或双PWM输入，通过J630选择相应模式。在单输入降压模式下，旁路跳线J640必须设置为无旁路模式；在双输入降压模式下，旁路跳线J640可以配置为任何有效设置。操作步骤包括连接电源、开关节点、栅极驱动电源、PWM控制信号等，然后逐步开启电源并调整参数。

升压转换器配置

要将开发板用作升压转换器，同样可以选择单PWM输入或双PWM输入，通过J630选择相应模式。操作时要注意，绝不能在无负载的情况下运行升压转换器模式，否则输出电压可能会超过最大额定值。操作步骤与降压转换器类似，包括连接电感、电容、电源、PWM控制信号等，然后开启电源并调整参数。

测量注意事项

在测量包含高频内容的开关节点电压时，要注意提供准确的高速测量。开发板提供了一个可选的双引脚接头（J33）用于开关节点测量，建议使用差分探头测量高端栅极电压。对于使用MMCX连接器的常规无源电压探头，可使用探头适配器。

特殊功能

GND - PGND断开

EPC90143开发板可以断开信号地（GND）和电源地（PGND），这对于在PGND路径中使用分流器的应用很有用。可以通过移除R85来断开接地。需要注意的是，NCP51820栅极驱动器的最大接地差分电压限制为±3.5V。

热考虑

开发板配备了三个机械垫片，可用于轻松安装散热器或散热片。安装前，需要移除散热片区域下厚度超过1mm的任何组件。选择热界面材料（TIM）时，要考虑机械顺应性、电气绝缘性和热性能。EPC推荐了几种热界面材料，如t - Global的TG - A1780、TG - A620，Bergquist的GP5000 - 0.02、GPTGP7000ULM - 0.020等。

实验验证

测试条件

对EPC90143的性能进行了测试，测试条件包括调节输入电压120V、调节输出电压30V、开关频率100kHz、电感47μH、最小附加输入电容5μF、最小附加输出电容5μF、最大外壳温度110°C、死区时间10ns等。

电气性能

测量了不同负载电流下的电感电流和开关节点波形，展示了开发板在不同工作条件下的电气性能。

效率和功率损耗

图17显示了在不同开关频率下，使用47µH电感从120V转换到30V时的效率和功率损耗结果。

热性能

图18展示了开发板在安装散热器和散热片，以120V输入、30V输出、1000 - 1500LFM（高）气流运行时的热性能。

热降额

通过在500LFM和1000LFM气流下进行测试，确定了开发板在有和没有散热器时的环境温度降额曲线。

总结

EPC90143开发板为工程师提供了一个方便的平台，用于评估EPC2305 GaN FET的性能。通过合理设置输入模式、死区时间、旁路等参数，以及正确的电路配置和测量方法，可以充分发挥开发板的性能。同时，热考虑和实验验证为开发板的实际应用提供了重要参考。你在使用类似开发板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。