EPC90148开发板快速上手：开启高效电源转换新体验

一、引言

在电子设计领域，开发板的选择对于项目的成功至关重要。EPC90148开发板作为一款专注于电源转换的工具，为工程师们提供了一个便捷的平台来评估和应用EPC2308 eGaN FET。本文将详细介绍EPC90148开发板的特点、使用方法以及相关性能测试，帮助大家快速上手。

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二、开发板概述

2.1 基本信息

EPC90148是一款半桥开发板，板载栅极驱动器，采用了额定电压为150V的EPC2308 eGaN场效应晶体管（FET）。其尺寸为2'' × 2''，包含两个EPC2308 eGaN FET，以半桥配置排列。该开发板的目的是简化EPC2308的评估过程，将所有关键组件集成在一块板上，方便集成到大多数现有的转换器拓扑中。

2.2 性能参数

Symbol	Parameter	Conditions	Min	Nominal	Max	Units
V DD	Gate Drive Regulator Supply Range		7.5	15		V
V IN	Bus Input Voltage Range (1)			120		V
I OUT	Switch Node Output Current (2)			30		A
V PWM	PWM Logic Input	Input ‘High’	3.5	5.5		V
		Input ‘Low’	0	1.5		V
V EN		Input ‘High’	3.5	5.5		V
		Input ‘Low’	0	1.5		V
PWM ‘High’ State Input Pulse Width	V PWM rise and fall time < 10 ns	50			ns
PWM ‘Low’ State Input Pulse Width (4)	V PWM rise and fall time < 10 ns	200			ns

需要注意的是，最大输入电压取决于电感负载，EPC2308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、母线电压和散热条件的影响。

三、快速启动步骤

3.1 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连接到上侧FET，PWM2连接到下侧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信号。输入模式通过选择J630的跳线位置来设置，具体如下：

• 单输入降压转换器：蓝色跳线跨接J630的1和2脚。
• 单输入升压转换器：蓝色跳线跨接J630的3和4脚。
• 双输入操作：蓝色跳线跨接J630的5和6脚。

3.2 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，对于该开发板，死区时间是相对于栅极驱动器的输入来定义的。可以通过调整电阻R620和R625来设置死区时间，所需电阻值可以从图4的图表中读取。例如，设置10ns的死区时间需要一个120Ω的电阻。建议最小死区时间为5ns，最大为15ns。

3.3 旁路设置

可以使用J640的跳线设置来旁路极性变换器和死区时间电路，直接访问栅极驱动器输入。有三种旁路选项：

• 无旁路：红色跳线跨接J640的5和6脚，板载极性和死区时间电路全部使用。
• 死区时间旁路：红色跳线跨接J640的3和4脚，仅使用板载极性变换器电路，有效旁路死区时间电路。
• 完全旁路：红色跳线跨接J640的1和2脚，栅极驱动器的输入直接连接到PWM1和PWM2引脚，板载极性和死区时间电路不使用。

3.4 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的跳线设置来选择。操作步骤如下：

1. 关闭电源，将输入电源总线连接到VIN，接地端连接到GND。
2. 关闭电源，将半桥的开关节点（SW）连接到您的电路（半桥配置），或者使用提供的焊盘连接电感（L1）和输出电容（Cout）。
3. 关闭电源，将栅极驱动电源连接到VDD（J1，引脚1），接地端连接到GND（J1，引脚2，在板的底部标明）。
4. 关闭电源，根据选择的输入模式设置，将输入PWM控制信号连接到PWM1和/或PWM2，并将接地端连接到板底部标明的任何GND J2引脚。
5. 打开栅极驱动电源，确保电源设置在10V到15V之间。
6. 打开控制器/PWM输入源。
7. 确保初始输入电源电压为0V，打开电源并缓慢将电压增加到所需值（不要超过绝对最大电压），探测开关节点以观察开关操作。
8. 运行后，在工作范围内调整PWM控制、母线电压和负载，观察输出开关行为、效率和其他参数。
9. 关机时，请按相反步骤操作。

3.5 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的跳线设置来选择。需要注意的是，切勿在无负载的情况下操作升压转换器模式，因为输出电压可能会超过最大额定值。操作步骤如下：

1. 电感（L1）和输入电容（可以焊接到板上，也可以使用外部提供的。还可以使用EPC2308 FET右侧的额外焊盘安装反并联二极管。
2. 关闭电源，将输入电源总线连接到VOUT，接地端连接到GND，或者如果电感L1和Cout是外部提供的，则跨接在电容上。将输出电压（标记为VIN）连接到您的电路，例如电阻负载。
3. 关闭电源，将栅极驱动电源连接到VDD（J1，引脚1），接地端连接到GND（J1，引脚2，在板的底部标明）。
4. 关闭电源，根据选择的输入模式设置，将输入PWM控制信号连接到PWM1和/或PWM2，并将接地端连接到板底部标明的任何GND J2引脚。
5. 打开栅极驱动电源，确保电源设置在10V到15V之间。
6. 打开控制器/PWM输入源。
7. 确保输出不是开路，且初始输入电源电压为0V，打开电源并缓慢将电压增加到所需值（不要超过绝对最大电压），探测开关节点以观察开关操作。
8. 运行后，在工作范围内调整PWM控制、母线电压和负载，观察输出开关行为、效率和其他参数，同时观察设备温度以确定操作限制。
9. 关机时，请按相反步骤操作。

四、测量与热考虑

4.1 测量注意事项

测量包含高频内容的开关节点电压时，需要采取措施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（J1），Tektronix的IsoVu探头有匹配的MMCX连接器。对于使用MMCX连接器的常规无源电压探头（如TPP1000），可以使用探头适配器（PN: 206 - 0663 - xx）。关于测量技术的更多信息，可以参考EPC网站上的“AN023 Accurately Measuring High Speed GaN Transistors”和“How to GaN”教育视频系列。

4.2 热考虑

EPC90148开发板配备了三个机械垫片，可以用来轻松安装散热器或散热片。安装散热片之前，需要移除散热片区域下厚度超过1mm的任何组件。散热片可以使用铝或碲铜制作，以获得更高的性能。安装散热片时，可能需要添加一个薄的绝缘层，以防止散热片与具有暴露导体的组件（如电容器和电阻器）短路。EPC推荐了一些热界面材料（TIM），如t - Global的TG - A1780 X 0.5 mm、TG - A620 X 0.5 mm，Bergquist的GP5000 - 0.02、GPTGP7000ULM - 0.020等。选择TIM时需要考虑机械顺应性、电气绝缘性和热性能等特性。

五、实验验证

5.1 测试条件

对EPC90148的性能进行了测试，测试条件如下：	Paramter	Max	Units
Regulated Input voltage	120	V
Regulated Output voltage	30	V
Switching frequency (f S )	100	kHz
Inductor (mounted on EPC90148)	47	μH
Additional Input capacitance (min.)	470	μF
Additional Output capacitance (min.)	23.5	μF
Maximum case temperature	110	°C
Dead time	10	ns

5.2 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性能。同时，还测量了在不同开关频率下从120V到30V转换时的效率和功率损耗。

5.3 热性能

测试了开发板在120V输入、30V输出、1000 - 1500 LFM（高）气流下的热性能，展示了热图像和外壳温度的热电偶读数。此外，还进行了在500 LFM和1000 LFM气流下的额外测试，以确定带或不带散热片时开发板的环境温度降额曲线。

六、总结

EPC90148开发板为工程师提供了一个方便的平台来评估EPC2308 eGaN FET的性能。通过合理设置输入模式、死区时间和旁路选项，可以将开发板配置为降压或升压转换器。在使用过程中，需要注意测量和热管理，以确保开发板的正常运行。实验验证结果表明，该开发板在不同工作条件下具有良好的电气和热性能。

大家在使用EPC90148开发板的过程中，有没有遇到什么有趣的问题或者独特的经验呢？欢迎在评论区分享交流。

如需获取支持文件（包括原理图、物料清单和Gerber文件），请访问EPC90148的官方页面：https://epc - co.com/epc/Products/DemoBoards/EPC90148.aspx。如有更多问题，请联系info@epc - co.com或您当地的销售代表。