EPC90149开发板：高效功率转换的快速入门指南

一、引言

在电子工程师的日常工作中，开发板是验证和测试新器件性能的重要工具。EPC90149开发板就是这样一款专注于功率转换领域的开发板，它为评估EPC2066 eGaN® FET提供了便捷的途径。本文将详细介绍EPC90149开发板的特点、使用方法以及性能测试结果，帮助工程师们更好地利用这款开发板进行设计和开发。

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二、开发板概述

2.1 基本信息

EPC90149是一款半桥开发板，板载栅极驱动器，采用了额定电压为40 V的EPC2066 eGaN FET。其尺寸为2'' × 2'' ，包含两个半桥配置的EPC2066 eGaN FET和一个用于增强自举电源的EPC2038 GaN FET。该开发板采用了uPI Semiconductor uP1966E栅极驱动器，集成了所有关键组件，布局设计支持最佳开关性能，并且设有多个探测点，方便进行波形测量和效率计算。

2.2 性能参数

Symbol	Parameter	Conditions	Min	Nominal	Max	Units
V DD	栅极驱动调节器电源范围		7.5	12		V
V IN	总线输入电压范围 (1)			32		V
I OUT	开关节点输出电流 (2)			40		A
V PWM	PWM逻辑输入电压阈值 (3)	输入 ‘High’	3.5	5.5		V
	输入 ‘Low’	0	1.5
PWM ‘High’ 状态输入脉冲宽度	V PWM 上升和下降时间 < 10 ns	50			ns
PWM ‘Low’ 状态输入脉冲宽度 (4)	V PWM 上升和下降时间 < 10 ns	200

注： (1) 最大输入电压取决于电感负载；对于EPC2066，最大开关节点振铃必须保持在40 V以下。 (2) 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。 (3) 使用板载逻辑缓冲器时，绕过逻辑缓冲器时请参考uP1966E数据手册。 (4) 受刷新高端自举电源电压所需时间的限制。

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FET，PWM2连接到下FET；在单输入模式下，PWM1作为输入，电路将为FET生成所需的互补PWM。输入模式通过选择J630（模式选择）的跳线位置来设置，具体如下：

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

需要注意的是，在双模式下没有直通保护，因为两个栅极信号可以同时设置为高电平。

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而言的。可以通过电阻R620和R625来设置死区时间，具体阻值可以从图4的图表中读取。例如，设置10 ns的死区时间需要一个120 Ω的电阻。推荐的最小死区时间为5 ns，最大为15 ns。

3.3 旁路设置

可以使用J640（旁路）上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：J640的引脚5和6跨接红色跳线，板载极性和死区时间电路全部使用。
• 死区时间旁路：J640的引脚3和4跨接红色跳线，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：J640的引脚1和2跨接红色跳线，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

要将开发板作为降压转换器运行，可以选择单或双PWM输入，通过J630（模式）上的适当跳线设置来实现。

• 单输入降压模式：旁路跳线J640必须设置为无旁路模式，选择降压模式J630，具体如图6(a)所示。
• 双输入降压模式：旁路跳线J640可以配置为任何有效设置，选择双输入模式J630，具体如图6(b)所示。

操作步骤如下：

1. 关闭电源，将输入电源总线连接到VIN，接地/返回连接到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（J3，引脚2），接地返回连接到GND（J3，引脚1，在板的底部标明）。
4. 关闭电源，根据所选的输入模式设置，将输入PWM控制信号连接到PWM1和/或PWM2，并将接地返回连接到板底部标明的任何GND J80引脚。
5. 打开栅极驱动电源，确保电源在7.5 V和12 V之间。
6. 打开控制器/PWM输入源。
7. 确保初始输入电源电压为0 V，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）。探测开关节点以查看开关操作。
8. 运行后，在工作范围内调整PWM控制、总线电压和负载，并观察输出开关行为、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

警告：切勿在无负载的情况下运行升压转换器模式，因为输出电压可能会超过最大额定值。 要将开发板作为升压转换器运行，可以选择单或双PWM输入，通过J630（模式）上的适当跳线设置来实现。

• 单输入升压模式：旁路跳线J640必须设置为无旁路模式，选择升压模式J630，具体如图7(a)所示。
• 双输入升压模式：旁路跳线J640可以配置为任何有效设置，选择双输入模式J630，具体如图7(b)所示。

操作步骤如下：

1. 电感（L1）和输入电容（标记为Cout）可以焊接到板上，也可以在板外提供。还可以使用EPC2066 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V OUT ，接地/返回连接到GND，或者如果电感L1和Cout在板外提供，则跨接在电容外部。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（J3，引脚2），接地返回连接到GND（J3，引脚1，在板的底部标明）。
4. 关闭电源，根据所选的输入模式设置，将输入PWM控制信号连接到PWM1和/或PWM2，并将接地返回连接到板底部标明的任何GND J80引脚。
5. 打开栅极驱动电源，确保电源在7.5 V和12 V之间。
6. 打开控制器/PWM输入源。
7. 确保输出不是开路，并且初始输入电源电压为0 V，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）。探测开关节点以查看开关操作。
8. 运行后，在工作范围内调整PWM控制、总线电压和负载，并观察输出开关行为、效率和其他参数。观察器件温度以确定操作限制。
9. 关机时，请按相反步骤操作。

四、测量考虑事项

在测量包含高频内容的开关节点电压时，必须小心提供准确的高速测量。开发板提供了一个可选的双引脚插头（J33）和一个MMCX连接器（J32）用于开关节点测量。推荐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）。

五、热考虑事项

EPC90149开发板配备了三个机械垫片，可以轻松安装散热器或散热片。在安装散热器之前，需要移除散热片区域下厚度超过1 mm的任何组件。散热器可以使用铝或铜制成，以获得更高的性能。在组装散热器时，可能需要添加一个薄绝缘层，以防止散热片与电容器和电阻器等有暴露导体的组件短路。

EPC推荐了一些热界面材料（TIM），如t - Global的TG - A1780 X 0.5 mm（最高导热率为17.8 W/m·K）、TG - A620 X 0.5 mm（中等导热率为6.2 W/m·K），以及Bergquist的GP5000 - 0.02（~0.5 mm，导热率为5 W/m·K）和GPTGP7000ULM - 0.020（导热率为7 W/m·K）。选择TIM时需要考虑机械顺应性、电气绝缘性和热性能等因素。

需要注意的是，EPC90149开发板没有任何电流或热保护功能。如需了解EPC eGaN FET的热性能信息，请参考相关文献。

六、实验验证

6.1 测试条件

EPC90149的性能在以下测试条件下进行了测试：	Paramter	Max	Units
调节输入电压	32	V
调节输出电压	8	V
开关频率 (f S )	500	kHz
电感（安装在滤波卡1上）	4.7	μH (1)
额外输入电容 (min.)	470	μF (2)
额外输出电容 (min.)	23.5	μF (3)
最大外壳温度	110	°C
死区时间	10	ns

注： (1) 4.7 μH电感来自Coilcraft，P/N SER2915L - 472。 (2) 使用的电容：470 μF，250 V，x1（P/N: UPT2E471MRD）。 (3) 使用的电容：4.7 μF，250 V，x5（P/N: GMC32X7R475K100NT）。

在高电流测试之前，为开发板添加了一个散热器和散热片，使用了t - Global TG - A1780热界面材料（TIM）。

6.2 电气性能

通过测量不同负载电流下的电感电流和开关节点波形，验证了开发板的电气性能。图12 - 14分别展示了在32 V输入、500 kHz开关频率下，输出0 A、20 A和40 A到8 V负载时的测量波形。

6.3 效率和功率损耗

图15展示了在32 V到8 V转换、使用4.7 µH电感、不同开关频率下的效率和功率损耗结果。

6.4 热性能

图16展示了在32 V输入、输出8 V到负载、1000 - 1500 LFM（高）气流条件下，安装散热器和散热片的开发板的热性能。

6.5 热降额

通过在500 LFM和1000 LFM气流下进行额外测试，确定了开发板在安装和不安装散热器时的环境温度降额。图17展示了不同开关频率下，最大外壳温度为110°C时的降额曲线。

七、总结

EPC90149开发板为工程师们提供了一个便捷的平台，用于评估EPC2066 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方面的问题。实验验证结果表明，该开发板在电气性能、效率和热性能方面都表现出色。希望本文能够帮助工程师们更好地使用EPC90149开发板，为功率转换设计提供有价值的参考。

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如需获取支持文件，包括原理图、物料清单（BOM）和Gerber文件，请访问EPC90149的着陆页：https://epc - co.com/epc/Products/Demo - Boards/EPC90149 。如有更多信息需求，请联系info@epc - co.com或您当地的销售代表。