EPC90154开发板快速上手指南

在电子工程领域，开发板是验证和开发新设计的重要工具。今天，我们就来详细了解一下EPC90154开发板，它是一款用于评估EPC2088 eGaN® FET性能的半桥开发板，下面将从多个方面为大家介绍其特性、使用方法及相关注意事项。

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一、开发板概述

EPC90154是一款带有板载栅极驱动器的半桥开发板，采用了额定电压为100 V的EPC2088 eGaN FET。该开发板尺寸为2'' × 2''，包含两个半桥配置的EPC2088 eGaN FET和一个用于增强自举电源的EPC2038 GaN FET。它还采用了uPI Semiconductor uP1966E栅极驱动器，并且包含了所有关键组件，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

Symbol	Parameter	Conditions	Min	Nominal	Max	Units
V DD	Gate Drive Regulator Supply Range		7.5		12	V
V IN	Bus Input Voltage Range (1)				80	V
I OUT	Switch Node Output Current (2)				25	A
V PWM	PWM Logic Input Voltage Threshold (3)	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 < 10ns	50			ns
PWM ‘Low’ State Input Pulse Width (4)	V PWM rise and fall time < 10ns	200			ns

需要注意的是，最大输入电压取决于电感负载和开关节点振铃；最大电流取决于管芯温度；使用板载逻辑缓冲器时，旁路开关频率、总线电压和热冷却需参考uP1966E数据手册；PWM低状态输入脉冲宽度受高侧自举电源电压“刷新”时间限制。

二、快速启动步骤

（一）单/双PWM信号输入设置

开发板上有两个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。输入模式通过选择J630（模式选择）的跳线位置来设置。

（二）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，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，所需电阻值可从图4的图表中读取。推荐的最小死区时间为5 ns，最大为15 ns。

（三）旁路设置

极性变换器和死区时间电路可以通过J640（旁路）的跳线设置进行旁路，有三种旁路选项：无旁路、死区时间旁路和完全旁路。

三、电路配置

（一）降压转换器配置

可以选择单PWM输入或双PWM输入来将开发板配置为降压转换器。选择单输入降压模式时，旁路跳线J640必须设置为无旁路模式；选择双输入降压模式时，旁路跳线J640可以配置为任何有效设置。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）连接到所需电路，或使用提供的电感（L1）和输出电容（Cout）焊盘。
3. 关闭电源，将栅极驱动电源连接到VDD（J1，引脚1），接地返回连接到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，并将接地返回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7.5 V至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，打开电源并缓慢增加电压到所需值（不要超过绝对最大电压），探测开关节点以查看开关操作。
8. 一旦运行，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。

（二）升压转换器配置

同样可以选择单PWM输入或双PWM输入来将开发板配置为升压转换器。选择单输入升压模式时，旁路跳线J640必须设置为无旁路模式；选择双输入升压模式时，旁路跳线J640可以配置为任何有效设置。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，否则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（标记为Cout）可以焊接到板上，也可以在板外提供。反并联二极管也可以使用EPC2088 FET右侧的额外焊盘进行安装。
2. 关闭电源，将输入电源总线连接到VOUT，接地/返回连接到GND，或者如果电感L1和Cout在外部提供，则在电容两端外部连接。将输出电压（标记为VIN）连接到所需电路，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），接地返回连接到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，并将接地返回连接到板底部标明的任何GND J2引脚。
5. 打开栅极驱动电源，确保电源在7.5 V至12 V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0 V，打开电源并缓慢增加电压到所需值（不要超过绝对最大电压），探测开关节点以查看开关操作。
8. 一旦运行，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、测量和散热注意事项

（一）测量考虑

在测量包含高频内容的开关节点电压时，需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，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）。

（二）散热考虑

EPC90154开发板配备了三个机械垫片，可以用于轻松安装散热器或散热片。在安装散热器之前，需要移除散热器区域下厚度超过1 mm的任何组件。散热器可以使用铝或碲铜制造，以获得更高的性能。在组装散热器时，可能需要添加一层薄的绝缘层，以防止散热器与电容器和电阻器等具有暴露导体的组件短路。推荐的绝缘材料为Laird P/N: A14692 - 30, Tgard™ K52，厚度为0.051 mm。热界面材料（TIM）的选择需要考虑机械顺应性、电气绝缘性和热性能等特性。EPC推荐了几种热界面材料，如t - Global P/N: TG - A1780 X 0.5 mm（最高导热率为17.8 W/m·K）等。

五、实验验证

（一）测试条件

在进行实验验证时，EPC90154的性能测试是在特定的操作条件下进行的，具体测试条件如下表所示：	Parameter	Max	Units
Regulated Input voltage	48	V
Regulated Output voltage	12	V
Switching frequency (f S )	500	kHz
Inductor (mounted on motherboard)	2.2	μH [1]
Additional Input capacitance (min.)	23.5	μF [2]
Additional Output capacitance (min.)	70.5	μF [3]
Maximum case temperature	110	°C
Dead time	10	ns

其中，[1]为Vishay的2.2 μH电感（P/N IHTH1125KZEB2R2M5A）；[2]使用的电容为4.7 μF、100 V，共5个（P/N: GMC32X7R475K100NT）；[3]使用的电容为4.7 μF、100 V，共5个（P/N: GMC32X7R475K100NT）和47 μF、80 V，1个（P/N: 80SXV47M）。在高电流测试之前，在板上添加了符合图10和图11的散热器，使用t - Global TG - A1780热界面材料（TIM）和Wakefield Vette 567 - 24AB散热器，并使用相同的TIM。同时，添加了额外的输入和输出电容，以抑制高输出电流时的输入和输出电压纹波。

（二）电气性能

1. 测量波形

在不同的负载电流下，测量了电感电流和开关节点波形。例如，当从48 V以500 kHz运行并向12 V负载输送0 A、10 A和25 A电流时，分别得到了相应的波形。这些波形能够直观地反映开发板在不同负载条件下的开关性能。

2. 效率和功率损耗

图15展示了在使用2.2 µH电感的情况下，从48 V到12 V在各种开关频率下运行时的效率和功率损耗结果。通过这些数据，我们可以了解开发板在不同工作频率下的能量转换效率和功率损耗情况，从而为优化电路设计提供参考。

（三）热性能

图16显示了开发板在48 V输入、向负载提供12 V输出，且有1000 - 1500 LFM（高）气流的情况下的热性能。通过测量外壳温度的热图像，可以了解开发板在特定工作条件下的散热情况，评估其热稳定性。

（四）热降额

通过对开发板进行额外的测试，在500 LFM和1000 LFM的气流条件下，确定了带散热器和不带散热器时开发板的环境温度降额情况。测量了负载电流与温度上升的关系，并生成了最大外壳温度为110°C时不同开关频率下的降额曲线。这些曲线有助于我们了解开发板在不同散热条件和工作频率下的负载能力，从而合理使用开发板，避免因过热导致性能下降或损坏。

综上所述，EPC90154开发板为工程师提供了一个方便的平台来评估EPC2088 eGaN FET的性能。在使用过程中，需要根据具体需求进行合理的配置和设置，并注意测量和散热等方面的问题。大家在实际使用中有没有遇到什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。