EPC9121无线电源系统：高效多标准解决方案

在无线电源技术领域，EPC9121无线电源演示系统无疑是一款值得关注的产品。它能够支持多种无线电源标准，对于电子工程师来说，是评估谐振和感应无线电源技术的理想工具。下面，我们就来详细了解一下这个系统。

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系统概述

EPC9121是一个高效的电源演示系统，兼容多种无线电源标准，包括无线电源联盟（WPC）的Qi标准、电力事务联盟（PMA，现与AirFuel™联盟合并）标准以及AirFuel（原A4WP）无线电源标准。在AirFuel谐振模式下，系统以6.78 MHz运行，放大器电路配置为零电压开关（ZVS）操作，可向源线圈输送高达10 W的功率；在Qi/PMA感应模式下，系统以165 kHz运行，放大器电路为硬开关操作，可向设备输送高达5 W的负载功率。

系统组成

该系统由四块电路板组成：

1. EPC9511多模式源板：作为发射机或功率放大器，采用了多种增强型GaN器件，如100 V额定的EPC2107半桥eGaN® IC、EPC2036 eGaN FET和EPC2038 eGaN FET。
2. 多模式源线圈：兼容AirFuel Class 2标准以及Qi (A6) /PMA标准，被动调谐电路允许在高频或低频下运行，同时保持功率传输能力。
3. AirFuel兼容的3类设备线圈：带有整流器和直流输出，可将接收到的无线功率转换为直流电源。
4. Qi/PMA兼容的设备线圈：同样带有整流器和直流输出，适用于Qi和PMA标准的设备。

放大器板（EPC9511）

控制与调节

EPC9511的预调节器基于三个反馈参数控制ZVS D类无线功率放大器：线圈电流大小、放大器消耗的直流功率以及放大器的最大供电电压。在任何时候，只有一个参数用于控制预调节器，优先级依次为放大器的最大供电电压、输送到放大器的功率以及线圈电流大小。

功能特性

• 电源供应：配备微型高效开关模式5 V电源，为板上的逻辑电路（如栅极驱动器和振荡器）供电，使EPC9511板能够从单一电源运行。
• 振荡器：自带两个低供电电流振荡器，分别预编程为6.78 MHz ± 678 Hz和165 kHz。振荡器信号可通过移除跳线JP71断开，并可从外部振荡器获取。
• 保护功能：具备欠压锁定（UVLO）保护，防止放大器在主电源电压不足时启动；还能防止主电源反极性连接，可在短时间内承受高达11 A的电流。

ZVS定时调整

在高频运行时，设置正确的ZVS转换时间对于EPC9511放大器实现高效率至关重要。可通过选择R71和R72或P71和P72的值来完成，建议使用电位器确定固定电阻值。具体步骤包括将放大器置于旁路模式、连接电源、使用示波器调整电位器以获得所需波形，最后更换为固定电阻并恢复预调节器模式。

确定L2V5组件值

ZVS谐振电路并非在谐振状态下运行，仅为输出电压在关断时的自换相提供必要的负器件电流。电容(C{zys 1})通常选择约1 µF，以获得非常小的纹波电压分量。电感(L{ZVS})的值可通过公式[L{Z V S}=frac{Delta t{v t}}{8 cdot f{s w} cdotleft(C{O S S Q}+C{well }right)}]计算，其中(Delta t{se})为电压过渡时间，(f_{s w})为工作频率，(Cosso)为电荷等效器件输出电容，(Cwell)为栅极驱动器阱电容。

多模式源线圈

源线圈专门设计为兼容所有无线标准，可由单一源驱动。调谐网络根据工作频率将两个线圈解耦，在AirFuel模式下，谐振 tank电路对Qi/PMA线圈呈现高阻抗，防止电流流动和影响生成的磁场；在Qi/PMA模式下，高频线圈调谐电容的小值在低频下提供足够的阻抗，解耦AirFuel线圈。

设备板

AirFuel兼容设备板

该板的调谐网络包括串联和并联分支，串联调谐为差分方式，以实现平衡连接和降低电容电压。板上配备Kelvin连接的输出直流电压测量端子和内置分流器，用于测量输出直流电流。还有两个LED，分别指示输出电压大于4 V（绿色LED）和输出电压超过36 V（红色LED）。

Qi/PMA兼容设备板

同样采用包含串联和并联分支的调谐网络，符合Qi标准。具备与AirFuel兼容设备板类似的测量和指示功能。

快速启动程序

使用预调节器操作

1. 确保系统完全组装，安装跳线JP1和JP71，选择AirFuel或Qi/PMA模式，连接源线圈和负载。
2. 关闭电源，将主输入电源总线连接到J1，注意电源连接器的极性。
3. 连接所有仪器。
4. 开启主电源电压（19 V）。
5. 确认操作后，观察放大器和设备板上的输出电压、效率等参数。
6. 关机时，按相反顺序操作。

绕过预调节器操作

1. 确保系统完全组装，移除跳线JP1并安装在JP50上，禁用预调节器，将EPC9511置于旁路模式，连接源线圈和负载。
2. 关闭电源，将主输入电源总线连接到JP1的底部引脚，将接地连接到J1的接地端。
3. 关闭电源，将控制输入电源总线连接到(+V)（J1），注意电源连接器的极性。
4. 连接所有仪器。
5. 开启控制电源，确保电源在19 V范围内。
6. 开启主电源电压至所需值，建议从0 V开始，不超过绝对最大电压80 V或主EPC2107 IC的电流额定值。
7. 确认操作后，在工作范围内调整主电源电压，观察输出电压、效率等参数，监测FET的温度。
8. 关机时，按相反顺序操作，先将主电源电压降至0 V。

热管理与注意事项

热管理

虽然EPC9121展示的EPC2107、EPC2036和EPC2038 eGaN FET和IC在电气性能上优于传统硅器件，但由于其尺寸相对较小，热管理要求更高。操作人员必须观察栅极驱动器和eGaN FET的温度，确保它们在数据手册规定的热限制范围内运行。

注意事项

1. 不要使用与AirFuel、Qi或PMA兼容的接收设备板运行EPC9121系统，因为该系统无法与设备通信以正确设置所需的运行条件，可能导致兼容设备单元故障。
2. 设备上没有散热片，实验评估时可能导致设备过热，应始终检查运行条件并使用红外摄像机监测EPC设备的温度。
3. 不要将EPC9511放大器板连接到矢量网络分析仪（VNA）以测量放大器的输出阻抗，这会严重损坏VNA。
4. 测试时，强烈建议在源线圈顶部放置5 mm厚的有机玻璃垫片，以保护用户免受暴露的电气触点和静电放电的影响。
5. 操作时，不要更改示波器探头的位置或测量，应先关闭电源再移动探头，否则可能导致板故障。
6. 不要触摸线圈或任何线圈上的暴露导体，以免造成射频灼伤和放大器故障。

总之，EPC9121无线电源系统为电子工程师提供了一个全面的平台，用于评估和开发无线电源技术。通过合理使用和遵循注意事项，能够充分发挥其性能优势，推动无线电源技术的发展。你在使用类似系统时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。