EPC9113无线电源演示系统：高效无线电力传输的解决方案

在无线电力传输领域，EPC9113无线电源演示系统凭借其高效、先进的技术特性，为工程师们提供了一个优秀的评估平台。本文将深入解析EPC9113系统，从系统概述、关键组件、操作模式到注意事项等方面进行详细介绍。

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系统概述

EPC9113是一款高效的零电压开关（ZVS）、电压模式D类无线电力传输演示套件，工作频率为6.78 MHz（最低ISM频段），能够向直流负载提供高达16 W的功率。其主要目的是简化使用eGaN® FET和IC的无线电力技术评估过程。

系统由三块板组成：

1. 源板（发射器或功率放大器）EPC9509：采用增强型半桥场效应晶体管（FET），即60 V额定的EPC2108 eGaN FET，并集成了同步自举FET。放大器可设置为差分模式或单端模式，包含栅极驱动器、振荡器和预调节器的反馈控制器，以确保基于AirFuel标准的无线功率控制。
2. 符合Class 3 AirFuelTM Alliance标准的源线圈（发射线圈）：与EPC9509放大器预调谐，工作频率为6.78 MHz。
3. 符合Category 3 AirFuel标准的设备线圈，带有整流器和直流平滑电容器：设备板包括基于高频肖特基二极管的全桥整流器和输出滤波器，可提供滤波后的未调节直流电压。

关键组件特性

放大器板（EPC9509）

• 预调节器：基于三个反馈参数（线圈电流、放大器汲取的直流功率和放大器的最大电源电压）控制ZVS D类无线功率放大器。最高优先级为放大器的最大电源电压，其次是传递给放大器的功率，最后是线圈电流的大小。预调节器可通过移除JP1跳线并将主正电源连接到底部引脚来旁路，以便使用自定义控制硬件进行测试。
• 工作模式：可在单端或差分模式下运行。单端模式下放大器效率更高，但虚阻抗驱动能力降低；差分模式下，放大器能够驱动1 Ω至56 Ω和±50j Ω的阻抗范围，并保持800 mA的线圈电流或提供高达16 W的功率。默认设置为差分模式，可通过插入J75跳线切换到单端模式。
• ZVS定时调整：ZVS D类放大器的定时调整电路可独立设置，以确保最高效率，并包括单独的ZVS谐振电路。通过选择R71、R72、R77和R78或P71、P72、P77和P78的值来设置正确的ZVS过渡时间，这对于实现高放大器效率至关重要。

源线圈和设备板

• 源线圈：符合Class 3 AirFuel标准，匹配网络包括串联和并联调谐，串联调谐为差分形式，可实现平衡连接并降低电容器电压。
• 设备板：符合Category 3 AirFuel标准，同样具有串联和并联调谐的匹配网络。板上配备两个LED，绿色LED表示输出电压等于或大于4 V时正在接收功率，红色LED表示输出电压已达到最大值（高于37 V）。

操作模式

使用预调节器操作

预调节器用于为放大器供电，并根据预设设置限制线圈电流、传递的功率或放大器的最大电源电压。操作步骤如下：

1. 确保系统完全组装，安装跳线JP1，并连接源线圈和带负载的设备线圈。
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. 打开主电源电压至所需值（19 V）。
5. 确认操作后，观察放大器和设备板上的输出电压和其他参数。
6. 关机时，按相反顺序操作。

绕过预调节器操作

在这种模式下，预调节器被旁路，主电源直接连接到放大器，允许使用外部调节器操作。但此模式下没有确保eGaN FET正确工作条件的保护措施。操作步骤如下：

1. 确保系统完全组装，移除跳线JP1并安装在JP50上，以禁用预调节器并将EPC9509放大器置于旁路模式，同时连接源线圈和带负载的设备线圈。
2. 关闭电源，将主输入电源总线+VIN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J1，注意电源连接器的极性。
4. 连接所有仪器。
5. 打开控制电源，确保电源在19 V范围内。
6. 打开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52 V）。
7. 确认操作后，在工作范围内调整主电源电压，观察放大器和设备板上的输出电压、效率和其他参数。
8. 关机时，先将主电源电压降至0 V，然后按相反顺序操作。

注意事项

测量注意事项

在测量高频内容开关节点（源线圈电压）时，应避免使用长接地引线，建议使用示波器探头连接进行测量。

热管理

EPC9113演示系统展示了EPC2108和EPC2036在无线能量传输应用中的性能，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极限范围内运行。

系统保护

系统没有增强的保护系统，操作时需谨慎。具体注意事项包括：

• 不要使用与AirFuel兼容的设备板操作EPC9113系统，因为该系统无法与设备通信以正确设置所需的操作条件，可能导致设备板故障。
• 设备上没有散热器，实验评估期间可能会出现导致设备过热的情况，应始终检查操作条件并使用红外相机监测EPC设备的温度。
• 切勿将EPC9509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，否则会严重损坏VNA。

EPC9113无线电源演示系统为工程师提供了一个全面的平台，用于评估无线电力传输技术。通过了解系统的各个组件和操作模式，并遵循相关的注意事项，工程师们可以更好地利用该系统进行设计和开发。你在使用类似无线电源系统时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。