EPC9510无线功率放大器演示系统快速上手

在无线功率传输领域，高效的功率放大器是关键。EPC9510作为一款高性能的演示系统，为工程师们提供了便捷的评估平台。下面就为大家详细介绍EPC9510的相关特性、操作步骤以及注意事项。

文件下载：EPC9510.pdf

一、EPC9510概述

EPC9510是一款工作在6.78 MHz（最低ISM频段）的高效零电压开关（ZVS）D类无线功率放大器演示板。其设计目的是简化使用eGaN® FET的无线功率放大器技术的评估过程，将所有关键组件集成在一块板子上，方便连接到现有系统中。

主要特性

1. 核心器件：采用了额定电压100 V的EPC2107 eGaN FET，集成了同步自举FET；预调节器的主开关器件采用了额定电压100 V、导通电阻65 mΩ的EPC2036。
2. 工作模式：放大器配置为单端操作，包含栅极驱动器、振荡器和预调节器的反馈控制器，可确保基于A4WP标准进行无线功率控制，能在高达±35j Ω的负载范围内进行符合A4WP 2类标准的测试。
3. 供电系统：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。

二、详细工作原理

预调节器控制

预调节器基于三个反馈参数控制ZVS D类无线功率放大器：

1. 线圈电流大小（由绿色LED指示）。
2. 放大器汲取的直流功率（由黄色LED指示）。
3. 放大器的最大电源电压（由红色LED指示）。

任何时候仅使用一个参数控制预调节器，优先级依次为放大器的最大供电电压、输送给放大器的功率、线圈电流大小。放大器的最大供电电压预设为66 V，最大汲取功率预设为10 W，线圈电流大小预设为580 mA（580 mA_RMS），可通过P25进行调整。预调节器由SEPIC转换器组成，可在17 V至24 V的电压范围内满功率运行。

性能参数

符号	参数	条件	最小值	最大值	单位
V_IN	总线输入电压范围 - 预调节器模式（也用于旁路模式的逻辑供电）		17	24	V
V_IN	放大器输入电压范围 - 旁路模式		0	80	V
V_OUT	开关节点输出电压			66	V
I_OUT	开关节点输出电流（每个）			0.8*	A
V_extosc	外部振荡器输入阈值 - 输入‘Low’		-0.3	0.8	V
	外部振荡器输入阈值 - 输入‘High’		2.4	5	V
V_Pre_Disable	预调节器禁用电压范围	浮动	-0.3	5.5	V
I_Pre_Disable	预调节器禁用电流	浮动	-10	10	mA
V_Osc_Disable	振荡器禁用电压范围	开漏/集电极	-0.3	5	V
I_Osc_Disable	振荡器禁用电流	开漏/集电极	-25	25	mA
V_SgnDiff	差分或单端选择电压	开漏/集电极	-0.3	5.5	V
I_SgnDiff	差分或单端选择电流	开漏/集电极	-1	1	mA

注：最大电流取决于管芯温度，实际最大电流受开关频率、总线电压和热条件影响。

三、操作步骤

（一）使用预调节器操作

1. 确保整个系统完全组装好，安装跳线JP1，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. 确保所有仪器连接到系统。
4. 打开主电源电压至所需值（19 V）。
5. 确认操作正常后，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。

（二）旁路预调节器操作

1. 确保整个系统完全组装好，移除跳线JP1并安装到JP50，禁用预调节器，使EPC9510处于旁路模式，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，用于为栅极驱动器和逻辑电路供电。
4. 确保所有仪器连接到系统。
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80 V）。
7. 确认操作正常后，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、效率等参数。
8. 关机时，先将主电源电压降至0 V，然后按步骤6至2的相反顺序操作。

四、ZVS定时调整

设置正确的时间以实现ZVS转换对于EPC9510放大器实现高效率至关重要。可通过分别选择R71和R72或P71和P72的值来完成。最好使用安装在适当位置的电位器来确定固定电阻值。具体步骤如下：

1. 关闭电源，移除JP1中的跳线并安装到JP50，使EPC9510放大器进入旁路模式。将主输入电源（+）连接到JP1（底部引脚 - 旁路模式），接地连接到J1的接地端（-）。
2. 关闭电源，将控制输入电源总线（19 V）连接到（+）连接器J1，注意电源连接器的极性。
3. 将低电容示波器探头连接到半桥的探头孔，并靠在接地柱上。
4. 打开控制电源，确保电源约为19 V。
5. 打开主电源电压，从0 V开始增加到所需的主要工作值（如24 V，但绝不能超过绝对最大电压66 V）。
6. 观察示波器，调整适用的电位器以实现图5中的绿色波形。
7. 如有需要，用固定值电阻替换电位器。移除JP50中的跳线并安装回JP1，使EPC9510恢复到预调节器模式。

五、确定Lzvs组件值

ZVS谐振电路不在谐振状态下运行，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 }) 选择为具有非常小的纹波电压分量，通常约为1 µF。放大器电源电压、开关节点过渡时间将决定 (L{ZVS1}) 和 (L{ZVS2}) 的电感值，其值应足以在直流设备负载电阻范围以及设备与源线圈之间的耦合范围内维持ZVS操作，可使用以下公式计算： [L{z v s}=frac{Delta t{v t}}{8 cdot f{s w} cdot C{O S S Q}+C{u v i l}}] 其中：(Delta t{vt}) 为电压过渡时间 [s]，(f{sw }) 为工作频率 [Hz]，(C{ossQ}) 为电荷等效器件输出电容 [F]，(C{wei }) 为栅极驱动器阱电容 [F]（LM5113使用20 pF）。

放大器电源电压 (V{AMP}) 未包含在公式中，因为它已由电压过渡时间考虑在内。EPC2107 eGaN FET的 (C{oss }) 非常低，低于栅极驱动器阱电容 (C{wet })，因此必须将其包含在ZVS定时计算中。电荷等效电容可使用以下公式确定： [C{OSQ}=frac{1}{V{AMP }} cdot int{0}^{V{AMP }} C{oss }(v) cdot d v]

为了增加线圈阻抗变化的抗干扰裕度，可以减小 (L_{zs}) 的值以增加器件关断时的电流（这将增加器件损耗）。典型的电压过渡时间范围为2 ns至12 ns。

六、热管理与注意事项

（一）热管理

EPC9510演示系统展示了EPC2107和EPC2036 eGaN FET在无线能量传输应用中的性能。尽管其电气性能优于传统硅器件，但相对较小的尺寸增加了热管理要求。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。

（二）注意事项

1. 仅在使用预调节器时，EPC9510演示系统具有有限的电流保护。旁路预调节器时，板上没有电流保护，必须注意不要使器件过流或过热。过大的线圈耦合和负载范围变化可能导致器件损耗增加。
2. 若需要调整线圈以适应特定条件，请联系EPC（[e-mail]），以便正确调整其与ZVS D类放大器的配合。
3. 器件上没有散热片，在实验评估过程中，可能会出现导致器件过热的情况。始终检查工作条件，并使用红外相机监测EPC器件的温度。
4. 切勿将EPC9510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。

七、物料清单

EPC9510放大器板的物料清单详细列出了各个组件的信息，包括电容、电阻、二极管、电感、晶体管、集成电路等。具体物料清单可参考文档中的表格。

EPC9510为电子工程师提供了一个优秀的无线功率放大器评估平台。通过深入了解其特性、操作步骤和注意事项，工程师们可以更好地利用该系统进行无线功率传输技术的研究和开发。大家在实际操作过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。