EPC9512无线功率放大器演示板快速入门指南

一、引言

在无线充电技术飞速发展的今天，高效、稳定的无线功率放大器是实现无线充电的关键。EPC9512无线功率放大器演示板为我们提供了一个很好的评估平台，用于探索基于eGaN® FETs的无线功率技术。本文将详细介绍EPC9512的特点、操作模式、参数设置以及使用时的注意事项。

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二、EPC9512演示板概述

2.1 基本特性

EPC9512是一款高效的、与AirFuel™ Alliance兼容的零电压开关（ZVS）电压模式D类无线功率放大器，能在6.78 MHz（最低ISM频段）下向发射线圈提供高达33 W的功率。其主要目的是简化使用eGaN® FETs的无线功率技术的评估过程。

2.2 关键器件

• 主功率级：采用增强型、100 V额定的EPC8010 eGaN FET，以双半桥配置作为主功率级。
• 同步自举FET：使用100 V额定的EPC2038 eGaN FET。
• SEPIC预调节器：采用200 V额定的EPC2019 eGaN FET。

2.3 工作模式

该放大器可通过改变跳线设置在单端模式或差分模式下工作。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以及±35j Ω的阻抗范围，并保持1.375 A的线圈电流或提供高达33 W的功率。

三、性能参数

符号	参数	条件	最小值	最大值	单位
VIN（总线输入电压范围）	-	-	17.4	24	V
VIN（放大器输入电压范围 - 旁路模式）	-	-	0	80	V
VOUT（开关节点输出电压）	-	-	-	80	V
IOUT（开关节点输出电流，每个）	-	-	-	1.8*	A
Vextosc（外部振荡器输入阈值 - 低）	-	-	-0.3	0.8	V
Vextosc（外部振荡器输入阈值 - 高）	-	-	2.4	5	V
VPre_Disable（预调节器禁用电压范围）	浮动	-	-0.3	5.5	V
IPre_Disable（预调节器禁用电流）	浮动	-	-10	10	mA
VOsc_Disable（振荡器禁用电压范围）	开漏/集电极	-	-0.3	5	V
IOsc_Disable（振荡器禁用电流）	开漏/集电极	-	-25	25	mA
VsgnDiff（差分或单选择电压）	开漏/集电极	-	-0.3	5.5	V
IsgnDiff（差分或单选择电流）	开漏/集电极	-	-1	1	mA

注：*最大电流取决于管芯温度，实际最大电流将受开关频率、总线电压和热条件的影响。

四、详细功能介绍

4.1 预调节器

预调节器用于基于三个反馈参数控制ZVS D类无线功率放大器：

• 线圈电流：由绿色LED指示。
• 放大器消耗的直流功率：由黄色LED指示。
• 放大器的最大供电电压：由红色LED指示。

在任何时候，只有一个参数用于控制预调节器，优先级最高的是放大器的最大供电电压，其次是放大器消耗的功率，最后是线圈电流的大小。最大放大器供电电压预设为80 V，放大器消耗的最大功率预设为33 W，线圈电流大小预设为1.375 ARMS，但可使用P25进行调节。

4.2 保护功能

• 欠压锁定电路：输入电压（VIN）低于表1中规定的最小值时，放大器板不会启动。
• 钳位二极管：可在短时间内保护电路板免受VIN过压和意外反极性连接的影响，并提供高达11 A的电流保护。

4.3 On - Off - Key（OOK）调制

通过在J76施加调制信号可实现OOK调制，该调制仅与5 V逻辑兼容。当信号为高时，功率级正常工作；当信号为低时，一个半桥的栅极驱动信号关闭。为获得最佳性能，调制信号应与振荡器信号同步，且状态变化应在振荡器状态之间进行，并完成偶数个时钟周期。

五、ZVS定时调整

5.1 重要性

设置正确的时间以建立ZVS转换对于EPC9512放大器实现高效率至关重要。

5.2 调整步骤

1. 关闭电源，将JP1中的跳线移除并插入JP50，使EPC9512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），将接地连接到J1的接地（ - ）连接。
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和接地柱。
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开始逐渐增加到所需的主要工作值（如24 V，但绝不能超过80 V的绝对最大电压）。
6. 观察示波器，调整适用的电位器以实现图7中的绿色波形。
7. 对另一个半桥重复上述步骤。
8. 如果需要，用固定值电阻替换电位器。将跳线从JP50移除并插回JP1，使EPC9512恢复到预调节器模式。

六、确定LzVS的组件值

ZVS谐振电路不工作在谐振状态，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Czvs1和Czvs2通常选择约1 µF，以获得非常小的纹波电压分量。放大器供电电压、开关节点过渡时间将决定Lzv5x的电感值，可使用以下公式计算： [L{ZVS}=frac{Delta t{vt}}{8 cdot f{sw} cdot (C{OSSQ}+C{well})}] [C{OSSQ}=frac{1}{V{AMP}} cdot int{0}^{V{AMP}} C{OSS}(v) cdot dv]

为增加线圈阻抗变化的抗干扰裕度，可减小LzVS的值以增加器件关断时的电流（这会增加器件损耗）。典型的电压过渡时间范围为2 ns至8 ns。对于差分情况，计算ZVS电感时电压和电荷（CossQ）加倍。

七、快速启动程序

7.1 使用预调节器操作

1. 确保整个系统在进行电气连接之前已完全组装好，并确保跳线JP1已安装。同时确保源线圈和带负载的设备线圈已连接。
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. 确保所有仪器都已连接到系统。
4. 打开主电源电压到所需值（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和其他参数。
6. 关机时，请按相反顺序操作。

7.2 旁路预调节器操作（旁路模式）

1. 确保整个系统在进行电气连接之前已完全组装好，将跳线JP1移除并插入JP50以禁用预调节器，并将EPC9512放大器置于旁路模式。同时确保源线圈和带负载的设备线圈已连接。
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，注意电源连接器的极性。
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，该电源用于为栅极驱动器和逻辑电路供电。
4. 确保所有仪器都已连接到系统。
5. 打开控制电源，确保电源在19 V范围内。
6. 打开主电源电压到所需值（建议从0 V开始，且不要超过80 V的绝对最大电压）。
7. 确认操作正常后，在工作范围内调整主电源电压，并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，请按相反顺序操作，先将主电源电压降至0 V，然后依次执行步骤6至2。

八、热考虑

EPC9512演示系统在无线能量传输应用中展示了EPC8010、EPC2019和EPC2038。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 FETs的温度，以确保它们在数据手册规定的热极限范围内工作。

九、注意事项

1. 切勿将EPC9512放大器板与符合AirFuel标准的设备板一起使用，因为该系统无法与设备进行通信以正确设置所需的工作条件，这样做可能导致设备板故障。
2. 设备上没有散热片，在实验评估过程中，可能会出现使设备过热的情况。始终检查工作条件，并使用红外相机监测EPC设备的温度。
3. 切勿将EPC9512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，这样做会严重损坏VNA。

EPC9512无线功率放大器演示板为电子工程师提供了一个优秀的平台，用于评估和开发基于eGaN® FETs的无线功率技术。在使用过程中，务必严格按照操作指南进行，注意各项参数的设置和保护措施，以确保系统的稳定运行和安全。你在使用这款演示板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。