Данная статья является второй в цикле публикаций, посвященных средствам разработки от EPC. На этот раз речь пойдет об оценочных наборах, которые представляют собой законченные функциональные устройства. Они не только позволяют оценить достоинства eGaN-ключей, но и дают возможность получить готовое решение при минимальных затратах времени и сил.
В настоящий момент eGaN-ключи от компании EPC по многим показателям превосходят кремниевые транзисторы, что делает их чрезвычайно перспективными в целом ряде областей и приложений: в беспроводных системах передачи мощности, DC/DC-преобразователях, лидарах и т. д. Использование eGaN-транзисторов имеет ряд особенностей, и чтобы упростить жизнь разработчикам, EPC предлагает более пятидесяти различных отладочных и оценочных наборов.
 |
|
| Рис. 1. | Компания EPC предлагает широкий выбор оценочных плат. |
Спектр приложений для eGaN-ключей от компании EPC постоянно расширяется. В большинстве случаев это высокочастотные мощные системы, в которых применение кремниевых транзисторов затруднено. Вместе с тем переход на нитрид-галлиевые транзисторы требует определенного опыта, так как использование eGaN-ключей имеет некоторые особенности, что, конечно же, отпугивает разработчиков. Чтобы изменить ситуацию, компания EPC практически для каждого нового компонента выпускает отладочную плату или оценочный набор (Рис. 2).
В прошлой статье рассказывалось об отладочных платах от EPC (Development Boards). Эти платы в большинстве случаев представляют собой силовые полумостовые схемы, которые могут использоваться как в качестве «учебного пособия» для ознакомления с возможностями нитрид-галлиевых транзисторов, так и в качестве функциональных звеньев в составе конечных пользовательских устройств. На этот раз речь пойдет об оценочных наборах и платах от EPC (Evaluation Boards).
Практически все оценочные наборы от EPC являются законченными решениями (Рис. 2):
- Беспроводные усилители/передатчики энергии
- Беспроводные приемники энергии
- Оценочные наборы систем беспроводной передачи энергии с поддержкой Air Fuel (комплекты из беспроводных приемников и передатчиков)
- Мультипротокольные оценочные наборы AirFuel/ Qi/ PMA (комплекты из беспроводных приемников и передатчиков)
- Оценочные наборы систем беспроводной передачи энергии
- DC/DC-преобразователи
- Аудио-усилители класса D
- Лидары (LiDAR)
Рассмотрим каждую из групп отдельно.
.jpg) |
|
| Рис. 2. | Отладочные платы и оценочные наборы значительно упрощают знакомство с нитрид-галлиевыми транзисторами от EPC. |
Беспроводные усилители и передатчики энергии. Беспроводные передатчики – основа любой беспроводной системы передачи мощности. Именно в этом блоке максимально проявляются преимущества eGaN-ключей, в частности, высокая частота переключений и минимальные динамические потери. Группа беспроводных передатчиков от EPC неоднородна и включает усилители мощности класса E и усилители мощности класса D (Рис. 3).
 |
|
| Рис. 3. | Беспроводные усилители-передатчики от EPC. |
Оценочные платы EPC9051/ EPC9052/ EPC9053/ EPC9058/ EPC9083 – высокочастотные усилители мощности класса E, способные работать на частотах вплоть до 15 МГц и даже выше (Рис. 4). Таким образом, они могут использоваться как усилители в беспроводных передатчиках энергии с частотой 6.78 МГц для популярного стандарта AirFuel™. Вместе с тем, стоит отметить, что усилители не настроены на какую-то конкретную нагрузку и частоту, то есть выбор нагрузки, частоты и цепей согласования остается на усмотрение пользователя. В итоге платы могут использоваться как усилители, как DC/DC-преобразователи, как генераторы быстрых импульсов для лидаров и т. д.
Силовая часть схемы этой группы плат включает два eGaN-транзистора (Рис. 4). Кроме того, на всех платах (кроме EPC9051) присутствует драйвер силовых ключей LM5113TM от Texas Instruments, линейный стабилизатор (MCP1703T), схема мертвого времени. На плате EPC9051 драйверы LM5113TM отсутствуют.
EPC9083 – самый мощный усилитель в данной группе. Он построен на базе транзисторов EPC2046. Его токовая нагрузка достигает 4 А, а максимальное рабочее напряжение составляет 80 В.
.jpg) |
|
| Рис. 4. | Внешний вид и структура оценочной платы EPC9083 от EPC. |
Оценочные платы EPC9506/ EPC9507/ EPC9508 / EPC9065 – усилители мощности класса D с рабочей частотой 6.78 МГц. Силовой каскад в них построен по мостовой схеме (Рис. 5). Для минимизации динамических потерь силовые транзисторы переключаются при нулевых напряжениях (ZVS, Zero Voltage Switching).
Еще одной особенностью схемы является встроенный регулятор, который необходим для ограничения выходного тока. Если выходной ток превышает максимальное значение, то данный преобразователь уменьшает напряжение питания силового каскада.
EPC9065– самый мощный усилитель в данной группе. Его мощность составляет 60 Вт.
 |
|
| Рис. 5. | Внешний вид и структура оценочной платы EPC9508 от EPC. |
Оценочные платы EPC9509/ EPC9510/ EPC9512 – законченные беспроводные передатчики с усилителем класса D, работающим с частотой коммутаций 6.78 МГц, что соответствует стандарту AirFuel:
- EPC9509 – модуль усилителя-передатчика мощностью 16 Вт
- EPC9510 – модуль усилителя-передатчика мощностью 10 Вт
- EPC9512 – модуль усилителя-передатчика мощностью 33 Вт
Структура этих усилителей-передатчиков практически идентична для всех наборов. Она включает три основных блока (Рис. 6): мощный усилитель класса D, SEPIC-регулятор, контроллер управления.
 |
|
| Рис. 6. | Внешний вид и структура оценочной платы EPC9509 от EPC. |
Управляющий контроллер отслеживает значения трех параметров: амплитуду тока в катушке передатчика, напряжение питания усилителя класса D, входную мощность усилителя класса D. С учетом этих параметров осуществляется управление работой SEPIC-регулятора, питающего усилитель, и управление цепями согласования импеданса. При этом одновременно учитывается только один из перечисленных параметров. Наибольший приоритет имеет напряжение питания усилителя, затем входная мощность усилителя, и в последнюю очередь учитывается выходной ток катушки передатчика.
Оценочная плата EPC9511 – законченный беспроводной передатчик мощности с возможностью работы в двух режимах: AirFuel и Qi/ PMA (Рис. 7). В стандарте AirFuel для минимизации динамических потерь транзисторы силового каскада переключаются при нулевых напряжениях (ZVS). Стандарт Qi/PMA предполагает использование передатчиков, в которых силовые ключи работают в режиме жестких переключений при ненулевых токах. Очевидно, что динамические потери в таких системах достаточно велики, по этой причине рабочая частота коммутации для них не очень высока и составляет 165 кГц.
 |
|
| Рис. 7. | Внешний вид и структура оценочной платы EPC9511 от EPC. |
Беспроводные приемники энергии. EPC9513 и EPC9515 – беспроводные приемники стандарта AirFuel мощностью 5 Вт и 10 Вт (Рис. 8). Эти наборы состоят из антенны и платы выпрямителя. На плате выпрямителя расположены согласующие элементы, диодный мост и преобразователь для стабилизации выходного напряжения.
 |
|
| Рис. 8. | Беспроводные приемники для стандарта AirFuel от EPC. |
 |
|
| Рис. 9. | Внешний вид и структура оценочного набора EPC9513 от EPC. |
Оценочные наборы для AirFuel. Сейчас к услугам пользователей доступны четыре набора с различным составом модулей и поддержкой AirFuel (Рис. 10).
 |
|
| Рис. 10. | Состав оценочных наборов для систем беспроводной передачи мощности от EPC. |
Оценочный набор EPC9127 включает в себя модуль усилителя-передатчика EPC9510 мощностью 10 Вт, плату антенны и модуль приемника EPC9513 с выходной мощностью 6.5 Вт. Как отмечалось выше, приемник EPC9513 имеет выходы двух типов: нерегулируемый с напряжением 38 В и стабилизированный с напряжением 5 В и током до 1 А. Выходной мощности 6.5 Вт хватит, чтобы без проблем запитать смартфон или одно USB-устройство.
Оценочный набор EPC9128 состоит из усилителя-передатчика EPC9509 мощностью 16 Вт, платы антенны и двух приемников: EPC9513 (такого же, как и в наборе EPC9127) и EPC9515. Модуль EPC9515 имеет два выхода: нерегулируемый с напряжением 38 В и стабилизированный с напряжением 5 В и током до 2 А. Таким образом, EPC9515 оказывается в два раза мощнее, чем EPC9513, и способен обеспечить работу мощного планшета или двух USB-устройств.
Оценочный набор EPC9120 – наиболее мощный набор, который включает в себя усилитель-передатчик EPC9512 мощностью 33 Вт, плату антенны и пару модулей приемников 6.5 Вт и 13 Вт (Рис. 11). В отличие от рассмотренных выше приемников EPC9513 и EPC9515, в приемных модулях из набора EPC9120 реализован только нерегулируемый выход с выпрямителем. Мощности приемника категории 4 хватит для питания небольшого ноутбука.
 |
|
| Рис. 11. | Оценочный набор EPC9120 от EPC. |
Мультипротокольный оценочный набор EPC9121. В состав набора EPC9121 входит передатчик EPC9511, который отличается от остальных передатчиков возможностью работы в двух режимах: AirFuel и Qi/PMA. При работе в режиме Qi/PMA выходной каскад автоматически переключается на рабочую частоту 165 кГц и выходную мощность 5 Вт. При обнаружении приемника AirFuel силовой полумост переходит в резонансный режим с частотой коммутаций 6.78 МГц и выходной мощностью до 10 Вт.
Оценочные наборы систем беспроводной передачи энергии. Оценочные наборы EPC9111 и EPC9112 представляют собой законченные системы беспроводной передачи энергии (Рис. 12, 13). Рабочая частота наборов составляет 6.78 МГц, что делает их совместимыми со стандартом A4WP.
Оба набора включают три основных элемента:
- плату передатчика;
- плату передающей катушки (Class 3 A4WP);
- приемник с катушкой (Category 3 A4WP).
 |
|
| Рис. 12. | Оценочные наборы для систем беспроводной передачи мощности. |
 |
|
| Рис. 13. | Внешний вид и структура отладочного набора EPC9111 от EPC. |
В наборе EPC9111 используется рассмотренный выше передатчик EPC9506 на базе силовых ключей EPC2014C и EPC2038. Выходная мощность приемника категории 3 A4WP составляет 35 Вт, максимальный ток 1.5 А, а пиковое напряжение 38 В. На выходе приемника помещен мостовой выпрямитель и емкостной фильтр для сглаживания пульсаций.
Набор EPC9112 построен на базе передатчика EPC9507, в котором применяются eGaN-ключи EPC2007C и EPC2038.
DC-DC-преобразователи. Импульсные преобразователи напряжения являются одним из наиболее перспективных приложений для eGaN-транзисторов. Компания EPC предлагает четыре готовых преобразователя: EPC9101, EPC9107, EPC9115, EPC9118. Между собой они отличаются мощностью и схемной реализацией.
 |
|
| Рис. 14. | Платы DC/DC-преобразователей от EPC. |
Плата EPC9101 построена по полумостовой схеме на базе силовых транзисторов EPC2015 и EPC2014 (Рис. 15). За работу преобразователя отвечает контроллер LTC3833. Непосредственное управление силовыми ключами осуществляет «традиционный» драйвер LM5113. Выходное напряжение EPC9101 составляет 1.2 В, а максимальный ток достигает 20 А.
 |
|
| Рис. 15. | Структура отладочной платы EPC9101 от EPC. |
Плата усилителя EPC9107 имеет схему, аналогичную EPC9101, но отличается набором силовых транзисторов (Рис. 16). В EPC9107 используются одинаковые транзисторы EPC2015. Выходной ток преобразователя составляет 15 А, выходное напряжение равно 3.3 В.
 |
|
| Рис. 16. | Структура отладочной платы EPC9107 от EPC. |
Выходное напряжение платы EPC9118 составляет 5 В, а пиковый ток достигает 20 А. Силовой каскад преобразователя построен на базе транзисторов EPC2001С/ EPC2021. Управление работой схемы осуществляет контроллер LTC3891.
 |
|
| Рис. 17. | Структура отладочной платы EPC9118 от EPC. |
EPC9115 – изолированный понижающий преобразователь с рабочей частотой 300 кГц. Инвертор в первичной обмотке построен по мостовой схеме на базе транзисторов EPC2021 с рабочим напряжением 80 В. Для управления ключами используется драйвер LM5113. На вторичной стороне реализован синхронный выпрямитель на базе транзисторов EPC2020 с рабочим напряжением 60 В. Их работой управляет драйвер UCC27611. Выходное напряжение преобразователя EPC9115 составляет 12 В, а максимальный выходной ток 42 А.
Аудио-усилители класса D. EPC9106 – аудио усилитель класса D с оптимальной выходной мощностью 150 Вт при нагрузке 8 Ом. На плате присутствует четыре силовых полумоста на базе транзисторов EPC2016C (Рис. 18). КПД усилителя равен 96% при выходной мощности 150 Вт/ 8 Ом. При выходной мощности 250 Вт/ 4 Ом КПД уменьшается до 92%.
 |
|
| Рис. 18. | Структура одного выходного канала на отладочной плате EPC9106. |
Лидары (LiDAR). Лидары являются основными элементами в оптических системах распознавания объектов. EPC9126 – генератор импульсов для питания лазерных диодов. С помощью EPC9126 удается формировать импульсы длительностью от 5 нс. Схема генератора использует транзисторы EPC2016C с рейтингом напряжений 100 В и выходным током до 75 А (Рис. 19). Стоит отметить, что лазер в комплект поставки данного набора не входит.
 |
|
| Рис. 19. | Структура отладочной платы EPC9126 от EPC. |
Оценочные наборы от EPC наглядно демонстрируют преимущества нитрид-галлиевых транзисторов в различных приложениях: системах беспроводной передачи мощности, импульсных регуляторах напряжения, в лидарах и т.д. Они не только позволяют оценить достоинства eGaN-ключей, но и дают возможность получить готовое решение при минимальных затратах времени и сил.
Посмотреть более подробно технические характеристики отладочных и оценочных наборов от EPC
