Нитрид галлия для всех. Обзор отладочных и оценочных наборов от EPC. Часть II

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.
756

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: беспроводные системы передачи мощности, DC/DC-преобразователи, лидары и т. д. Использование eGaN-транзисторов имеет ряд особенностей, и чтобы упростить жизнь разработчикам, EPC предлагает более пятидесяти различных отладочных и оценочных наборов. 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.

Компания EPC предлагает широкий выбор оценочных плат

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.

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).

Беспроводные усилители-передатчики от EPC

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.

Внешний вид и структура оценочной платы EPC9083 от EPC

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.

Внешний вид и структура оценочной платы EPC9508 от EPC

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.

Внешнийвид 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.

Внешний вид и структура оценочной платы EPC9511 от EPC

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.

Беспроводные приемники для стандарта AirFuel от EPC

Рис. 8. Беспроводные приемники для стандарта AirFuel от EPC

Внешний вид и структура оценочной набора EPC9513 от EPC

Рис. 9. Внешний вид и структура оценочной набора EPC9513 от EPC

Оценочные наборы для AirFuel. Сейчас к услугам пользователей доступно четыре набора с различным составом модулей и поддержкой AirFuel (рис. 10).

Состав оценочных наборов для систем беспроводной передачи мощности от EPC

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.

Оценочный набор EPC9120 от EPC

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).

 Оценочные наборы для систем беспроводной передачи мощности

Рис. 12. Оценочные наборы для систем беспроводной передачи мощности

Внешний вид и структура отладочного набора EPC9111 от EPC

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.

Платы DC/DC-преобразователей от EPC

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.

Структура отладочной платы EPC9101 от EPC

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.

Структура отладочной платы EPC9107 от EPC

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.

Структура отладочной платы EPC9118 от EPC

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 равно 96% при выходной мощности 150 Вт/ 8 Ом. При выходной мощности 250 Вт/ 4 Ом КПД уменьшается до 92%.

Структура одного выходного канала на отладочной плате EPC9106

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.

Структура отладочной платы EPC9126 от EPC

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.

Производитель: Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
EPC9121
EPC9121
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2177658 ИНФО PDF
Доступно: 28 шт.
Выбрать
условия
поставки
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.
EPC9121
28 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9511
EPC9511
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2177663 ИНФО PDF
Доступно: 5 шт.
Выбрать
условия
поставки
Демонстрационный набор системы беспроводной передачи энергии. Поддерживает наиболее популярные стандарты Qi/PMA и AirFuel™. Силовой передатчик EPC9511 использует новые транзисторные сборки EPC2107.
EPC9511
5 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9052
EPC9052
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2178183 ИНФО PDF
Доступно: 20 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9052: AirFuel высокочастотные усилители мощности класса E, 16 Вт.
EPC9052
20 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9101
EPC9101
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2178186 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9101 - импульсные преобразователи напряжения. Vin 8V-19V, Vout 1.2V, Iout 18A, 19V to 1.2V Buck Converter
EPC9101
-
Поиск
предложений
EPC9111
EPC9111
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2178187 ИНФО PDF
Доступно: 22 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9111 - оценочный набор систем беспроводной передачи энергии. ZVS Class-D. Рабочая частота 6,78 МГц делает их совместимыми со стандартом A4WP.
EPC9111
22 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9506
EPC9506
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2178188 ИНФО PDF
Доступно: 31 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9506 - ZVS усилители мощности класса D с рабочей частотой 6,78 МГц.
EPC9506
31 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9106
EPC9106
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2178189 ИНФО PDF
Доступно: 7 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9106 – аудио усилитель класса D с оптимальной выходной мощностью 150 Вт при нагрузке 8 Ом.
EPC9106
7 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9510
EPC9510
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200553 ИНФО PDF
Доступно: 11 шт.
Выбрать
условия
поставки
Оценочные платы EPC9510 - ZVS законченные беспроводные передатчики с усилителем класса D, работающим с частотой коммутаций 6,78 МГц, что соответствует стандарту AirFuel.
EPC9510
11 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9051
EPC9051
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200554 ИНФО PDF
Доступно: 46 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9051 - AirFuel высокочастотные усилители мощности класса E, способные работать на частотах вплоть до 15 МГц.
EPC9051
46 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9053
EPC9053
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200575 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9053: AirFuel высокочастотные усилители мощности класса E, 33 Вт.
EPC9053
-
Поиск
предложений
EPC9065
EPC9065
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200576 ИНФО PDF
Доступно: 31 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9065 : ZVS усилители мощности класса D с рабочей частотой 6,78 МГц. Мощность 60 Вт.
EPC9065
31 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9107
EPC9107
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200580 ИНФО PDF
Доступно: 17 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9107 - импульсные преобразователи напряжения: VIN, 9V-28V VOUT, 3.3V IOUT, 15A 28V to 3.3V Buck Converter.
EPC9107
17 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9112
EPC9112
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200581 ИНФО PDF
Доступно: 27 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9112 - оценочный набор систем беспроводной передачи энергии. A4WP compatible, ZVS Class-D Wireless Power System
EPC9112
27 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9115
EPC9115
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200583 ИНФО PDF
Доступно: 26 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9115 - изолированный понижающий преобразователь с рабочей частотой 300 кГц.
EPC9115
26 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9118
EPC9118
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200584 ИНФО PDF
Доступно: 35 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9118 - импульсные преобразователи напряжения: 48 V - 5 V Non-Isolated Buck Converter.
EPC9118
35 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9507
EPC9507
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200585 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9507 - ZVS усилители мощности класса D с рабочей частотой 6,78 МГц.
EPC9507
-
Поиск
предложений
EPC9508
EPC9508
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200587 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9508 : ZVS усилители мощности класса D с рабочей частотой 6,78 МГц.
EPC9508
-
Поиск
предложений
EPC9509
EPC9509
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200589 ИНФО PDF
Доступно: 45 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9509 - : 60 V ZVS Class-D amplifier board for wireless power transfer systems
EPC9509
45 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9126HC
EPC9126HC
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2607887 ИНФО
Доступно: 22 шт.
Выбрать
условия
поставки
100 V High Current Pulsed Laser Diode Driver Demo Board
EPC9126HC
22 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9126
EPC9126
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2607888 ИНФО
Доступно: 93 шт.
Выбрать
условия
поставки
EPC9126 – генератор импульсов для питания лазерных диодов.
EPC9126
93 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9127
EPC9127
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2609925 ИНФО PDF
Доступно: 15 шт.
Выбрать
условия
поставки
Отладочный набор EPC9127 включает в себя модуль усилителя-передатчика EPC9510 мощностью 10 Вт, плату антенны и модуль приемника EPC9513 с выходной мощностью 6,5 Вт.
EPC9127 104848,38
15 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9128
EPC9128
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2609926 ИНФО PDF
Доступно: 20 шт.
Выбрать
условия
поставки
Отладочный 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.
EPC9128 104848,38
20 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки