Нитрид галлия для всех. Обзор отладочных и оценочных наборов от EPC. Часть 1

Компания EPC является одним из лидеров в области производства нитрид-галлиевых транзисторов. В настоящий момент eGaN-ключи от EPC по многим показателям превосходят кремниевые транзисторы, поэтому интерес к ним со стороны разработчиков все время возрастает. Чтобы упростить жизнь пользователям при внедрении eGaN-ключей, EPC предлагает более пятидесяти различных отладочных и оценочных наборов. В первой статье данного цикла – краткий обзор всех доступных отладочных наборов от EPC.

Рис. 1.	Компания EPC предлагает широкий выбор оценочных плат.

Нитрид-галлиевые транзисторы набирают все большую популярность среди разработчиков. В частности, eGaN-ключи от компании EPC нашли применение, в системах беспроводной передачи энергии, в высокочастотных мощных преобразователях, в усилителях класса D и т. д. Интерес к новым ключам постоянно растет. Однако использование eGaN-транзисторов имеет некоторые особенности, что, конечно же, отпугивает разработчиков. Понимая это, компания EPC практически для каждого нового компонента выпускает отладочную плату или оценочный набор (Рис. 2).

Отладочные наборы от EPC (Development Boards) – силовые платы, 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.

Оценочные наборы от EPC (Evaluation Boards) представляют собой законченные решения. Например, набор EPC9120 – это готовая система беспроводной передачи энергии, которая включает в себя усилитель-передатчик EPC9512 мощностью 33 Вт, плату антенны и пару модулей приемников 6.5 Вт и 13 Вт.

Рис. 2.	Отладочные платы или оценочные наборы значительно упрощают знакомство с нитрид-галлиевыми транзисторами от EPC.

В данной статье проводится краткий обзор отладочных плат от EPC (Development Boards).

Компания EPC выпускает почти пять десятков отладочных наборов с различными характеристиками (Рис. 3):

• с рабочими напряжениями от 30 до 200 В;
• с выходным током до 50 А;
• с гальванической изоляцией;
• с различными схемными особенностями (с фильтрами, с параллельным включением транзисторов и т. д.).

Рис. 3.	EPC предлагает почти пятьдесят отладочных наборов.

В настоящий момент к услугам разработчиков предлагается девять типов отладочных плат:

• Стандартные полумостовые схемы с драйвером транзисторов
• Полумостовые схемы с драйвером и выводами для выходного фильтра
• Полумостовая схема с драйвером PE29102 и выводами для выходного фильтра
• Схемы несимметричного полумоста
• Полумостовые схемы с гальванической развязкой и рабочим напряжением до 200 В
• Полумостовые схемы с параллельными ключами с токовой нагрузкой до 50 А
• Полумостовые схемы с выходным LC-фильтром
• Полумостовые схемы с выходным LC-фильтром и ZVS

Рассмотрим каждую группу плат отдельно.

Полумостовые схемы с драйвером транзисторов

Данная группа плат самая многочисленная и объединяет полтора десятка представителей. Все они имеют стандартную структуру (Рис. 4). Основой схемы является полумостовой каскад на eGaN-ключах от EPC. Драйвер LM5113 от Texas Instruments используется для непосредственного управления силовыми транзисторами. На плате также расположена схема задания «мертвого времени». Питание драйвера и логических вентилей обеспечивает линейный стабилизатор; он преобразует входное напряжение 7…12 В в напряжение питания 5 В.

Диапазон рабочих напряжений и нагрузочных токов зависит от модели используемых транзисторов. Плата EPC9035 отличается максимальным рабочим напряжением 100 В. Она построена на базе ключей EPC2022 и способна работать с токовой нагрузкой до 25 А.

Максимальной нагрузочной способностью 40 А обладает плата EPC9031. В ней используются транзисторы EPC2023.

Стоит отметить, что драйвер LM5113 оказывается достаточно универсальным и работает как с 100 В наборами, так и с низковольтными платами.

Рис. 4.	Структура полумостовых схем с драйвером от EPC и их внешний вид на примере EPC9087.

Полумостовые схемы с драйвером транзисторов и выводами для выходного фильтра

Данная группа плат отличается от предыдущей лишь наличием дополнительных контактных площадок для подключения выходного фильтра (Рис. 5). К услугам пользователей предлагается более десяти таких наборов:

• c рабочим напряжением от 30 до 100 В;
• c токовой нагрузкой от 15 до 25 А.

Отладочный набор EPC9040 на базе транзисторов EPC2104 отличается максимальным рабочим напряжением 100 В. Такое же рабочее напряжение имеет плата EPC9062 на базе транзисторов EPC2032.

Максимальным выходным током 25 А обладают наборы EPC9036 и EPC9060. В EPC9036 используются транзисторы EPC2100. Плата EPC9036 построена на базе ключей EPC2030.

Рис. 5.	Внешний вид и структура отладочного набора EPC9078.

Полумостовые схемы с драйвером PE29102 и выводами для выходного фильтра

Плата EPC9086 – единственная плата в данной группе. Схема EPC9086 полностью идентична схеме, рассмотренной выше, а главное отличие заключается в типе используемого драйвера силовых транзисторов. В EPC9086 применяется 100 В драйвер PE29102 от Peregrine Semiconductor (Рис. 6). Силовой каскад построен на базе EPC2111 и имеет нагрузочный ток до 15 А (Рис. 6).

Рис. 6.	Внешний вид и структура отладочного набора EPC9086 от EPC.

Схемы несимметричного полумоста

Рассмотренные выше схемы полумостов являются симметричными. В них в качестве верхнего и нижнего ключа используются одинаковые транзисторы. Вместе с тем, существуют приложения, в которых плечи моста нагружены несимметрично, когда, например, большую часть периода оказывается открытым один из транзисторов, а второй открывается на короткое время. Для таких случаев компания EPC предлагает сразу три платы с несимметричными полумостами:

• EPC9018 – несимметричный полумост на базе транзисторов EPC2015 и EPC2023 с напряжением 30 В и током до 35 А
• EPC9019 – несимметричный полумост на базе транзисторов EPC2001 и EPC2021 с напряжением 80 В и током до 20 А
• EPC9080 – несимметричный полумост на базе транзисторов EPC2045 и EPC2022 с напряжением 80 В и током до 30 А

На плате EPC9080 дополнительно размещены контактные площадки для выходного фильтра (Рис. 7).

Рис. 7.	Внешний вид и структура отладочных наборов EPC9018/19 и EPC9080 от EPC.

Полумостовые схемы с гальванической развязкой

Для всех рассмотренных выше отладочных плат рабочее напряжение не превышает 100 В. Для более высоковольтных приложений компания EPC предлагает использовать полумостовые схемы с гальванической развязкой:

• с рабочими напряжениями от 150 до 200 В;
• с рабочими токами до 15 А.

Структура таких плат включает цифровые изоляторы (Рис. 8). Например, в плате EPC9081 применяются оптические изоляторы Si8610BC от Silicon Labs. В качестве драйверов силовых ключей используются UCC27611 от Texas Instruments.

EPC9079 – самая высоковольтная отладочная плата в номенклатуре EPC. Ее рабочее напряжение составляет 200 В. Она построена на базе транзисторов EPC2046 и способна коммутировать токи до 6 А.

Отладочные платы EPC9004C, EPC9014 и EPC9003C также работают с напряжениями до 200 В, но для них нагрузочные токи несколько ниже 3 А, 4 А и 5 А, соответственно.

Рис. 8.	Внешний вид и структура отладочного набора EPC9004С от EPC.

Полумостовые схемы с параллельным включением транзисторов

Для увеличения токовой нагрузки иногда используют параллельное включение силовых транзисторов. EPC предлагает две платы, построенных по такой схеме (Рис. 9):

• EPC9059 – со сдвоенными ключами EPC2001 и выходным током до 35 А
• EPC9013 – со счетверенными ключами EPC2001C и с рекордным выходным током до 50 А

Рис. 9.	Схемы отладочных плат EPC9059 и EPC9013 от EPC.

Полумостовые схемы с выходным LC-фильтром

Большинство импульсных DC/DC-преобразователей требует на выходе низкочастотного LC-фильтра. Компания EPC предлагает три отладочных платы с выходным фильтром и токовой нагрузкой до 2.7 А (Рис. 10):

• EPC9066 – полумост на базе транзисторов EPC8004 с выходным LC-фильтром и рабочим напряжением 40 В
• EPC9067 – полумост на базе транзисторов EPC8009 с выходным LC-фильтром и рабочим напряжением 65 В
• EPC9068 – полумост на базе транзисторов EPC8010 с выходным LC-фильтром и рабочим напряжением 100 В

Рис. 10.	Схемы отладочных плат EPC9059 и EPC9013 от EPC.

Полумостовые схемы с выходным LC-фильтром и ZVS (Zero-Voltage Switching)

Для минимизации динамических потерь часто применяют метод переключения при нулевых напряжениях – ZVS (Zero-Voltage Switching). При этом переключение транзисторов верхнего и нижнего плеча происходит не одновременно, а с некоторой паузой, что позволяет избавиться от сквозных токов.

• EPC предлагает две отладочных платы с ZVS и выходным током до 1.5 А (Рис. 11):
• EPC9064 – полумост с выходным LC-фильтром и ZVS на базе транзисторов EPC2108
• EPC9063 – полумост с выходным LC-фильтром и ZVS на базе транзисторов EPC2107

Рис. 11.	Внешний вид и структура отладочного набора EPC9064 от EPC.

Благодаря широкому выбору отладочных плат, каждый разработчик без проблем найдет для себя подходящую полумостовую схему. При этом отладочные платы могут использоваться не только для ознакомления с нитрид-галлиевыми транзисторами от EPC, но и в качестве готовых функциональных узлов в составе пользовательских устройств.

Посмотреть более подробно технические характеристики отладочных и оценочных наборов от EPC

Окончание