egan FET 昂首阔步前进 采用氮化镓场效应晶体管 (egan FET) 的 无线电源传送解决方案 宜普电源转换公司 www.epc-co.com.cn 1
议题 无线电源拓扑概述 每种拓扑所取得的无线电源结果 总结 www.epc-co.com.cn 2
概述 输出功率 < 30 W 松散耦合 根据 A4WP 标准的 6.78 MHz(ISM 频带 ) 探讨不同的拓扑 : D 类放大器 ( 电流及电压模式 ) E 类放大器 ZVS 电压模式的 D 类放大器 3 www.epc-co.com.cn 3
无线线圈组合概述 为易于比较不同拓扑而简化了的线圈组合表述 C devs L devs L src L dev C devp C out R DCload Z load Coil Set www.epc-co.com.cn 4
实验性设置 Coil Feedback egan FETs RF connection Device Coil Device Board 25mm 50mm Source Board Source Coil RF connection www.epc-co.com.cn 5
传统的电压模式 D 类放大器 开关电压额定值 = 供电 (V DD ) 需要具电平转换功能的栅极驱动器 C OSS 对损耗的影响非常重要 + V DD Q 2 L mat C s V / I V DD V DS I D Q 1 C mat Z load 50% time Ideal Waveforms www.epc-co.com.cn 6
电压模式 D 类放大器的效率 Efficiency [%] 72 6.639 MHz, 23.6 Ω load 68 64 60 56 52 48 EPC8004 EPC2014 MOSFET 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Output Power [W] www.epc-co.com.cn 7
负载对电压模式 D 类放大器效率的影响 Efficiency [%] 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 6.699MHz, Fixed 14V supply EPC 2014 Efficiency Power 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 DC Load Resistance [Ω] 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 Output Power [W] www.epc-co.com.cn 8
电流模式 D 类放大器 与 MOSFET 相比,EPC2012 场效应晶体管的品质因数较低 C OSS 被匹配网路吸收 V DD V / I L CK1 C pt L CK2 + π x V DD L pt V DS I D Q 1 Q 2 C sp Z load 50% time Ideal Waveforms 9 www.epc-co.com.cn 9
电流模式 D 类的效率 Efficiency [%] 85 80 6.78 MHz, 23.6 Ω Load EPC 2012 75 70 65 60 55 50 egan FET MOSFET 0 5 10 15 20 25 30 Output Power [W] www.epc-co.com.cn 10
负载对电流模式 D 类效率的影响 78.0 Fixed 5.5 V supply 14 77.5 13 Efficiency [%] 77.0 76.5 76.0 75.5 75.0 74.5 EPC 2012 Efficiency Power 12 11 10 9 8 7 Output Power [W] 74.0 14 18 22 26 30 34 38 6 DC Load Resistance [Ω] www.epc-co.com.cn 11
E 类放大器概述 开关电压额定值 = 大于 3.56 Supply (V DD ) C OSS 被匹配网路吸收 V DD V / I + L RFck L e C s 3.56 x V DD V DS Q 1 C sh I D Z load 50% Ideal Waveforms time www.epc-co.com.cn 12
E 类效率为负载的函数 Efficiency [%] 6.78 MHz, 20.5 Ω Load 84 82 EPC 2012 80 78 76 74 72 70 0 5 10 15 20 25 30 Output Power [W] egan FET MOSFET www.epc-co.com.cn 13
负载对 E 类放大器效率的影响 6.78 MHz, Fixed 20 V supply 78 9.00 77 8.75 Efficiency [%] 76 75 74 73 72 71 70 Efficiency EPC 2012 Power 16 20 24 28 32 36 40 44 48 8.50 8.25 8.00 7.75 7.50 7.25 7.00 Output Power [W] DC Load Resistance [Ω] www.epc-co.com.cn 14
E 类放大器的热性能 不需要散热器 30 W, 负载为 20.2 Ω LM5113TM EPC2012 www.epc-co.com.cn 15
在 E 类放大器采用 egan FET 与 MOSFET 的总功率损耗的比较 P FET [mw] 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Total FET Power losses FDMC86248 EPC2012 0 5 10 15 20 25 30 35 Load Power [W] www.epc-co.com.cn 16
ZVS 电压模式 D 类放大器 ZVS 谐振电压经由 C OSS 过渡 由于 egan FET 具较低 C OSS, 因此引致较高占空比 可实现最高系统效率 Q 1 C sp + V DD V / I V DD L m V DS I D Q 2 C m Z load ZVS tank 50% time Ideal Waveforms www.epc-co.com.cn 17
ZVS 电压模式 D 类放大器的效率 Efficiency [%] 84 82 80 EPC 2007 78 76 74 72 70 68 35.4 Ω load 23.6 Ω load 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Output Power [W] www.epc-co.com.cn 18
负载对 ZVS 电压模式 D 类放大器效率的影响 81 Fixed 26 V supply 18 79 16 Efficiency [%] 77 75 73 71 EPC 2007 Efficiency Power 14 12 10 8 Output Power [W] 69 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 DC Load Resistance [Ω] 6 www.epc-co.com.cn 19
ZVS D 类放大器的热性能 不需要散热器 R DCLoad = 35 Ω, V in = 42 V, P out = 35 W, f = 6.78 MHz LM5113TM EPC2007 www.epc-co.com.cn 20
ZVS D 类放大器品质因数的比较 FOM [nc mω] 350 300 250 200 150 100 50 0 EPC2007 Q OSS R DS(on) Qoss RDS(on) QG RDS(on) Q G R DS(on) BV DSS = 100 V Q OSS = 8.9 nc at 40 V Q G = 2.1 nc at 5 V R DS(on) = 24 mω FDMC8622 BV DSS = 100 V Q OSS = 7.3 nc at 40 V Q G = 5.2 nc at 10 V R DS(on) = 43.7 mω www.epc-co.com.cn 21
在 ZVS D 类放大器采用 egan FET 与 MOSFET 的总功率损耗的比较 P FET [mw] Total FET Power losses 1600 1400 1200 1000 FDMC8622 800 EPC2007 600 400 200 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Load Power [W] www.epc-co.com.cn 22
总结 - 效率结果 Efficiency [%] 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 6.78 MHz, 23.6 Ω Load, egan FET EPC 2014 EPC 2012 0 6 12 18 24 30 36 Output Power [W] EPC 2012 EPC 2007 ZVS-CD SE-CE CM-CD VM-CD www.epc-co.com.cn 23
所有拓扑的仿真场效应晶体管损耗 Per FET Power loss [mw] 800 Exceeds thermal capability of FET Fixed Supply Voltage 600 400 200 15 W ZVS-CD SE-CE CM-CD VM-CD 0 8 14 20 26 32 38 44 50 DC Load Resistance [Ω] www.epc-co.com.cn 24
总结 无线电源传送是目前功率晶体管业界最具发展潜力的市场 ZVS D 类放大器展示了它大有希望可为无线电源传送应用提供简单 低成本及高效的拓扑 氮化镓场效应晶体管可实现更高占空比及更高效率 egan FET 在使用 6.78 MHz 及 13.56 MHz 频率的所有拓扑可实现最高效率 egan 技术为颠覆性创新技术 www.epc-co.com.cn 25
The end of the road for silicon.. is the beginning of the egan FET journey! www.epc-co.com.cn 26