在设计一个基于 4-pin to-247 封装 coolmos™ 的 3kw 功率因数校正（pfc）电路时，需要综合考虑功率器件的选型、电路拓扑、散热设计以及控制策略等因素。

以下是详细的设计要点和技术分析：



1. coolmos™ 简介

coolmos™ 是英飞凌（infineon）推出的一种高效功率 mosfet，具有以下特点：

• 超低导通电阻（r_ds(on)）：在高电压下提供低损耗。

• 快速开关性能：适合高频开关应用，减少开关损耗。

• 高耐压：适用于高电压应用（如 400v 或更高）。

• 4-pin to-247 封装：提供更好的散热性能和更高的电流承载能力。

对于 3kw 的 pfc 设计，coolmos™ 是一个理想的选择，因为它可以提供高效率和紧凑的设计。



2. pfc 拓扑选择

在 3kw 功率等级下，常用的 pfc 拓扑包括：

• 连续导通模式（ccm）升压 pfc：

◦ 适合高功率应用（如 3kw）。

◦ 输入电流纹波小，emi 较低。

◦ 需要设计较大的电感和控制电路。

• 临界导通模式（crm）或非连续导通模式（dcm）pfc：

◦ 适合中小功率应用，但在 3kw 下也可以使用。

◦ 电路简单，成本低，但输入电流纹波较大。

对于 3kw 的设计，ccm 升压 pfc 是更常见的选择，因为它可以提供更高的效率和更好的性能。



3. 功率器件选型

3.1 coolmos™ 型号选择

• 电压等级：选择耐压为 600v 或 650v 的 coolmos™，以应对高电压输入（如 400v dc）。

• 电流等级：根据 3kw 的功率需求，计算所需的电流：

假设输入电压为 230v ac，效率为 95%，则：

因此，选择电流等级为 15a 或更高的 coolmos™ 型号（如 ipb300n04s4-h2 或类似型号）。

3.2 其他器件

• 二极管：选择快速恢复二极管（如 coolsic™ 二极管）以提高效率。

• 电感：选择低损耗的功率电感，确保在 ccm 模式下运行。

• 输入滤波器：设计 emi 滤波器以满足 emc 要求。



4. 控制电路设计

4.1 控制芯片

• 使用专用的 pfc 控制器（如 infineon 的 ice2pcs02g 或 ti 的 ucc28019）。

• 控制器需要支持 ccm 模式，并具有以下功能：

◦ 输入电压检测。

◦ 输出电压调节。

◦ 功率因数校正控制（如平均电流模式控制）。

◦ 过流、过压和欠压保护。

4.2 保护功能

• 过流保护（ocp）：通过检测 mosfet 的电流来防止过载。

• 过压保护（ovp）：保护输出电压不过高。

• 欠压保护（uvp）：在输入电压过低时关闭电路。

• 热保护：通过温度传感器监测散热器温度。



5. 散热设计

5.1 散热器选型

• 根据 coolmos™ 的热阻（r_th(j-a)）和功耗，选择合适的散热器。

• 计算散热器的热阻：

其中：

◦

：结温（通常为 125°c 或 150°c）。

◦

：环境温度（假设为 40°c）。

◦

：mosfet 的功耗。

5.2 散热方式

• 使用散热器或风冷散热。

• 如果功率密度较高，可以考虑使用液冷散热。



6. 效率优化

• 开关频率优化：选择合适的开关频率以平衡效率和尺寸。

• 死区时间优化：减少 mosfet 的死区时间以提高效率。

• 磁性元件优化：选择低损耗的磁性材料（如铁氧体）以减少电感损耗。

• 二极管选择：使用超快恢复二极管或 sic 二极管以减少反向恢复损耗。



7. emi 设计

• 输入滤波器：设计 π 型滤波器以抑制高频噪声。

• 屏蔽设计：使用屏蔽线缆和屏蔽罩减少电磁干扰。

• pcb 布线：优化 pcb 布线以减少寄生电感和电容。



8. pcb 设计

• 布局：将高电流路径设计得尽可能短，减少寄生电感。

• 地平面：使用完整的地平面以减少噪声。

• 热设计：在 pcb 上预留散热过孔，增强散热性能。



9. 测试与验证

• 效率测试：在不同负载条件下测试效率，确保达到设计目标。

• emi 测试：验证是否符合 emc 标准（如 cispr 22 或 cispr 32）。

• 热测试：验证散热设计是否满足要求。



10. 参考设计

infineon 提供了许多基于 coolmos™ 的 pfc 参考设计，可以直接参考或修改以满足 3kw 的需求。例如：

• infineon 的 coolmos™ pfc 评估板。

• ti 或其他厂商的 pfc 参考设计。



总结

设计一个基于 4-pin to-247 封装 coolmos™ 的 3kw pfc 需要从功率器件选型、拓扑设计、控制电路、散热设计和 emi 设计等多个方面综合考虑。通过合理的设计和优化，可以实现高效率、高可靠性和紧凑的 pfc 解决方案。