這是一個用於測試 2.5 kW 功率因數校正 (PFC) 電路的平台。它旨在評估使用 4 腳封裝的優勢。
例如提升效率和訊號品質，並展示了包括 PFC 控制器、MOSFET 驅動器和碳化矽二極體在內的完整 Infineon 解決方案。
文件中提供了關於如何使用該評估板、CoolMOS™ C7 MOSFET 的性能表現以及四腳封裝的優勢的資訊，目標讀者是經驗豐富的電源電子工程師和技術人員。
• 評估板的目的與組成
◦ 此評估板旨在評估TO-247 4針 CoolMOS™ C7 系列 MOSFET的性能。
它是一個完整的 Infineon 解決方案範例，包含PFC控制器、MOSFET驅動器和碳化矽（SiC）二極體。
目的是幫助客戶熟悉此評估板，並研究傳統3針元件與高性能TO-247 4針CoolMOS™元件在PFC應用中的不同表現。
此評估板適用於實驗室使用。
•主要元件
◦CoolMOSTM C7 (IPZ60R040C7)強調其極低的導通和開關損耗，以及在高開關頻率下縮小磁性元件和提升功率密度的能力。其 Eoss 降低在輕載時有助於提升效率，低 Qg 值則能實現更快的開關速度和更低的 Eon 與 Eoff，從而在整個負載範圍內提升效率。
◦thinQ TM SiC 二極體第五代 (IDH16G65C5)展示了英飛凌在SiC肖特基二極體方面的領先技術，具有改善的熱特性和更低的品質因數（Qc*Vf），可在所有負載條件下提升效率，並提供高達100 V/ns的dv/dt強固性，非常適合搭配快速切換的CoolMOSTM C7系列。
◦CCM-PFC 控制器 (ICE3PCS01G)專為 PC、伺服器和電信等需要高效率與優異功率因數的電源應用而設計。它具有數位整合的電壓迴路補償，可實現更佳的動態響應與更低的設計難度。其開關頻率可調，並可與外部頻率同步。
◦柵極驅動 IC (EiceDRIVERTM Compact IEDI60N12AF)基於核心變壓器 (CT) 技術，支援 3pin 和 4pin 封裝的 CoolMOSTM9 ...。CT 技術提供高達 1200 V 以上的隔離，並具有高速和優異的共模瞬態抗擾性 (CMTI)，這對於快速電壓瞬變下驅動 MOSFET 至關重要3 ...。此驅動器具有 6 A 的輸出能力，足以快速切換 19 mΩ 的 CoolMOSTM1。
• 4pin 封裝的優勢
◦TO-247 4pin封裝的第四個引腳作為克爾文源極 (Kelvin source)，可以顯著降低功率MOSFET源極引腳的寄生電感，從而提高硬切換拓撲的效率。
◦在 CCM PFC 等應用中，與標準 TO-247 3pin 封裝相比，切換損耗最多可降低 8%在 1.2 kW 的連續導通模式（CCM）功率因數校正（PFC）中，相當於節省 3.5 W 的功率，或提高0.3%的滿載效率。
評估板可以測試 3pin 或 4pin（帶源極感測）配置的相同元件13。標準設置為 4pin 配置，可以通過跳線切換至 3pin 配置進行比較。
◦使用4pin封裝可以實現更快的切換行為和更乾淨的閘極波形，並改善系統穩定性。
•主要功能和操作
◦升壓型 PFC 轉換器評估板採用升壓型 PFC 轉換器。
◦CCM 操作控制器 ICE3PCS01G 以連續導通模式 (CCM) 運行，實現接近單位功率因數。
◦雙迴路控制IC採用串級控制，包括內部電流迴路和外部電壓迴路20。電流迴路控制平均輸入電流的正弦波形，電壓迴路以數位方式控制輸出電壓。
◦軟啟動在啟動期間，當輸出電壓低於額定值的96%時，IC內部的電壓迴路會線性增加輸出，從而控制輸入電流線性增加，減少元件的電流壓力。
◦柵極切換頻率可調可透過外部電阻 RFREQ (R31) 設定，範圍為 21 kHz 至 250 kHz，預設值為 65 kHz。
◦保護功能包括開路保護 (OLP)、第一過壓保護 (OVP1)、峰值電流限制 (PCL)、IC 供電欠壓鎖定 (UVLO) 和輸出電壓監控與啟用功能 (VBTHL_EN)
• 熱管理
◦ 評估板針對橋式整流器和功率MOSFET/二極體採用不同的散熱管理。橋式整流器使用可調速風扇進行散熱。
◦ 主要散熱器同時具備冷卻和加熱功能，可以將散熱器加熱到目標溫度（預設為50°C）進行測試34 ...。也可以選擇僅使用內部冷卻功能。
• 測試報告
◦ 包括在不同輸入電壓和負載條件下，使用4針配置的IPZ60R040C7的效率測試結果顯示在高壓輸入時效率可達98%以上。
◦比較了 3pin 和 4pin 配置的效率曲線證明四針配置可以提升效率
◦ 提供了在不同配置和切換頻率下傳導EMI測試結果並說明了如何修改EMI濾波器以符合EN55022標準展示了軟啟動的行為輸入電流呈線性增加
•其他重要注意事項
◦安全警告評估板包含高電壓，操作時需由經驗豐富的工程師和技術人員進行，並注意高溫燙傷風險。操作後，DC-Link 電容可能仍存儲高能量，需等待 LED1 熄滅後再觸摸。
◦輸入限制最大輸入電流為 14 A，在低壓輸入（90 VAC）時需相應降低輸出功率以避免超過電流限制。
◦輸出功率限制正常輸出功率設計為2.5 kW，峰值輸出功率可達3000 W，但不建議長時間在此功率下運行以避免元件過熱。
◦EMC濾波器板上的EMC濾波器設計用於涵蓋廣泛的應用，但EMC性能高度依賴於應用設置和負載條件，可能需要額外調整。
◦啟動步驟簡述了連接輸入、輸出和選擇性外部電源以啟動散熱風扇的步驟。
◦輸入連結提供兩個輸入連接器以方便精確的功率測量。
◦源極連接選項詳細說明了 MOSFET 柵極驅動器的源極連接方式，可以選擇不同的跳線配置來測試 3pin 和 4pin 元件，以及低電感柵極驅動。
總之，這份應用筆記詳細介紹了 Infineon 的 2.5 kW PFC 評估板 EVAL_2.5KW_CCM_4PIN，重點在於評估 4pin CoolMOS™ C7 MOSFET 在 PFC 應用中的優勢，特別是在效率和信號品質方面。它提供了電路描述、操作原理、保護功能、熱管理、測試結果以及安全和使用注意事項，對於希望使用此評估板或了解相關技術的工程師和技術人員來說是非常重要的參考資料。
►場景應用圖
►產品實體圖
►展示板照片
►方案方塊圖
►核心技術優勢
• 採用 TO-247 4pin CoolMOS™ C7 MOSFET： ◦ 極低的導通和開關損耗：這使得在高開關頻率下運行成為可能，有助於縮小磁性元件尺寸並提高功率密度。 ◦ Eoss 降低：在輕載時有助於提高效率。 ◦ 低閘極電荷 (QG)：實現更快的開關，並降低導通損耗 (Eon) 和關斷損耗 (Eoff)，從而在整個負載範圍內提高效率。 ◦ 易於使用和實施。 ◦ 廣泛的產品組合，可滿足伺服器、PC 電源、電信整流器和太陽能等硬開關應用的特定需求。 ◦ 提供市場上最低的單位封裝導通電阻 (RDS(on))。 ◦ TO-247 4pin 封裝的優勢：第四個接腳作為克爾文源極 (Kelvin source)，可以顯著降低功率 MOSFET 源極引腳的寄生電感，從而提高硬開關拓撲的效率。在 CCM PFC 等應用中，與標準 TO-247 3pin 封裝相比，開關損耗最多可降低 8%，在 1.2 kW 的 CCM 模式 PFC 中相當於節省 3.5 W 的功率，或提高 0.3% 的滿載效率。 • 使用 thinQ!™ SiC 第五代二極體 (IDH16G65C5)： ◦ 代表 Infineon 在 SiC 肖特基二極體方面的領先技術。 ◦ 結合了改進的散熱特性和更低的品質因數 (Qc*Vf)，可在所有負載條件下提高效率。 ◦ 提供高達 100 V/ns 的 dv/dt 強固性，非常適合搭配快速開關的 CoolMOS™ C7 系列。 • 採用 CCM-PFC 控制器 (ICE3PCS01G)： ◦ 專為 PC、伺服器和電信等需要高效率和優異功率因數的電源應用而設計。 ◦ 具有數位整合的電壓迴路補償，可實現更好的動態響應和更低的設計難度。 ◦ 高度整合的設計，最大限度地減少了周邊元件數量。 ◦ 閘極開關頻率可調，範圍從 21 kHz 到 250 kHz，並且能夠與 50 kHz 到 150 kHz 的外部開關頻率同步。 ◦ 支援連續導通模式 (CCM)，以實現接近單位功率因數。 ◦ 具有平均電流控制。 ◦ 配備多種保護功能，確保系統和設備的安全運行。 • 採用閘極驅動 IC (EiceDRIVER™ Compact IEDI60N12AF)： ◦ 基於 CT (Coreless Transformer) 技術，支援 3pin 和 4pin 封裝的 CoolMOS™。 ◦ CT 技術提供超過 1200 V 的隔離，以及高速和非常好的共模瞬態抗擾性 (CMTI)，這對於在快速電壓瞬變下驅動 MOSFET 至關重要。 ◦ 6 A 的輸出能力足以快速開關 19 mΩ 的 CoolMOS™。 ◦ 即使使用更高導通電阻的元件，強大的驅動能力也有助於減少快速開關時的閘極振盪。 ◦ 具有 dv/dt ≥ 100 V/ns 的 CMTI，這對於快速開關模式下從漏極到閘極信號的高轉換噪聲回饋是必需的。 ◦ 驅動器的輸出具有獨立的正負輸出，便於調整 MOSFET 的導通和關斷行為。 ◦ TO-247 4pin 封裝的優勢得以展現，實現非常快速的開關行為和乾淨的閘極波形，並提高系統穩定性。克爾文源極可以完全與電源路徑隔離。 總而言之，EVAL_2.5KW_CCM_4PIN 評估板的核心技術優勢在於高性能的 CoolMOS™ C7 MOSFET 及其創新的 4pin 封裝、先進的 thinQ!™ SiC 二極體、功能強大的 CCM-PFC 控制器以及高速高抗干擾的閘極驅動 IC 的完美結合。這種組合旨在實現更高的效率、更好的信號品質和更高的功率密度，特別是在功率因數校正應用中。
►方案規格
• 輸入電壓：85 VAC~265 VAC • 輸入電流：14 A • 輸入頻率：47~63 Hz • 輸出電壓和電流：400 VDC，6.25 A • 輸出功率：約2.5 kW（當輸入電壓為230 VAC時） • 平均效率：95%（在115 VAC時） • 開關頻率：可能範圍為40 kHz~250 kHz； • 板載頻率設置為65 kHz； • 可通過R20進行更改 • 功率開關：4針和3針MOSFET