汽車級(jí)750V、500A雙側(cè)面冷卻半橋功率模塊NVG500A75L4DSC2深度解析

在混合動(dòng)力（HEV）和電動(dòng)汽車（EV）牽引逆變器應(yīng)用領(lǐng)域，功率模塊的性能和可靠性至關(guān)重要。今天我們就來(lái)深入了解一下安森美（onsemi）的VE - Trac Dual Gen II NVG500A75L4DSC2功率模塊，看看它有哪些獨(dú)特之處。

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產(chǎn)品概述

NVG500A75L4DSC2屬于雙側(cè)面冷卻且占地面積緊湊的功率模塊家族，專為HEV和EV牽引逆變器應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該模塊采用半橋配置，包含兩個(gè)窄臺(tái)面場(chǎng)截止（FS4）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。其芯片組運(yùn)用了新型窄臺(tái)面IGBT技術(shù)，具備高電流密度和強(qiáng)大的短路保護(hù)能力，同時(shí)擁有較高的阻斷電壓，能在EV牽引應(yīng)用中展現(xiàn)出色性能。此外，還為客戶提供了液體冷卻散熱器參考設(shè)計(jì)、損耗模型和CAD模型，以支持逆變器設(shè)計(jì)。

產(chǎn)品特性

雙側(cè)面冷卻

雙側(cè)面冷卻設(shè)計(jì)能夠有效提高散熱效率，確保模塊在高功率運(yùn)行時(shí)保持穩(wěn)定的溫度，從而提升系統(tǒng)的可靠性和性能。

集成芯片級(jí)溫度和電流傳感器

集成了溫度和電流傳感器，連續(xù)運(yùn)行時(shí)的最大結(jié)溫（$T_{vj max}$）可達(dá)175°C。這使得模塊能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)自身的溫度和電流狀態(tài)，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供保障。

低雜散電感

低雜散電感有助于減少開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓尖峰和電磁干擾，提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。

低導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗

低導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗可以降低模塊的功耗，提高能源利用率，延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

汽車級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

符合汽車級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)AEC認(rèn)證且具備生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序（PPAP）能力，能夠滿足汽車行業(yè)對(duì)可靠性和質(zhì)量的嚴(yán)格要求。

4.2 kV隔離DBC基板

采用4.2 kV隔離的直接鍵合銅（DBC）基板，提供了良好的電氣隔離性能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。

環(huán)保設(shè)計(jì)

該器件無(wú)鉛且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，符合環(huán)保要求。

典型應(yīng)用

• 混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車牽引逆變器：作為牽引逆變器的核心部件，為車輛提供高效的動(dòng)力轉(zhuǎn)換。
• 高功率DC - DC升壓轉(zhuǎn)換器：在電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，實(shí)現(xiàn)電壓的升高和穩(wěn)定輸出。

引腳說(shuō)明

模塊特性

溫度范圍

• 工作結(jié)溫（$T_{vj}$）范圍為 - 40°C至175°C。
• 存儲(chǔ)溫度范圍（$T_{STG}$）未明確給出具體數(shù)值。

  隔離電壓

  直流隔離電壓為4200V（t = 1s）。

  電氣間隙

• 端子間最小電氣間隙為5.0mm。
• （注1）端子間最小電氣間隙為3.2mm。

  比較跟蹤指數(shù)（CTI）

  CTI > 600。

  其他特性

• 低側(cè)雜散電感（LSCE）典型值為8nH。
• 模塊引線電阻（$R_{CC'+EE'}$）典型值為0.15mΩ。
• 模塊重量約為75g。
• 模塊端子使用M4螺絲，扭矩為2.2（單位未明確）。

絕對(duì)最大額定值

IGBT

二極管

需要注意的是，超過(guò)最大額定值可能會(huì)損壞器件，影響其功能和可靠性。

熱特性

IGBT

• 結(jié)到外殼的有效熱阻（$IGBT.R_{th,J - C}$）典型值為0.06°C/W，最大值為0.08°C/W。
• 結(jié)到流體的有效熱阻（$IGBT.R_{th,J - F}$）在特定條件下典型值為0.164°C/W。

  二極管

• 結(jié)到外殼的有效熱阻（$Diode.R_{th,J - C}$）最大值為0.14°C/W。
• 結(jié)到流體的有效熱阻（$Diode.R_{th,J - F}$）在特定條件下典型值為0.224°C/W。

IGBT特性

集電極 - 發(fā)射極飽和電壓（$V_{CESAT}$）

在不同的柵極電壓、集電極電流和結(jié)溫條件下，$V{CESAT}$的值有所不同。例如，當(dāng)$V{GE}$ = 15V，$I{C}$ = 400A，$T{vj}$ = 25°C時(shí)，典型值為1.32V；當(dāng)$T_{vj}$ = 150°C時(shí)，典型值為1.39V。

集電極 - 發(fā)射極泄漏電流（$I_{CES}$）

當(dāng)$V{GE}$ = 0，$V{CE}$ = 750V，$T{vj}$ = 25°C時(shí)，典型值為8μA；當(dāng)$T{vj}$ = 175°C時(shí)，典型值為1mA。

柵極 - 發(fā)射極泄漏電流（$IGES$）

當(dāng)$V{CE}$ = 0，$V{GE}$ = ± 20V時(shí)，典型值為±400nA。

閾值電壓（$V_{th}$）

典型值為6.5V。

總柵極電荷（$Q_{g}$）

當(dāng)$V{GE}$從 - 8V到15V，$V{CE}$ = 400V，$I_{C}$ = 400A時(shí)，典型值為0.96μC。

輸入電容（$C_{ies}$）

當(dāng)$V{CE}$ = 30V，$V{GE}$ = 0V，f = 1MHz時(shí)，典型值為36nF。

輸出電容（$C_{oes}$）

當(dāng)$V{CE}$ = 30V，$V{GE}$ = 0V，f = 1MHz時(shí)，典型值為0.7nF。

反向傳輸電容（$C_{res}$）

當(dāng)$V{CE}$ = 30V，$V{GE}$ = 0V，f = 1MHz時(shí)，典型值為0.09nF。

開(kāi)關(guān)特性

包括開(kāi)通延遲時(shí)間、關(guān)斷延遲時(shí)間、下降時(shí)間、開(kāi)通開(kāi)關(guān)損耗和關(guān)斷開(kāi)關(guān)損耗等，這些特性在不同的結(jié)溫和電流條件下會(huì)有所變化。例如，開(kāi)通開(kāi)關(guān)損耗在$T{vj}$ = 25°C時(shí)為10.49mJ，在$T{vj}$ = 150°C時(shí)為16.20mJ。

反向二極管特性

二極管正向電壓（$V_{F}$）

在不同的結(jié)溫和集電極電流條件下，$V{F}$的值有所不同。例如，當(dāng)$V{GE}$ = 0V，$I{C}$ = 500A，$T{vj}$ = 25°C時(shí)，典型值為1.44V；當(dāng)$T_{vj}$ = 150°C時(shí)，典型值為1.55V。

反向恢復(fù)能量（$E_{r}$）

在特定條件下，$T{vj}$ = 150°C時(shí)，典型值為4.12mJ；$T{vj}$ = 175°C時(shí)，典型值為4.81mJ。

反向恢復(fù)電荷（$Q_{RR}$）

在特定條件下，$T{vj}$ = 25°C時(shí)，典型值為10.69μC；$T{vj}$ = 150°C時(shí)，典型值為23.14μC。

峰值反向恢復(fù)電流

在特定條件下，$T{vj}$ = 25°C時(shí)，典型值為219A；$T{vj}$ = 175°C時(shí)，典型值為272A。

傳感器特性

溫度傳感器

在$T{vj}$ = 25°C時(shí)，典型值為1.7V；在$T{vj}$ = 150°C時(shí)，典型值為1.5V。

電流傳感器

在不同的集電極電流下，輸出值有所不同，但文檔中未給出具體數(shù)值。

訂購(gòu)信息

典型特性

文檔中還提供了一系列典型特性曲線，包括IGBT輸出特性、轉(zhuǎn)移特性、開(kāi)關(guān)損耗與電流和電阻的關(guān)系、反向偏置安全工作區(qū)、瞬態(tài)熱阻抗等。這些曲線可以幫助工程師更好地了解模塊的性能和特性，為設(shè)計(jì)提供參考。

綜上所述，安森美NVG500A75L4DSC2功率模塊憑借其出色的性能、豐富的特性和良好的可靠性，在HEV和EV牽引逆變器應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，可以充分考慮該模塊的特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)高效、可靠的電力轉(zhuǎn)換。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似功率模塊的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。