汽車級(jí)750V、820A單側(cè)面直冷6合1功率模塊NVH820S75L4SPB深度解析
汽車級(jí)750V、820A單側(cè)面直冷6合1功率模塊NVH820S75L4SPB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NVH820S75L4SPB功率模塊，它屬于VE - Trac Direct系列，具有高度集成和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的封裝尺寸，能為汽車應(yīng)用帶來(lái)出色的性能表現(xiàn)。
文件下載：NVH820S75L4SPB-D.PDF
產(chǎn)品概述
NVH820S75L4SPB是一款高度集成的功率模塊，適用于混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車的牽引逆變器。它采用6合1配置，集成了六個(gè)場(chǎng)截止4（FS4）750V窄臺(tái)面IGBT，具備高電流密度、強(qiáng)大的短路保護(hù)能力和較高的阻斷電壓。在輕負(fù)載情況下，F(xiàn)S4 750V窄臺(tái)面IGBT的功率損耗較低，有助于提高汽車應(yīng)用的整體系統(tǒng)效率。
產(chǎn)品特性
散熱與電感特性
- 直冷與集成針翅式散熱器：采用直接冷卻方式，并集成了針翅式散熱器，能有效提高散熱效率，確保模塊在高功率運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。
- 超低雜散電感：雜散電感低至8nH，可減少開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。
電氣性能
- 高結(jié)溫連續(xù)運(yùn)行：最大結(jié)溫 (T_{vjmax}=175^{circ}C)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，適應(yīng)汽車復(fù)雜的工作環(huán)境。
- 低飽和電壓和開關(guān)損耗：低 (V_{CESAT}) 和開關(guān)損耗，有助于降低系統(tǒng)能耗，提高能源利用率。
- 汽車級(jí)IGBT和快速恢復(fù)二極管：采用汽車級(jí)FS4 750V窄臺(tái)面IGBT和快速恢復(fù)二極管芯片技術(shù)，保證了模塊的高性能和可靠性。
其他特性
- 4.2kV隔離DBC基板：提供良好的電氣隔離性能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。
- 易于集成的6合1拓?fù)?/strong>：方便工程師進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成，降低設(shè)計(jì)難度。
- 無(wú)鉛和符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)：符合環(huán)保要求，滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的綠色設(shè)計(jì)趨勢(shì)。
引腳說(shuō)明
| 該模塊的引腳功能清晰明確，包括正負(fù)極電源端子、三相輸出端子、IGBT柵極和柵極返回端子、去飽和檢測(cè)/集電極感應(yīng)端子以及溫度傳感器輸出端子等。具體引腳功能如下表所示： | Pin # | Pin Function Description |
|---|---|---|
| P1, P2, P3 | 正電源端子 | |
| N1, N2, N3 | 負(fù)電源端子 | |
| 1 | 相1輸出 | |
| 2 | 相2輸出 | |
| 3 | 相3輸出 | |
| G1 - G6 | IGBT柵極 | |
| E1 - E6 | IGBT柵極返回 | |
| C1 - C6 | 去飽和檢測(cè)/集電極感應(yīng) | |
| T11, T12 | 相1溫度傳感器輸出 | |
| T21, T22 | 相2溫度傳感器輸出 | |
| T31, T32 | 相3溫度傳感器輸出 |
材料與可燃性信息
- DBC基板：采用 (Al{2}O{3}) 隔離基板，具有基本隔離性能，兩側(cè)為銅層。
- 端子：銅 + 鍍錫。
- 信號(hào)引線：銅 + 鍍錫。
- 針翅式基板：銅 + 鍍鎳。
- 可燃性：模塊框架符合UL94V - 0可燃性等級(jí)，具有良好的防火性能。
模塊特性與絕對(duì)最大額定值
模塊特性
模塊的工作結(jié)溫范圍為 -40°C至175°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 -40°C至125°C，隔離電壓為4200V。在冷卻回路中，壓力降和最大壓力等參數(shù)也有明確規(guī)定，以確保模塊在不同工作條件下的穩(wěn)定性。
絕對(duì)最大額定值
| IGBT和二極管的各項(xiàng)絕對(duì)最大額定值如下： | 器件 | 參數(shù) | 額定值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| IGBT | 集電極 - 發(fā)射極電壓 (V_{CES}) | 750 | V | |
| 柵極 - 發(fā)射極電壓 (V_{GES}) | ±20 | V | ||
| 實(shí)現(xiàn)的集電極電流 (I_{CN}) | 820 | A | ||
| 連續(xù)直流集電極電流 (I{C nom})（(T{vj} = 175^{circ}C)，(T_{F} = 65^{circ}C)，參考散熱器） | 600（注2） | A | ||
| 脈沖集電極電流 (I{CRM})（(V{GE} = 15V)，(t_{p} = 1ms)） | 1640 | A | ||
| 總功率耗散 (P{tot})（(T{vj} = 175^{circ}C)，(T_{F} = 65^{circ}C)，參考散熱器） | 1000 | W | ||
| 二極管 | 重復(fù)峰值反向電壓 (V_{RRM}) | 750 | V | |
| 實(shí)現(xiàn)的正向電流 (I_{FN}) | 820 | A | ||
| 連續(xù)正向電流 (I{F})（(T{vj} = 175^{circ}C)，(T_{F} = 65^{circ}C)，參考散熱器） | 400（注2） | A | ||
| 重復(fù)峰值正向電流 (I{FRM})（(t{p} = 1ms)） | 1640 | A | ||
| 浪涌電流能力 (I^{2}t) 值（(t{p} = 10ms)，(T{vj} = 150^{circ}C)；(T_{vj} = 175^{circ}C)） | 19000；16000 | (A^{2}s) |
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。
IGBT、反向二極管和NTC傳感器特性
IGBT特性
IGBT的各項(xiàng)電氣特性包括飽和電壓、漏電流、閾值電壓、總柵極電荷、電容等，在不同溫度和工作條件下有不同的表現(xiàn)。例如，在 (T{vj}=25^{circ}C)，(V{GE}=15V)，(I{C}=600A) 時(shí)，集電極 - 發(fā)射極飽和電壓 (V{CESAT}) 最大為1.30V。
反向二極管特性
反向二極管的正向電壓、反向恢復(fù)能量、恢復(fù)電荷等特性也在不同條件下有明確的參數(shù)。如在 (I{F}=600A)，(T{vj}=25^{circ}C) 時(shí)，二極管正向電壓（端子）最小為1.70V，最大為1.95V。
NTC傳感器特性
NTC傳感器的額定電阻、B值等參數(shù)與溫度密切相關(guān)，能為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的溫度監(jiān)測(cè)。
熱特性
IGBT和二極管的熱阻參數(shù)表明了它們?cè)诓煌瑮l件下的散熱性能。例如，IGBT的結(jié)到流體熱阻 (R_{th,J - F}) 在10L/min，65°C，50/50 EGW條件下，典型值為0.11°C/W，最大值為0.13°C/W。
訂購(gòu)信息
該模塊的型號(hào)為NVH820S75L4SPB，采用SSDC33，154.50x92.0 (SPB) 封裝，無(wú)鉛，每托盤裝4個(gè)單元。
典型特性曲線
文檔中提供了一系列典型特性曲線，包括IGBT輸出特性、轉(zhuǎn)移特性、開關(guān)損耗與電流和柵極電阻的關(guān)系，以及二極管的正向特性、開關(guān)損耗等，這些曲線為工程師在設(shè)計(jì)和應(yīng)用過(guò)程中提供了重要的參考依據(jù)。
總的來(lái)說(shuō)，NVH820S75L4SPB功率模塊憑借其出色的性能和特性，在混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車牽引逆變器應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。電子工程師們?cè)谶M(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，可以充分考慮該模塊的各項(xiàng)參數(shù)和特性，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高性能和可靠性。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些功率模塊的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。
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