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

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

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產(chǎn)品概述

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

產(chǎn)品特性

雙側面冷卻

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

集成芯片級溫度和電流傳感器

集成了溫度和電流傳感器，連續(xù)運行時的最大結溫（$T_{vj max}$）可達175°C。這使得模塊能夠實時監(jiān)測自身的溫度和電流狀態(tài)，為系統(tǒng)的安全運行提供保障。

低雜散電感

低雜散電感有助于減少開關過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。

低導通和開關損耗

低導通和開關損耗可以降低模塊的功耗，提高能源利用率，延長電池續(xù)航時間。

汽車級標準

符合汽車級標準，經(jīng)過AEC認證且具備生產(chǎn)件批準程序（PPAP）能力，能夠滿足汽車行業(yè)對可靠性和質量的嚴格要求。

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，增強了系統(tǒng)的安全性。

環(huán)保設計

該器件無鉛且符合RoHS標準，符合環(huán)保要求。

典型應用

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

引腳說明

模塊特性

溫度范圍

• 工作結溫（$T_{vj}$）范圍為 - 40°C至175°C。
• 存儲溫度范圍（$T_{STG}$）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）。

絕對最大額定值

IGBT

二極管

需要注意的是，超過最大額定值可能會損壞器件，影響其功能和可靠性。

熱特性

IGBT

• 結到外殼的有效熱阻（$IGBT.R_{th,J - C}$）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

• 結到外殼的有效熱阻（$Diode.R_{th,J - C}$）最大值為0.14°C/W。
• 結到流體的有效熱阻（$Diode.R_{th,J - F}$）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、集電極電流和結溫條件下，$V{CESAT}$的值有所不同。例如，當$V{GE}$ = 15V，$I{C}$ = 400A，$T{vj}$ = 25°C時，典型值為1.32V；當$T_{vj}$ = 150°C時，典型值為1.39V。

集電極 - 發(fā)射極泄漏電流（$I_{CES}$）

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

柵極 - 發(fā)射極泄漏電流（$IGES$）

當$V{CE}$ = 0，$V{GE}$ = ± 20V時，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$V{GE}$從 - 8V到15V，$V{CE}$ = 400V，$I_{C}$ = 400A時，典型值為0.96μC。

輸入電容（$C_{ies}$）

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

輸出電容（$C_{oes}$）

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

反向傳輸電容（$C_{res}$）

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

開關特性

包括開通延遲時間、關斷延遲時間、下降時間、開通開關損耗和關斷開關損耗等，這些特性在不同的結溫和電流條件下會有所變化。例如，開通開關損耗在$T{vj}$ = 25°C時為10.49mJ，在$T{vj}$ = 150°C時為16.20mJ。

反向二極管特性

二極管正向電壓（$V_{F}$）

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

反向恢復能量（$E_{r}$）

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

反向恢復電荷（$Q_{RR}$）

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

峰值反向恢復電流

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

傳感器特性

溫度傳感器

在$T{vj}$ = 25°C時，典型值為1.7V；在$T{vj}$ = 150°C時，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、轉移特性、開關損耗與電流和電阻的關系、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，為設計提供參考。

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牽引逆變器應用中具有很大的優(yōu)勢。電子工程師在設計相關系統(tǒng)時，可以充分考慮該模塊的特點，以實現(xiàn)高效、可靠的電力轉換。大家在實際應用中是否遇到過類似功率模塊的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。