汽车级750V、820A单侧面直冷6合1功率模块NVH820S75L4SPB深度解析

在混合动力（HEV）和电动汽车（EV）牵引逆变器应用领域，功率模块的性能和可靠性至关重要。今天我们就来深入了解一下安森美（onsemi）的NVH820S75L4SPB功率模块，它属于VE - Trac Direct系列，具有高度集成和行业标准的封装尺寸，能为汽车应用带来出色的性能表现。

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产品概述

NVH820S75L4SPB是一款高度集成的功率模块，适用于混合动力和电动汽车的牵引逆变器。它采用6合1配置，集成了六个场截止4（FS4）750V窄台面IGBT，具备高电流密度、强大的短路保护能力和较高的阻断电压。在轻负载情况下，FS4 750V窄台面IGBT的功率损耗较低，有助于提高汽车应用的整体系统效率。

产品特性

散热与电感特性

• 直冷与集成针翅式散热器：采用直接冷却方式，并集成了针翅式散热器，能有效提高散热效率，确保模块在高功率运行时的稳定性。
• 超低杂散电感：杂散电感低至8nH，可减少开关损耗，提高系统的效率和可靠性。

电气性能

• 高结温连续运行：最大结温 (T_{vjmax}=175^{circ}C)，可实现连续稳定运行，适应汽车复杂的工作环境。
• 低饱和电压和开关损耗：低 (V_{CESAT}) 和开关损耗，有助于降低系统能耗，提高能源利用率。
• 汽车级IGBT和快速恢复二极管：采用汽车级FS4 750V窄台面IGBT和快速恢复二极管芯片技术，保证了模块的高性能和可靠性。

其他特性

• 4.2kV隔离DBC基板：提供良好的电气隔离性能，增强了系统的安全性。
• 易于集成的6合1拓扑：方便工程师进行系统设计和集成，降低设计难度。
• 无铅和符合RoHS标准：符合环保要求，满足现代电子设备的绿色设计趋势。

引脚说明

该模块的引脚功能清晰明确，包括正负极电源端子、三相输出端子、IGBT栅极和栅极返回端子、去饱和检测/集电极感应端子以及温度传感器输出端子等。具体引脚功能如下表所示：	Pin #	Pin Function Description
P1, P2, P3	正电源端子
N1, N2, N3	负电源端子
1	相1输出
2	相2输出
3	相3输出
G1 - G6	IGBT栅极
E1 - E6	IGBT栅极返回
C1 - C6	去饱和检测/集电极感应
T11, T12	相1温度传感器输出
T21, T22	相2温度传感器输出
T31, T32	相3温度传感器输出

材料与可燃性信息

• DBC基板：采用 (Al{2}O{3}) 隔离基板，具有基本隔离性能，两侧为铜层。
• 端子：铜 + 镀锡。
• 信号引线：铜 + 镀锡。
• 针翅式基板：铜 + 镀镍。
• 可燃性：模块框架符合UL94V - 0可燃性等级，具有良好的防火性能。

模块特性与绝对最大额定值

模块特性

模块的工作结温范围为 -40°C至175°C，存储温度范围为 -40°C至125°C，隔离电压为4200V。在冷却回路中，压力降和最大压力等参数也有明确规定，以确保模块在不同工作条件下的稳定性。

绝对最大额定值

IGBT和二极管的各项绝对最大额定值如下：	器件	参数	额定值	单位
IGBT	集电极 - 发射极电压 (V_{CES})	750	V
	栅极 - 发射极电压 (V_{GES})	±20	V
	实现的集电极电流 (I_{CN})	820	A
	连续直流集电极电流 (I{C nom})（(T{vj} = 175^{circ}C)，(T_{F} = 65^{circ}C)，参考散热器）	600（注2）	A
	脉冲集电极电流 (I{CRM})（(V{GE} = 15V)，(t_{p} = 1ms)）	1640	A
	总功率耗散 (P{tot})（(T{vj} = 175^{circ}C)，(T_{F} = 65^{circ}C)，参考散热器）	1000	W
二极管	重复峰值反向电压 (V_{RRM})	750	V
	实现的正向电流 (I_{FN})	820	A
	连续正向电流 (I{F})（(T{vj} = 175^{circ}C)，(T_{F} = 65^{circ}C)，参考散热器）	400（注2）	A
	重复峰值正向电流 (I{FRM})（(t{p} = 1ms)）	1640	A
	浪涌电流能力 (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，超过最大额定值可能会损坏器件，影响其功能和可靠性。

IGBT、反向二极管和NTC传感器特性

IGBT特性

IGBT的各项电气特性包括饱和电压、漏电流、阈值电压、总栅极电荷、电容等，在不同温度和工作条件下有不同的表现。例如，在 (T{vj}=25^{circ}C)，(V{GE}=15V)，(I{C}=600A) 时，集电极 - 发射极饱和电压 (V{CESAT}) 最大为1.30V。

反向二极管特性

反向二极管的正向电压、反向恢复能量、恢复电荷等特性也在不同条件下有明确的参数。如在 (I{F}=600A)，(T{vj}=25^{circ}C) 时，二极管正向电压（端子）最小为1.70V，最大为1.95V。

NTC传感器特性

NTC传感器的额定电阻、B值等参数与温度密切相关，能为系统提供准确的温度监测。

热特性

IGBT和二极管的热阻参数表明了它们在不同条件下的散热性能。例如，IGBT的结到流体热阻 (R_{th,J - F}) 在10L/min，65°C，50/50 EGW条件下，典型值为0.11°C/W，最大值为0.13°C/W。

订购信息

该模块的型号为NVH820S75L4SPB，采用SSDC33，154.50x92.0 (SPB) 封装，无铅，每托盘装4个单元。

典型特性曲线

文档中提供了一系列典型特性曲线，包括IGBT输出特性、转移特性、开关损耗与电流和栅极电阻的关系，以及二极管的正向特性、开关损耗等，这些曲线为工程师在设计和应用过程中提供了重要的参考依据。

总的来说，NVH820S75L4SPB功率模块凭借其出色的性能和特性，在混合动力和电动汽车牵引逆变器应用中具有很大的优势。电子工程师们在进行相关设计时，可以充分考虑该模块的各项参数和特性，以实现系统的高性能和可靠性。大家在实际应用中遇到过哪些功率模块的问题呢？欢迎在评论区交流分享。