汽车级750V、500A双侧面冷却半桥功率模块NVG500A75L4DSC2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VE - Trac Dual Gen II NVG500A75L4DSC2功率模块，看看它有哪些独特之处。

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产品概述

NVG500A75L4DSC2属于双侧面冷却且占地面积紧凑的功率模块家族，专为HEV和EV牵引逆变器应用而设计。该模块采用半桥配置，包含两个窄台面场截止（FS4）绝缘栅双极晶体管（IGBT）。其芯片组运用了新型窄台面IGBT技术，具备高电流密度和强大的短路保护能力，同时拥有较高的阻断电压，能在EV牵引应用中展现出色性能。此外，还为客户提供了液体冷却散热器参考设计、损耗模型和CAD模型，以支持逆变器设计。

产品特性

双侧面冷却

双侧面冷却设计能够有效提高散热效率，确保模块在高功率运行时保持稳定的温度，从而提升系统的可靠性和性能。

集成芯片级温度和电流传感器

集成了温度和电流传感器，连续运行时的最大结温（$T_{vj max}$）可达175°C。这使得模块能够实时监测自身的温度和电流状态，为系统的安全运行提供保障。

低杂散电感

低杂散电感有助于减少开关过程中的电压尖峰和电磁干扰，提高系统的效率和稳定性。

低导通和开关损耗

低导通和开关损耗可以降低模块的功耗，提高能源利用率，延长电池续航时间。

汽车级标准

符合汽车级标准，经过AEC认证且具备生产件批准程序（PPAP）能力，能够满足汽车行业对可靠性和质量的严格要求。

4.2 kV隔离DBC基板

采用4.2 kV隔离的直接键合铜（DBC）基板，提供了良好的电气隔离性能，增强了系统的安全性。

环保设计

该器件无铅且符合RoHS标准，符合环保要求。

典型应用

• 混合动力和电动汽车牵引逆变器：作为牵引逆变器的核心部件，为车辆提供高效的动力转换。
• 高功率DC - DC升压转换器：在电力转换系统中发挥重要作用，实现电压的升高和稳定输出。

引脚说明

Pin #	Pin	Pin Function Description
1	N	Low Side Emitter
2	P	High Side Collector
3	H/S COLLECTOR SENSE	High Side Collector Sense
4	H/S CURRENT SENSE	High Side Current Sense
5	H/S EMITTER SENSE	High Side Emitter Sense
6	H/S GATE	High Side Gate
7	H/S TEMP SENSE (CATHODE)	High Side Temp sense Diode Cathode
8	H/S TEMP SENSE (ANODE)	High Side Temp sense Diode Anode
9	~	Phase Output
10	L/S CURRENT SENSE	Low Side Current Sense
11	L/S EMITTER SENSE	Low Side Emitter Sense
12	L/S GATE	Low Side Gate
13	L/S TEMP SENSE (CATHODE)	Low Side Temp sense Diode Cathode
14	L/S TEMP SENSE (ANODE)	Low Side Temp sense Diode Anode
15	L/S COLLECTOR SENSE	Low Side Collector Sense

模块特性

温度范围

• 工作结温（$T_{vj}$）范围为 - 40°C至175°C。
• 存储温度范围（$T_{STG}$）未明确给出具体数值。

  隔离电压

  直流隔离电压为4200V（t = 1s）。

  电气间隙

• 端子间最小电气间隙为5.0mm。
• （注1）端子间最小电气间隙为3.2mm。

  比较跟踪指数（CTI）

  CTI > 600。

  其他特性

• 低侧杂散电感（LSCE）典型值为8nH。
• 模块引线电阻（$R_{CC'+EE'}$）典型值为0.15mΩ。
• 模块重量约为75g。
• 模块端子使用M4螺丝，扭矩为2.2（单位未明确）。

绝对最大额定值

IGBT

Symbol	Parameter	Rating	Unit
$V_{CES}$	Collector to Emitter Voltage	750	V
$V_{GES}$	Gate to Emitter Voltage	± 20	V
$I_{CN}$	Implemented Collector Current	500	A
$I_{C nom}$	Continuous DC Collector Current, $T{vjmax}$ = 175 °C, $T{F}$ = 65 °C, Ref. Heatsink	410	A
$I_{CRM}$	Pulsed Collector Current @ $V{GE}$ = 15 V, $t{p}$ = 1 ms	1000	A

二极管

Symbol	Parameter	Rating	Unit
$V_{RRM}$	Repetitive Peak Reverse Voltage	750	V
$I_{FN}$	Implemented Forward Current	500	A
$I_{F}$	Continuous Forward Current, $T{vjmax}$ = 175 °C, $T{F}$ = 65 °C, Ref. Heatsink	350	A
$I_{FRM}$	Repetitive Peak Forward Current, $t_{p}$ = 1 ms	1000	A
$I^{2}t$ value	$V{R}$ = 0 V, $t{p}$ = 10 ms, $T_{v J}$ = 150 °C	10000	$A^{2}s$
	$T_{VJ}$ = 175 °C	9000

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。

热特性

IGBT

• 结到外壳的有效热阻（$IGBT.R_{th,J - C}$）典型值为0.06°C/W，最大值为0.08°C/W。
• 结到流体的有效热阻（$IGBT.R_{th,J - F}$）在特定条件下典型值为0.164°C/W。

  二极管

• 结到外壳的有效热阻（$Diode.R_{th,J - C}$）最大值为0.14°C/W。
• 结到流体的有效热阻（$Diode.R_{th,J - F}$）在特定条件下典型值为0.224°C/W。

IGBT特性

集电极 - 发射极饱和电压（$V_{CESAT}$）

在不同的栅极电压、集电极电流和结温条件下，$V{CESAT}$的值有所不同。例如，当$V{GE}$ = 15V，$I{C}$ = 400A，$T{vj}$ = 25°C时，典型值为1.32V；当$T_{vj}$ = 150°C时，典型值为1.39V。

集电极 - 发射极泄漏电流（$I_{CES}$）

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

栅极 - 发射极泄漏电流（$IGES$）

当$V{CE}$ = 0，$V{GE}$ = ± 20V时，典型值为±400nA。

阈值电压（$V_{th}$）

典型值为6.5V。

总栅极电荷（$Q_{g}$）

当$V{GE}$从 - 8V到15V，$V{CE}$ = 400V，$I_{C}$ = 400A时，典型值为0.96μC。

输入电容（$C_{ies}$）

当$V{CE}$ = 30V，$V{GE}$ = 0V，f = 1MHz时，典型值为36nF。

输出电容（$C_{oes}$）

当$V{CE}$ = 30V，$V{GE}$ = 0V，f = 1MHz时，典型值为0.7nF。

反向传输电容（$C_{res}$）

当$V{CE}$ = 30V，$V{GE}$ = 0V，f = 1MHz时，典型值为0.09nF。

开关特性

包括开通延迟时间、关断延迟时间、下降时间、开通开关损耗和关断开关损耗等，这些特性在不同的结温和电流条件下会有所变化。例如，开通开关损耗在$T{vj}$ = 25°C时为10.49mJ，在$T{vj}$ = 150°C时为16.20mJ。

反向二极管特性

二极管正向电压（$V_{F}$）

在不同的结温和集电极电流条件下，$V{F}$的值有所不同。例如，当$V{GE}$ = 0V，$I{C}$ = 500A，$T{vj}$ = 25°C时，典型值为1.44V；当$T_{vj}$ = 150°C时，典型值为1.55V。

反向恢复能量（$E_{r}$）

在特定条件下，$T{vj}$ = 150°C时，典型值为4.12mJ；$T{vj}$ = 175°C时，典型值为4.81mJ。

反向恢复电荷（$Q_{RR}$）

在特定条件下，$T{vj}$ = 25°C时，典型值为10.69μC；$T{vj}$ = 150°C时，典型值为23.14μC。

峰值反向恢复电流

在特定条件下，$T{vj}$ = 25°C时，典型值为219A；$T{vj}$ = 175°C时，典型值为272A。

传感器特性

温度传感器

在$T{vj}$ = 25°C时，典型值为1.7V；在$T{vj}$ = 150°C时，典型值为1.5V。

电流传感器

在不同的集电极电流下，输出值有所不同，但文档中未给出具体数值。

订购信息

Part Number	Package	Shipping
NVG500A75L4DSC2	AHPM15−CEA Module Case MODHS (Pb−Free)	18 Units / 3x Tube

典型特性

文档中还提供了一系列典型特性曲线，包括IGBT输出特性、转移特性、开关损耗与电流和电阻的关系、反向偏置安全工作区、瞬态热阻抗等。这些曲线可以帮助工程师更好地了解模块的性能和特性，为设计提供参考。

综上所述，安森美NVG500A75L4DSC2功率模块凭借其出色的性能、丰富的特性和良好的可靠性，在HEV和EV牵引逆变器应用中具有很大的优势。电子工程师在设计相关系统时，可以充分考虑该模块的特点，以实现高效、可靠的电力转换。大家在实际应用中是否遇到过类似功率模块的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。