onsemi NFVA33065L42：汽车3相650V 30A智能功率模块的卓越之选

在汽车电子领域，功率模块的性能和可靠性直接影响着电动汽车和混合动力汽车的运行效率和安全性。onsemi的NFVA33065L42智能功率模块（SPM）就是一款针对汽车应用精心设计的产品，下面就为大家详细介绍这款模块。

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一、模块概述

NFVA33065L42是一款先进的汽车SPM模块，为混合动力和电动汽车提供了功能齐全、高性能的逆变器输出级。它集成了内置IGBT的优化栅极驱动，能有效降低电磁干扰（EMI）和损耗。同时，该模块具备多种保护功能，如欠压锁定、过流关断、驱动IC的热监测以及故障报告等。内置的高速高压集成电路（HVIC）仅需单电源电压，就能将输入的逻辑电平栅极输入转换为驱动模块内部IGBT所需的高压、大电流驱动信号。此外，每个相位都有独立的负IGBT端子，可支持多种控制算法。

二、产品特性

2.1 封装与认证

• 采用27引脚双列直插式封装（DIP），符合AEC和AQG324标准，具备生产件批准程序（PPAP）能力。
• 产品无铅且符合RoHS标准，通过了UI1557认证（文件编号E209204），并符合UL94V - 0标准。

2.2 电气性能

• 650V/30A的三相IGBT逆变器，集成了栅极驱动器和保护功能。
• 175°C保证短路额定的FS沟槽IGBT，具有低Vce(sat)和快速开关特性。
• 使用Al₂O₃ DBC基板，具有出色的热阻性能。
• 低侧IGBT的发射极引脚分开，可用于三相电流传感。
• 单接地电源，内置LVIC温度传感功能，用于温度监测。
• 隔离额定值为2500Vrms/1分钟。

三、应用领域

该模块适用于汽车高压辅助电机，具体包括：

• 气候电子压缩机：为汽车空调系统提供高效的动力支持。
• 油/水泵：确保发动机冷却和润滑系统的正常运行。
• 超级/涡轮增压器：提升发动机的动力性能。
• 各种风扇：用于散热和通风。

四、内部结构与引脚配置

4.1 内部等效电路

模块的内部由逆变器低侧、高侧和功率侧组成。低侧由三个IGBT、每个IGBT的续流二极管和一个控制IC组成，具备栅极驱动和保护功能；高侧由三个IGBT、续流二极管和三个驱动IC组成；功率侧由四个逆变器直流母线输入端子和三个逆变器输出端子组成。

4.2 引脚描述

模块共有27个引脚，每个引脚都有特定的功能，如低侧和高侧的信号输入、偏置电压、故障输出、温度传感输出等。详细的引脚功能如下表所示：	Pin Number	Pin Name	Pin Description
1	VDD(L)	低侧IC和IGBT驱动的公共偏置电压
2	COM	公共电源地
3	IN (UL)	低侧U相的信号输入
4	IN (VL)	低侧V相的信号输入
5	IN (WL)	低侧W相的信号输入
6	VFO	故障输出
7	VTS	LVIC温度传感电压输出
8	CSC	短路电流检测输入
9	IN (UH)	高侧U相的信号输入
10	VDD(UH)	高侧IC和IGBT驱动的公共偏置电压
11	VB(U)	U相IGBT驱动的高侧偏置电压
12	VS(U)	U相IGBT驱动的高侧偏置电压地
13	IN (VH)	高侧V相的信号输入
14	VDD(VH)	高侧IC和IGBT驱动的公共偏置电压
15	VB(V)	V相IGBT驱动的高侧偏置电压
16	VS(V)	V相IGBT驱动的高侧偏置电压地
17	IN (WH)	高侧W相的信号输入
18	VDD(WH)	高侧IC和IGBT驱动的公共偏置电压
19	VB(W)	W相IGBT驱动的高侧偏置电压
20	VS(W)	W相IGBT驱动的高侧偏置电压地
21	NU	U相的负直流母线输入
22	NV	V相的负直流母线输入
23	NW	W相的负直流母线输入
24	U	U相的输出
25	V	V相的输出
26	W	W相的输出
27	P	正直流母线输入

五、电气特性与参数

5.1 绝对最大额定值

在不同条件下，模块的各项参数有其最大额定值，如逆变器部分的电源电压、集电极 - 发射极电压、集电极电流等，以及控制部分的控制电源电压、高侧控制偏置电压等。具体参数如下表所示：	Symbol	Parameter	Conditions	Rating	Unit
VPN	电源电压	施加在P - NU, NV, NW之间	500	V
VPN(Surge)	电源电压（浪涌）	施加在P - NU, NV, NW之间	575	V
VCES	集电极 - 发射极电压		650	V
±IC	每个IGBT集电极电流	TC = 100°C, VDD ≥ 15V, TJ ≤ 175°C	30	A
±ICP	每个IGBT集电极电流（峰值）	TC = 25°C, TJ ≤ 175°C, 在1ms脉冲宽度下	60	A
PC	集电极耗散	TC = 25°C每一个芯片	100	W
TJ	工作结温	IGBT和二极管	-40 ∼ 175	°C
	驱动IC	-40 ∼ 150	°C
VDD	控制电源电压	施加在VDD(H), VDD(L) - COM之间	20	V
VBS	高侧控制偏置电压	施加在VB(U) - VS(U), VB(V) - VS(V), VB(W) - VS(W)之间	20	V
VIN	输入信号电压	施加在IN (UH), IN (VH), IN (WH), IN (UL), IN (VL), IN (WL) - COM之间	-0.3 ∼ VDD + 0.3	V
VFO	故障输出电源电压	施加在VFO - COM之间	-0.3 ∼ VDD + 0.3	V
IFO	故障输出电流	VFO引脚的灌电流	2	mA
VSC	电流传感输入电压	施加在CSC - COM之间	-0.3 ∼ VDD + 0.3	V
tsc	短路耐受时间	VDD = VBS ≤ 13.5 ∼ 16.5V, VPN ≤ 400V, TJ = 150°C	3	μs
TSTG	储存温度		-55 ∼ 175	°C
	隔离电压	60Hz, 正弦波, 交流1分钟	2500	Vrms

5.2 热阻

模块的热阻参数对于散热设计至关重要，逆变器IGBT部分（每1/6模块）的热阻Rth(j - c)Q最大值为1.5°C/W。

5.3 电气特性 - 逆变器部分

在不同测试条件下，模块的集电极 - 发射极饱和电压、开关时间等参数有相应的典型值和最大值。例如，在VDD = VBS = 15V, VIN = 5V时，VCE(SAT)有特定的值；在TJ = 25°C时，高侧开关时间ton等也有相应的参数。

5.4 控制部分

控制部分在TJ = 25°C时，也有一系列的电气特性参数，如IPDDH、PBS、VFH、VSC(ref)等。

六、推荐工作条件

为了保证模块的正常运行和性能，推荐的工作条件如下：	Symbol	Parameter	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Unit
VPN	电源电压	施加在P - NU, NV, NW之间		300	400	V
VDD	控制电源电压	施加在VDD(H) - COM, VDD(L) - COM之间	14.0	15	16.5	V
VBS	高侧偏置电压	施加在VB(U) - VS(U), VB(V) - VS(V), VB(W) - VS(W)之间	13.0	15	18.5	V
dVDD/dt, dVgs/dt	控制电源变化率		-1		1	V/μs
tdead	防止桥臂短路的消隐时间	每个输入信号	2.0			μs
fPWM	PWM输入信号	-40°C ≤ TC ≤ 125°C, -40°C ≤ TJ ≤ 150°C			40	kHz
VSEN	电流传感电压	施加在NU, NV, NW - COM之间（包括浪涌电压）	-5		5	V

七、机械特性与额定值

7.1 器件平整度

器件平整度在特定测量位置的最大值为+150μm。

7.2 安装扭矩

安装螺丝为M3时，推荐的安装扭矩为0.7N·m，范围在0.6 - 0.8N·m之间。

7.3 端子拉力和弯曲强度

端子拉力在负载19.8N时，最小值为10；端子弯曲强度在负载9.8N、90°弯曲时，最小值为2次。

7.4 重量

模块的重量约为15g。

八、保护功能

8.1 欠压保护

• 低侧欠压保护：当控制电源电压上升超过UVDDR后，电路在下次输入信号时开始工作；当检测到欠压（UVDDD）时，IGBT关断，故障输出以固定脉冲宽度工作；当欠压复位（UVDDR）后，IGBT在下次信号从低到高触发时恢复正常工作。
• 高侧欠压保护：控制电源电压上升超过UVBSR后，电路开始工作；检测到欠压（UVBSD）时，IGBT关断，但无故障输出信号；欠压复位（UVBSR）后，IGBT在下次信号从低到高触发时恢复正常工作。

8.2 短路电流保护

短路电流保护仅在低侧起作用。正常运行时，IGBT导通并承载电流；当检测到短路电流（SC触发）时，所有低侧IGBT的栅极被硬中断，IGBT关断，故障输出以固定脉冲宽度工作；在故障输出有效期间，即使输入为高电平，IGBT也不会导通；故障输出结束后，IGBT在下次信号从低到高触发时恢复正常工作。

九、典型应用电路

在设计应用电路时，需要注意以下几点：

• 每个输入的布线应尽可能短（小于2 - 3cm），以避免故障。
• VFO输出为开漏类型，信号线路应通过电阻上拉到MCU或控制电源的正极，使IFO达到2mA。
• 输入信号为高电平有效类型，IC内部有5k的下拉电阻，应采用RC耦合电路防止输入信号振荡，R₁C₁时间常数应在50 - 150ns范围内（推荐R₁ = 100Ω，C₁ = 1nF）。
• 应尽量减小A点的布线电感（推荐小于10nH），使用表面贴装（SMD）类型的分流电阻R₄以降低布线电感，点E的布线应尽可能靠近分流电阻R₄的端子。
• 为防止保护功能出错，B、C和D点的布线应尽可能短。
• 在短路保护电路中，应选择R₆C₆时间常数在1.5 - 2μs范围内，并在实际系统中进行充分评估。
• 每个电容器应尽可能靠近ASPM27产品的引脚安装。
• 为防止浪涌破坏，平滑电容器C₇与P和GND引脚之间的布线应尽可能短，推荐在P和GND引脚之间使用0.1 - 0.22μF的高频无感电容器。
• 在工业应用中，电气设备的系统中几乎都使用继电器，此时CPU和继电器之间应保持足够的距离。
• 应采用齐纳二极管或瞬态电压抑制器保护IC免受控制电源端子之间的浪涌破坏（推荐齐纳二极管为22V/1W，其齐纳阻抗特性低于约15Ω）。
• 推荐C₂约为自举电容器C₃的7倍。
• 在C₃中选择具有良好温度特性的电解电容器，在C₄中选择具有良好温度和频率特性的0.1 - 0.2μF R类陶瓷电容器。

onsemi的NFVA33065L42智能功率模块以其丰富的功能、出色的性能和完善的保护机制，为汽车高压辅助电机应用提供了可靠的解决方案。电子工程师在设计相关电路时，应充分考虑其各项特性和推荐工作条件，以确保系统的稳定运行。大家在实际应用中遇到过哪些关于功率模块的问题呢？欢迎在评论区分享交流。