汽车级750V、800A双侧冷却半桥功率模块VE - Trac Dual Gen II NVG800A75L4DSB2解析

在混合动力（HEV）和电动汽车（EV）牵引逆变器应用领域，功率模块的性能至关重要。今天我们要详细探讨的是安森美（onsemi）的VE - Trac Dual Gen II NVG800A75L4DSB2功率模块，它在该领域有着出色的表现。

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一、产品概述

NVG800A75L4DSB2属于双侧冷却且占地面积紧凑的功率模块家族，用于HEV和EV牵引逆变器应用。它采用半桥配置，由两个窄台面场截止（FS4）IGBT组成。其芯片组运用了新的窄台面IGBT技术，可提供高电流密度和强大的短路保护，同时具备更高的阻断电压，能在EV牵引应用中展现出卓越的性能。此外，厂家还提供液冷散热器参考设计、损耗模型和CAD模型，以支持客户进行逆变器设计。

二、产品特性亮点

双侧冷却设计

双侧冷却技术能够有效提高散热效率，确保功率模块在高负载工作时的稳定性。这对于需要长时间高功率运行的电动汽车牵引逆变器来说尤为重要，大家可以思考一下，这种双侧冷却设计相比传统的单侧冷却，在散热效果和模块寿命上会有多大的提升呢？

集成芯片级温度和电流传感器

集成的温度和电流传感器可实时监测模块的工作状态（$T_{vj max }=175^{circ} C$），为系统提供精确的反馈，有助于实现更精准的控制和保护。当温度或电流出现异常时，系统能够及时做出响应，避免模块损坏。

低杂散电感和低损耗

低杂散电感特性可以减少电路中的干扰和能量损耗，同时低传导和开关损耗有助于提高整个系统的效率。这不仅能降低能耗，还能减少发热，进一步提升系统的可靠性。

汽车级标准

该模块符合汽车级标准，经过AEC认证且具备PPAP能力，适用于汽车环境的严苛要求。同时，它是无铅产品且符合RoHS标准，符合环保要求。

三、引脚说明

该模块共有15个引脚，每个引脚都有特定的功能，具体如下：	引脚编号	引脚	引脚功能描述
1	N	低侧发射极
2	P	高侧集电极
3	H/S COLLECTOR SENSE	高侧集电极检测
4	H/S CURRENT SENSE	高侧电流检测
5	H/S EMITTER SENSE	高侧发射极检测
6	H/S GATE	高侧栅极
7	H/S TEMP SENSE (CATHODE)	高侧温度检测二极管阴极
8	H/S TEMP SENSE (ANODE)	高侧温度检测二极管阳极
9	Phase Output	相输出
10	L/S CURRENT SENSE	低侧电流检测
11	L/S EMITTER SENSE	低侧发射极检测
12	L/S GATE	低侧栅极
13	L/S TEMP SENSE (CATHODE)	低侧温度检测二极管阴极
14	L/S TEMP SENSE (ANODE)	低侧温度检测二极管阳极
15	L/S COLLECTOR SENSE	低侧集电极检测

在设计电路时，准确理解每个引脚的功能是确保模块正常工作的关键，大家在实际应用中有没有遇到过因为引脚连接错误而导致的问题呢？

四、材料与特性

材料组成

• DBC基板：采用$Al{2} O{3}$隔离基板，具有基本隔离功能，两侧为铜层。
• 引线框架：铜材质，表面进行了镀锡处理。
• 阻燃性：功率模块中的所有材料均符合UL 94V - 0阻燃等级。

模块特性参数

参数	额定值	单位
$T_{vj}$（连续工作结温范围）	- 40 至 175	$^{circ} C$
$T_{STG}$（储存温度范围）	- 40 至 125	$^{circ} C$
$V_{ISO}$（隔离电压，交流，f = 50 Hz，t = 1 s）	4200	V
爬电距离（最小，端子到端子）	5.0	mm
电气间隙（最小，端子到端子）	3.2	mm
CTI（相比漏电起痕指数）	> 600
杂散电感$L_{sCE}$	8	nH
模块引线电阻$R_{CC’ + EE’}$（端子 - 芯片）	0.15	mΩ
模块重量	75	g
模块端子M4螺丝扭矩	2.2	Nm

五、绝对最大额定值与热特性

绝对最大额定值

在$T_{V J}=25^{circ} C$（除非另有说明）的条件下，该模块有一系列的绝对最大额定值，例如：

• IGBT部分：栅极 - 发射极电压±20V，集电极 - 发射极电压750V等。
• 二极管部分：重复峰值反向电压750V，实现的正向电流800A等。

需要注意的是，超过这些最大额定值可能会损坏器件，影响其功能和可靠性。

热特性

有效热阻（$R{th}$），结到流体（$lambda{TIM}=6 ~W / m - K$，$F = 660 ~N$，10 L/min，65°C，50/50乙二醇 - 水混合液，参考散热器）为0.186 $^{circ} C/W$。热特性对于功率模块的稳定性和寿命至关重要，大家在设计散热系统时，会如何参考这些热特性参数呢？

六、IGBT、反向二极管和传感器特性

IGBT特性

在$T_{vj}=25^{circ} C$（除非另有说明）的条件下，IGBT有一系列特性参数，如集电极 - 发射极饱和电压、栅极 - 发射极泄漏电流、栅极电荷、开关延迟时间等。这些参数反映了IGBT的性能，在实际应用中需要根据具体需求进行选择和优化。

反向二极管特性

反向二极管的特性包括正向电压、反向恢复能量、恢复电荷、峰值反向恢复电流等。这些参数对于评估二极管在电路中的性能和损耗至关重要。

传感器特性

• 温度传感器：在不同的结温下，温度传感器的输出电压会发生变化，可用于实时监测模块的温度。
• 电流传感器：通过不同的集电极电流，可以得到相应的电流传感器输出电压，方便进行电流监测。

七、典型特性与机械尺寸

典型特性

文档中给出了一系列典型特性曲线，如IGBT输出特性、转移特性、开关损耗与电流和栅极电阻的关系等。这些曲线可以帮助工程师更好地理解模块的性能，在设计电路时进行参考。

机械尺寸

模块采用Gen II DSC AHPM15 - CEC封装，文档详细给出了其机械尺寸，包括各个部分的最小、标称和最大尺寸。在进行电路板设计和散热系统设计时，需要准确考虑这些尺寸。

八、总结

VE - Trac Dual Gen II NVG800A75L4DSB2功率模块凭借其双侧冷却、集成传感器、低杂散电感和低损耗等特性，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电路时，需要充分考虑其引脚功能、材料特性、电气参数和热特性等方面，以确保系统的性能和可靠性。同时，通过参考典型特性曲线和机械尺寸，可以更好地进行电路布局和散热设计。大家在实际应用中，是否还有其他关于该模块的经验或问题呢？欢迎一起交流探讨。