解析 onsemi NVVR26A120M1WSB SiC 功率模塊：電動(dòng)車牽引逆變器的理想之選
解析 onsemi NVVR26A120M1WSB SiC 功率模塊：電動(dòng)車牽引逆變器的理想之選
引言
在當(dāng)今電動(dòng)車和混合動(dòng)力車蓬勃發(fā)展的時(shí)代，牽引逆變器作為核心部件，對(duì)功率模塊的性能和可靠性提出了極高要求。onsemi 的 NVVR26A120M1WSB 碳化硅（SiC）功率模塊憑借其卓越特性，成為了眾多工程師關(guān)注的焦點(diǎn)。今天，我們就來(lái)深入剖析這款模塊，探討它在電動(dòng)車牽引逆變器應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。
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產(chǎn)品概述
NVVR26A120M1WSB 屬于 VE - Trac B2 SiC 高度集成功率模塊家族，專為混合動(dòng)力（HEV）和電動(dòng)車（EV）牽引逆變器應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用半橋配置集成了 1200V SiC MOSFET，為了提升可靠性和熱性能，還應(yīng)用了燒結(jié)技術(shù)進(jìn)行芯片連接，并且滿足 AQG324 標(biāo)準(zhǔn)。
產(chǎn)品特性亮點(diǎn)
低電阻與低電感
- 超低導(dǎo)通電阻：具備超低的 $R_{DS(on)}$，這意味著在導(dǎo)通狀態(tài)下，模塊的功率損耗更小，能夠有效提高系統(tǒng)效率。
- 超低雜散電感：雜散電感約為 7.1nH，低雜散電感可以減少開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓尖峰和電磁干擾（EMI），使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。
高溫性能與可靠性
- 高結(jié)溫連續(xù)運(yùn)行：最大結(jié)溫 $T_{vj Max }=175^{\circ} C$，能夠在高溫環(huán)境下持續(xù)穩(wěn)定工作，適應(yīng)電動(dòng)車復(fù)雜的工況。
- 燒結(jié)芯片技術(shù)：采用燒結(jié)芯片技術(shù)，大大提高了模塊的可靠性，減少了因芯片連接問(wèn)題導(dǎo)致的故障風(fēng)險(xiǎn)。
汽車級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與能力
- 符合汽車級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：符合 AQG324 汽車模塊標(biāo)準(zhǔn)，滿足汽車行業(yè)對(duì)零部件的嚴(yán)格要求。
- 具備 PPAP 能力：能夠提供生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序（PPAP），方便汽車制造商進(jìn)行質(zhì)量管控和生產(chǎn)管理。
產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景
該模塊主要應(yīng)用于汽車 EV/HEV 的牽引逆變器中。在電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)里，牽引逆變器負(fù)責(zé)將電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。NVVR26A120M1WSB 的高性能和可靠性，能夠?yàn)殡妱?dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)提供穩(wěn)定、高效的電力支持，提升車輛的性能和續(xù)航里程。
引腳配置與功能說(shuō)明
引腳配置圖
引腳功能描述
| Pin No. | Pin Name | Pin Functional Description |
|---|---|---|
| 1 | N | Negative Power Terminal |
| 2 | P | Positive Power Terminal |
| 3 | D1 | High Side MOSFET (Q1) Drain Sense |
| 4 | N/C | No Connection |
| 5 | S1 | High Side MOSFET (Q1) Source |
| 6 | G1 | High Side MOSFET(Q1) Gate |
| 7 | N/C | No Connection |
| 8 | N/C | No Connection |
| 9 | AC | Phase Output |
| 10 | NTC1 | NTC1 |
| 11 | S2 | Low Side MOSFET (Q2) Source |
| 12 | G2 | Low Side MOSFET (Q2) Gate |
| 13 | NTC2 | NTC2 |
| 14 | NTC_COM | NTC common |
| 15 | D2 | Low Side MOSFET (Q2) Drain Sense |
工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要根據(jù)這些引腳功能進(jìn)行合理的連接和布局，確保模塊能夠正常工作。
材料與特性
材料信息
- DBC 基板：采用 AlN 隔離基板，具有基本隔離功能，兩側(cè)為銅層。
- 引腳框架：引腳 1、2 為未鍍銅，引腳 3 至 15 為鍍錫銅。
- 阻燃性：功率模塊中的所有材料均符合 UL 阻燃等級(jí) 94V - 0，提高了產(chǎn)品的安全性。
模塊特性參數(shù)
模塊特性參數(shù)在 $T_{vj}=25^{\circ} C$（除非另有說(shuō)明）的條件下給出，涵蓋了 MOSFET 特性、體二極管特性、NTC 傳感器特性和熱特性等多個(gè)方面。
MOSFET 特性
| Parameter | Conditions | Min | Typ | Max | Unit |
|---|---|---|---|---|---|
| $R_{DS(ON)}$ | $V{GS} = 20V, I{D} = 400A, T_{vj} = 25^{\circ}C$ | 2.6 | - | - | mΩ |
| $V{GS} = 20V, I{D} = 400A, T_{vj} = 175^{\circ}C$ | - | - | 4.6 | mΩ | |
| $V_{GS(TH)}$ | $V{GS} = V{DS}, I_{D} = 150 mA$ | 2.1 | 3.2 | - | V |
| $g_{fs}$ | $V{DS} = 10 V, I{D} = 400 A$ | - | 170 | - | S |
| $Q_{G}$ | $V{GS} = -5/+20 V, V{DS} = 800 V, I_{D} = 400 A$ | - | 1.75 | - | C |
| $R_{g.int}$ | - | - | 2.1 | - | Ω |
| $C_{iss}$ | $V{DS} = 800 V, V{GS} = 0 V, f = 100 kHz$ | - | 31.7 | - | nF |
| $C_{oss}$ | - | - | 2.2 | - | nF |
| $C_{rss}$ | - | - | 0.22 | - | nF |
| $I_{DSS}$ | $V{GS} = 0 V, V{DS} = 1200 V, T_{vj} = 25^{\circ}C$ | - | - | 250 | μA |
| $V{GS} = 0 V, V{DS} = 1200 V, T_{vj} = 175^{\circ}C$ | - | - | 13.1 | μA | |
| $I_{GSS}$ | $V{GS} = 20/ -5 V, V{DS} = 0 V$ | ±700 | - | - | nA |
| $T_{d.on}$ | $I{DS}= 400 A, V{DS} = 800 V, V{GS} = +20/ -5 V, R{g.on} = 3, T_{vj} = 25^{\circ}C$ | - | 125 | - | ns |
| $I{DS}= 400 A, V{DS} = 800 V, V{GS} = +20/ -5 V, R{g.on} = 3, T_{vj} = 175^{\circ}C$ | - | 115 | - | ns | |
| $T_{r}$ | $V{GS} = +20/ -5 V, R{g.on} = 3, I{DS} = 400 A, V{DS} = 800 V, T_{vj} = 25^{\circ}C$ | - | 59 | - | ns |
| $V{GS} = +20/ -5 V, R{g.on} = 3, I{DS} = 400 A, V{DS} = 800 V, T_{vj} = 175^{\circ}C$ | - | 54 | - | ns | |
| $T_{d.off}$ | $I{DS} = 400 A, V{DS} = 800 V, V{GS} = +20/ -5 V, R{g.off} = 1, T_{vj} = 25^{\circ}C$ | - | 220 | - | ns |
| $I{DS} = 400 A, V{DS} = 800 V, V{GS} = +20/ -5 V, R{g.off} = 1, T_{vj} = 175^{\circ}C$ | - | 228 | - | ns | |
| $T_{f}$ | $I{DS} = 400 A, V{DS} = 800 V, V{GS} = +20/ -5 V, R{g.off} = 1, T_{vj} = 25^{\circ}C$ | - | 51 | - | ns |
| $I{DS} = 400 A, V{DS} = 800 V, V{GS} = +20/ -5 V, R{g.off} = 1, T_{vj} = 175^{\circ}C$ | - | 61 | - | ns | |
| $E_{ON}$ | $I{DS} = 400 A, V{DS} = 800 V, V{GS} = +20/ -5 V, L{s} = 17 nH, R{g.on} = 3, di/dt = 8.4 A/ns, T{vj} = 25^{\circ}C$ | - | 26 | - | mJ |
| $I{DS} = 400 A, V{DS} = 800 V, V{GS} = +20/ -5 V, L{s} = 17 nH, R{g.on} = 3, di/dt = 9.7 A/ns, T{vj} = 175^{\circ}C$ | - | 28 | - | mJ | |
| $E_{OFF}$ | $I{DS} = 400A, V{DS} = 800 V, V{GS} = +20/ -5 V, L{s} =17 nH, R{g.off} = 1, dv/dt = 19.8 V/ns, T{vj} = 25^{\circ}C$ | - | 14 | - | mJ |
| $I{DS} = 400A, V{DS} = 800 V, V{GS} = +20/ -5 V, L{s} =17 nH, R{g.off} = 1, dv/dt = 16.8 V/ns, T{vj} = 175^{\circ}C$ | - | 17 | - | mJ | |
| $E_{sc}$ | $V{GS} = 20 V, V{DS} = 800 V, T_{vj} = 25^{\circ}C$ | - | 12 | - | J |
| $V{GS} = 20 V, V{DS} = 800 V, T_{vj} = 175^{\circ}C$ | - | 11 | - | J |
體二極管特性
| Parameters | Conditions | Min | Typ | Max | Unit |
|---|---|---|---|---|---|
| $V_{SD}$ | $V{Gs}=-5V, I{SD}=400A, T_{vj}=25^{\circ}C$ | - | 3.8 | - | V |
| $V{Gs}=-5V, I{SD}=400A, T_{vj}=175^{\circ}C$ | - | 3.3 | - | V | |
| $E_{rr}$ | $I{SD}=400A, V{R}=800V, V{Gs}=-5V, L{s} =17nH, R{g.on}=3, di/dt = 8.4 A/ns, T{vj}= 25^{\circ}C$ | - | 0.4 | - | mJ |
| $I{SD}=400A, V{R}=800V, V{Gs}=-5V, L{s} =17nH, R{g.on}=3, di/dt = 9.7 A/ns, T{vj}= 175^{\circ}C$ | - | 2.1 | - | mJ | |
| $Q_{RR}$ | $I{SD}=400A, V{R}=800V, V{Gs}=-5V, R{g.on}=3, T_{vj}= 25^{\circ}C$ | - | 2.3 | - | μC |
| $I{SD}=400A, V{R}=800V, V{Gs}=-5V, R{g.on}=3, T_{vj}= 175^{\circ}C$ | - | 8.6 | - | μC | |
| $I_{RR}$ | $I{SD}=400A, V{R}=800V, V{Gs}=-5V, R{g.on}=3, T_{vj}= 25^{\circ}C$ | - | 527 | - | A |
| $I{SD}=400A, V{R}=800V, V{Gs}=-5V, R{g.on}=3, T_{vj}= 175^{\circ}C$ | - | 650 | - | A |
NTC 傳感器特性
| Parameters | Conditions | Min | Typ | Max | Unit |
|---|---|---|---|---|---|
| $R_{25}$ | $T_{c} =25^{\circ}C$ | - | 10 | - | kΩ |
| $\Delta R/R$ | $T{c}=100^{\circ}C, R{100}=877$ | -3 | - | +3 | % |
| $P_{25}$ | $T_{c}=25^{\circ}C$ | - | - | 125 | mW |
| $B_{25/85}$ | $R=R{25}exp [B{25/85} (1/T - 1/298)]$ | -1% | 3610 | +1% | K |
熱特性
| Symbol | Parameter | Test Conditions | Min | Typ | Max | Unit |
|---|---|---|---|---|---|---|
| $R_{th.J - C}$ | FET Junction to Case | - | - | 0.025 | 0.028 | °C/W |
| $R_{th.J - F}$ | FET Junction to Fluid | $R_{th}$, Junction to Fluid, 10 L/min, 65°, 50/50 EGW, Ref.Heatsink | - | 0.11 | - | °C/W |
這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路和熱管理系統(tǒng)時(shí)提供了重要依據(jù)，幫助他們優(yōu)化系統(tǒng)性能。
典型特性曲線
文檔中還給出了一系列典型特性曲線，如輸出特性、歸一化導(dǎo)通電阻與漏極電流關(guān)系、歸一化導(dǎo)通電阻與溫度關(guān)系、轉(zhuǎn)移特性、第三象限特性、柵極閾值電壓與溫度關(guān)系、典型電容與漏源電壓關(guān)系、開(kāi)關(guān)能量與溫度關(guān)系、反向恢復(fù)能量與漏極電流關(guān)系、開(kāi)關(guān)能量與外部柵極電阻關(guān)系、定時(shí)特性與漏極電流關(guān)系、典型熱阻抗、MOSFET 擊穿電壓與 $T_{VJ}$ 關(guān)系、MOSFET RBSOA 等。這些曲線直觀地展示了模塊在不同工作條件下的性能變化，工程師可以根據(jù)這些曲線進(jìn)一步了解模塊的特性，進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
機(jī)械尺寸與封裝信息
機(jī)械尺寸圖
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