探索 onsemi NVXK2VR80WXT2：SiC 功率 MOSFET 模塊的卓越性能

在電動汽車（xEV）應(yīng)用領(lǐng)域，車載充電器（OBC）的性能至關(guān)重要，而功率 MOSFET 模塊作為其中的核心組件，其性能直接影響著整個系統(tǒng)的效率和可靠性。今天，我們就來深入了解一下 onsemi 的 NVXK2VR80WXT2，一款專為 xEV 應(yīng)用的 OBC 設(shè)計的碳化硅（SiC）3 - 相橋功率模塊。

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1. 產(chǎn)品概述

NVXK2VR80WXT2 是一款 DIP 封裝的碳化硅 3 - 相橋功率模塊，適用于 xEV 應(yīng)用的車載充電器。它具有 1200V 的耐壓能力，在 20V 時的最大導通電阻（RDS(on)）為 116mΩ，最大連續(xù)漏極電流（ID）可達 31A。該模塊符合多項標準，如 IEC 60664 - 1、IEC 60950 - 1 的爬電距離和電氣間隙要求，同時滿足 AEC - Q101 和 AQG324 的汽車級認證，并且是無鉛、符合 ROHS 和 UL94V - 0 標準的產(chǎn)品。

SiC MOSFET三相橋式模塊

2. 產(chǎn)品特性亮點

2.1 緊湊設(shè)計

緊湊的設(shè)計使得模塊的總電阻較低，有助于減少功率損耗，提高系統(tǒng)效率。這對于空間有限的車載充電器應(yīng)用來說尤為重要。

2.2 可追溯性

模塊具備序列化功能，實現(xiàn)了完全可追溯性。這在汽車電子領(lǐng)域非常關(guān)鍵，方便在生產(chǎn)、測試和售后過程中對產(chǎn)品進行質(zhì)量管控和故障排查。

2.3 環(huán)保合規(guī)

產(chǎn)品無鉛，符合 ROHS 和 UL94V - 0 標準，不僅滿足環(huán)保要求，還能確保在各種應(yīng)用環(huán)境下的安全性。

2.4 汽車級認證

通過 AEC - Q101 和 AQG324 認證，證明了該模塊在汽車應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)汽車電子系統(tǒng)的嚴苛工作條件。

3. 關(guān)鍵參數(shù)解讀

3.1 最大額定值

這些參數(shù)為工程師在設(shè)計電路時提供了重要的參考依據(jù)，確保模塊在安全的工作范圍內(nèi)運行。例如，工作結(jié)溫和存儲溫度范圍決定了模塊能夠適應(yīng)的環(huán)境條件，而各種電流和電壓額定值則限制了模塊的功率處理能力。

3.2 熱特性

熱特性參數(shù)對于模塊的散熱設(shè)計至關(guān)重要。較低的熱阻意味著模塊能夠更有效地將熱量散發(fā)出去，從而保證其在高功率運行時的穩(wěn)定性和可靠性。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)這些熱阻參數(shù)選擇合適的散熱方案，如散熱器的尺寸和材料等。

4. 引腳說明

NVXK2VR80WXT2 共有 32 個引腳，不同引腳具有不同的功能，如柵極引腳（G1 - G6）用于控制相應(yīng)的 MOSFET 開關(guān)，源極引腳（S1 - S6）提供電流通路，還有電源正負極引腳（B +、B -）和三相輸出引腳（PH1 - PH3）等。此外，還有 NTC 引腳用于溫度監(jiān)測。了解引腳功能對于正確連接和使用模塊至關(guān)重要，工程師在進行電路設(shè)計時需要仔細參考引腳說明，確保各引腳連接正確，避免因引腳連接錯誤導致模塊損壞或系統(tǒng)故障。

5. 電氣特性

5.1 關(guān)斷特性

• 漏源擊穿電壓（V(BR)DSS）：在 VGS = 0V，ID = 1mA 時為 1200V，這表明模塊能夠承受較高的反向電壓。
• 零柵壓漏極電流（IDSS）：在 TJ = 25℃ 時為 100μA，TJ = 175℃ 時為 1mA，隨著溫度升高，漏極電流會有所增加。
• 柵源泄漏電流（IGSS）：在 VGS = +25 / -15V，VDS = 0V 時為 ±1μA，較小的泄漏電流有助于降低功耗。

5.2 導通特性

• 柵極閾值電壓（VGs(TH)）：在 VGs = Vos，ID = 5mA 時，范圍為 1.8 - 4.3V。
• 推薦柵極電壓（VGOP）：范圍為 -5 至 +20V。
• 漏源導通電阻（RDS(on)）：在 VGs = 20V，Io = 20A，TJ = 25℃ 時為 80 - 116mΩ，TJ = 175℃ 時為 150mΩ，導通電阻會隨溫度升高而增大。
• 正向跨導（gFs）：在 VDs = 20V，ID = 20A 時為 11S，反映了柵極電壓對漏極電流的控制能力。

5.3 電荷、電容和柵極電阻

• 輸入電容（Ciss）：在 VGs = 0V，f = 1MHz，VDs = 800V 時為 1154pF。
• 輸出電容（Coss）：值為 79pF。
• 反向傳輸電容（CRSS）：值為 7.9pF。
• 總柵極電荷（QG(TOT)）：在 VGS = -5 / 20V，VDS = 600V，ID = 20A 時為 56nC。
• 閾值柵極電荷（QG(TH)）：為 10nC。
• 柵源電荷（QGS）：為 18nC。
• 柵漏電荷（QGD）：為 11nC。
• 柵極電阻（RG）：在 VGS = 0V，f = 1MHz 時為 1.2Ω。

這些電氣特性參數(shù)反映了模塊在不同工作狀態(tài)下的性能表現(xiàn)，工程師在設(shè)計電路時需要根據(jù)具體應(yīng)用需求合理選擇和優(yōu)化這些參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。

5.4 電感開關(guān)特性

• 開通延遲時間（td(ON)）：為 12ns。
• 上升時間（tr）：為 12ns。
• 關(guān)斷延遲時間（td(OFF)）：為 21ns。
• 下降時間（tf）：為 9ns。
• 開通開關(guān)損耗（EON）：為 135mJ。
• 關(guān)斷開關(guān)損耗（EOFF）：為 46mJ。
• 總開關(guān)損耗（Etot）：為 181mJ。

開關(guān)特性參數(shù)對于模塊在高頻開關(guān)應(yīng)用中的性能至關(guān)重要。較短的開關(guān)時間和較低的開關(guān)損耗能夠提高系統(tǒng)的效率和開關(guān)頻率，從而減小系統(tǒng)的體積和重量。

5.5 漏源二極管特性

• 連續(xù)漏源二極管正向電流（IsD）：在 VGs = -5V，TJ = 25℃ 時為 31A。
• 脈沖漏源二極管正向電流（IsDM）：在 VGs = -5V，TJ = 25℃ 時為 153A。
• 正向二極管電壓（VsD）：在 Vs = -5V，IsD = 10A，TJ = 25℃ 時為 3.9V。
• 反向恢復時間（tRR）：為 16.2ns。
• 峰值反向恢復電流（IRRM）：為 7.6A。
• 反向恢復能量（EREC）：為 4.1mJ。
• 反向恢復電荷（QRR）：為 61.6nC。

漏源二極管的特性對于模塊在反向?qū)〞r的性能有重要影響。較短的反向恢復時間和較低的反向恢復能量能夠減少二極管的反向恢復損耗，提高系統(tǒng)的效率。

6. 典型特性曲線

文檔中還提供了一系列典型特性曲線，如導通區(qū)域特性、歸一化導通電阻與漏極電流和柵極電壓的關(guān)系、導通電阻隨溫度的變化、導通電阻與柵源電壓的關(guān)系、傳輸特性、二極管正向電壓與電流的關(guān)系、柵源電壓與總電荷的關(guān)系、電容與漏源電壓的關(guān)系、無鉗位電感開關(guān)能力、最大連續(xù)漏極電流與殼溫的關(guān)系、安全工作區(qū)和單脈沖最大功率耗散等。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趨勢，工程師可以根據(jù)這些曲線進一步優(yōu)化電路設(shè)計，確保模塊在各種工況下都能穩(wěn)定可靠地工作。

7. 機械尺寸和訂購信息

模塊采用 APM32 封裝，尺寸為 44.00x28.80x5.70mm。訂購時，每管裝 10 個。了解機械尺寸對于 PCB 布局和外殼設(shè)計非常重要，確保模塊能夠正確安裝在系統(tǒng)中。

總結(jié)

onsemi 的 NVXK2VR80WXT2 碳化硅功率 MOSFET 模塊憑借其卓越的性能、豐富的特性和嚴格的認證標準，為 xEV 應(yīng)用的車載充電器設(shè)計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。作為電子工程師，在設(shè)計過程中，我們需要充分理解和利用模塊的各項參數(shù)和特性，結(jié)合具體的應(yīng)用需求，進行合理的電路設(shè)計和散熱設(shè)計，以實現(xiàn)系統(tǒng)的高效、可靠運行。同時，也要關(guān)注模塊的典型特性曲線，根據(jù)實際工作條件進行優(yōu)化，確保模塊在各種工況下都能發(fā)揮最佳性能。大家在使用這款模塊的過程中，有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨特的設(shè)計思路呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。