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

在電動(dòng)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(gè)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(jì)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(shí)的最大導(dǎo)通電阻（RDS(on)）為 116mΩ，最大連續(xù)漏極電流（ID）可達(dá) 31A。該模塊符合多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，如 IEC 60664 - 1、IEC 60950 - 1 的爬電距離和電氣間隙要求，同時(shí)滿足 AEC - Q101 和 AQG324 的汽車級(jí)認(rèn)證，并且是無鉛、符合 ROHS 和 UL94V - 0 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

SiC MOSFET三相橋式模塊

2. 產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

2.1 緊湊設(shè)計(jì)

緊湊的設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)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(cè)試和售后過程中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，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(jí)認(rèn)證

通過 AEC - Q101 和 AQG324 認(rèn)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(yán)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(jì)電路時(shí)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(yùn)行。例如，工作結(jié)溫和存儲(chǔ)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(duì)于模塊的散熱設(shè)計(jì)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(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際設(shè)計(jì)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(gè)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(fù)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(cè)。了解引腳功能對(duì)于正確連接和使用模塊至關(guān)重要，工程師在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)需要仔細(xì)參考引腳說明，確保各引腳連接正確，避免因引腳連接錯(cuò)誤導(dǎo)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(shí)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(shí)為 100μA，TJ = 175℃ 時(shí)為 1mA，隨著溫度升高，漏極電流會(huì)有所增加。
• 柵源泄漏電流（IGSS）：在 VGS = +25 / -15V，VDS = 0V 時(shí)為 ±1μA，較小的泄漏電流有助于降低功耗。

5.2 導(dǎo)通特性

• 柵極閾值電壓（VGs(TH)）：在 VGs = Vos，ID = 5mA 時(shí)，范圍為 1.8 - 4.3V。
• 推薦柵極電壓（VGOP）：范圍為 -5 至 +20V。
• 漏源導(dǎo)通電阻（RDS(on)）：在 VGs = 20V，Io = 20A，TJ = 25℃ 時(shí)為 80 - 116mΩ，TJ = 175℃ 時(shí)為 150mΩ，導(dǎo)通電阻會(huì)隨溫度升高而增大。
• 正向跨導(dǎo)（gFs）：在 VDs = 20V，ID = 20A 時(shí)為 11S，反映了柵極電壓對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(jì)電路時(shí)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(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。

5.4 電感開關(guān)特性

• 開通延遲時(shí)間（td(ON)）：為 12ns。
• 上升時(shí)間（tr）：為 12ns。
• 關(guān)斷延遲時(shí)間（td(OFF)）：為 21ns。
• 下降時(shí)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(duì)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(shí)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(shí)為 31A。
• 脈沖漏源二極管正向電流（IsDM）：在 VGs = -5V，TJ = 25℃ 時(shí)為 153A。
• 正向二極管電壓（VsD）：在 Vs = -5V，IsD = 10A，TJ = 25℃ 時(shí)為 3.9V。
• 反向恢復(fù)時(shí)間（tRR）：為 16.2ns。
• 峰值反向恢復(fù)電流（IRRM）：為 7.6A。
• 反向恢復(fù)能量（EREC）：為 4.1mJ。
• 反向恢復(fù)電荷（QRR）：為 61.6nC。

漏源二極管的特性對(duì)于模塊在反向?qū)〞r(shí)的性能有重要影響。較短的反向恢復(fù)時(shí)間和較低的反向恢復(fù)能量能夠減少二極管的反向恢復(fù)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(dǎo)通區(qū)域特性、歸一化導(dǎo)通電阻與漏極電流和柵極電壓的關(guān)系、導(dǎo)通電阻隨溫度的變化、導(dǎo)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(shì)，工程師可以根據(jù)這些曲線進(jìn)一步優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，確保模塊在各種工況下都能穩(wěn)定可靠地工作。

7. 機(jī)械尺寸和訂購(gòu)信息

模塊采用 APM32 封裝，尺寸為 44.00x28.80x5.70mm。訂購(gòu)時(shí)，每管裝 10 個(gè)。了解機(jī)械尺寸對(duì)于 PCB 布局和外殼設(shè)計(jì)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(yán)格的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，為 xEV 應(yīng)用的車載充電器設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)過程中，我們需要充分理解和利用模塊的各項(xiàng)參數(shù)和特性，結(jié)合具體的應(yīng)用需求，進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)和散熱設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效、可靠運(yùn)行。同時(shí)，也要關(guān)注模塊的典型特性曲線，根據(jù)實(shí)際工作條件進(jìn)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(dú)特的設(shè)計(jì)思路呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。