解析 onsemi SiC 功率 MOSFET 模塊 NVXK2PR80WXT2

作為一名電子工程師，在為電動汽車（xEV）應用設計 DC - DC 轉(zhuǎn)換器和車載充電器時，合適的功率 MOSFET 模塊至關重要。今天就為大家詳細解析 onsemi 的 SiC 功率 MOSFET 模塊 NVXK2PR80WXT2。

文件下載：onsemi NVXK2PR80WXT2碳化硅 (SiC) 模塊.pdf

一、產(chǎn)品概述

NVXK2PR80WXT2 是一款專為 xEV 應用中的車載充電器（OBC）設計的 DIP 碳化硅全橋功率模塊。它具有諸多出色特性：

電氣性能優(yōu)越：符合 IEC60664 - 1 和 IEC 60950 - 1 的爬電距離和電氣間隙要求，緊湊設計降低了模塊總電阻。
可追溯性強：具備模塊序列化功能，實現(xiàn)全追溯性。
環(huán)保合規(guī)：無鉛，符合 ROHS 和 UL94V - 0 標準。
汽車級認證：通過 AEC - Q101 和 AQG324 汽車級認證。

其典型應用場景為 xEV 應用中的 DC - DC 和車載充電器。

碳化硅MOSFET全橋模塊

二、最大額定值

在 $T_{J}=25^{\circ} C$（除非另有說明）的條件下，該模塊的最大額定值如下：	參數(shù)	符號	值
漏源電壓	$V_{DSS}$	1200	V
柵源電壓	$V_{GS}$	+25/ - 15	V
推薦的柵源電壓工作值（$T_{J} ≤ 175°C$）	$V_{GSop}$	+20/ - 5	V
連續(xù)漏極電流（$T_{C} = 25°C$）	$I_{D}$	31	A
功率耗散	$P_{D}$	208	W
脈沖漏極電流（$T_{C} = 25°C$）	$I_{DM}$	153	A
單脈沖浪涌漏極電流能力（$T{C} = 25°C$，$t{p} = 10 s$，$R_{G} = 4.7$）	$I_{DSC}$	425	A
工作結(jié)溫	$T_{J}$	- 55 至 175	°C
存儲溫度	$T_{stg}$	- 40 至 125	°C
源極電流（體二極管）	$I_{S}$	18	A
單脈沖漏源雪崩能量	$E_{AS}$	180	mJ

需要注意的是，超過最大額定值表中列出的應力可能會損壞器件。若超出這些限制，不能保證器件功能正常，可能會造成損壞并影響可靠性。

三、熱特性

熱特性對于功率模塊的性能和可靠性至關重要。該模塊的熱阻參數(shù)如下：	參數(shù)	符號	典型值	最大值	單位
結(jié)到殼的熱阻	$R_{θJC}$	0.56	0.72	°C/W
結(jié)到散熱器的熱阻	$R_{ΨJS}$	0.98	1.14	°C/W

特定條件決定了所示的熱阻值。對于 $R{θJC}$，需使用無限大散熱器且 $T{C}=100^{\circ} C$；對于 $R_{ΨJS}$，需組裝到 3mm 厚的鋁散熱器上，散熱器底面無限冷卻且溫度為 85°C，通過 38μm 厚、導熱系數(shù)為 6.5 W/mK 的導熱界面材料（TIM）。

四、引腳描述

NVXK2PR80WXT2 模塊共有 32 個引腳，各引腳的功能如下：	引腳編號	引腳名稱
1, 2, 7, 8, 9, 10, 15, 16, 19, 20, 23, 24, 27, 28	NC	未連接引腳
3	G2	Q2 柵極
4	S2	Q2 源極
5	G1	Q1 柵極
6	S1	Q1 源極
11	S4	Q4 源極
12	G4	Q4 柵極
13	S3	Q3 源極
14	G3	Q3 柵極
17, 18	B -	負電源端子
21, 22	PH1	相位 1 輸出
25, 26	PH2	相位 2 輸出
29	NTC1	NTC 引腳 1
30	NTC2	NTC 引腳 2
31, 32	B +	正電源端子

在設計電路時，準確理解引腳功能是確保模塊正常工作的關鍵。

五、電氣特性

1. 關斷特性

漏源擊穿電壓：$V{GS} = 0 V$，$I{D} = 1 mA$ 時，$V_{(BR)DSS}$ 為 1200 V。
漏源擊穿電壓溫度系數(shù)：$I{D} = 1 mA$，參考溫度為 25°C 時，$V{(BR)DSS} / T_{J}$ 為 500 mV/°C。
零柵壓漏極電流：$V{GS} = 0 V$，$V{DS} = 1200 V$，$T{J} = 25°C$ 時，$I{DSS}$ 為 100 μA；$T{J} = 175°C$ 時，$I{DSS}$ 為 1 mA。
柵源泄漏電流：$V{GS} = +25/ - 15 V$，$V{DS} = 0 V$ 時，$I_{GSS}$ 為 ±1 μA。

2. 導通特性

柵極閾值電壓：$V{GS} = V{DS}$，$I{D} = 5 mA$ 時，$V{GS(TH)}$ 為 1.8 - 4.3 V。
推薦柵極電壓：$V_{GOP}$ 為 - 5 至 +20 V。
漏源導通電阻：$V{GS} = 20 V$，$I{D} = 20 A$，$T{J} = 25°C$ 時，$R{DS(on)}$ 為 80 - 116 mΩ；$T{J} = 175°C$ 時，$R{DS(on)}$ 最大為 150 mΩ。
正向跨導：$V{DS} = 20 V$，$I{D} = 20 A$ 時，$g_{FS}$ 最大為 11 S。

3. 電荷、電容和柵極電阻

輸入電容：$V{GS} = 0 V$，$f = 1 MHz$，$V{DS} = 800 V$ 時，$C_{ISS}$ 為 1154 pF。
輸出電容：$C_{OSS}$ 為 79 pF。
反向傳輸電容：$C_{RSS}$ 為 7.9 pF。
總柵極電荷：$V{GS} = - 5/20 V$，$V{DS} = 600 V$，$I{D} = 20 A$ 時，$Q{G(TOT)}$ 為 56 nC。
閾值柵極電荷：$Q_{G(TH)}$ 為 10 nC。
柵源電荷：$Q_{GS}$ 為 18 nC。
柵漏電荷：$Q_{GD}$ 為 11 nC。
柵極電阻：$V{GS} = 0 V$，$f = 1 MHz$ 時，$R{G}$ 為 1.2 Ω。

4. 感性開關特性

開通延遲時間：$V{Gs}=-5/20V$，$V{ps}=800V$，$I{D} = 20 A$，$R{G} = 4.7$ Ω，感性負載時，$t_{d(ON)}$ 為 12 ns。
上升時間：$t_{r}$ 為 12 ns。
關斷延遲時間：$t_{d(OFF)}$ 為 21 ns。
下降時間：$t_{f}$ 為 9 ns。
開通開關損耗：$E_{ON}$ 為 135 mJ。
關斷開關損耗：$E_{OFF}$ 為 46 mJ。
總開關損耗：$E_{tot}$ 為 181 mJ。

5. 漏源二極管特性

連續(xù)漏源二極管正向電流：$V{Gs}=-5V$，$T{J} = 25°C$ 時，$I_{SD}$ 為 31 A。
脈沖漏源二極管正向電流：$V{Gs}=-5V$，$T{J} = 25°C$ 時，$I_{SDM}$ 為 153 A。
正向二極管電壓：$V{Gs}=-5V$，$I{SD}= 10 A$，$T{J}=25°C$ 時，$V{SD}$ 為 3.9 V。
反向恢復時間：$V{Gs}=-5V$，$dI{g}/dt = 1000A/μs$，$I{SD}=20A$ 時，$t{RR}$ 為 16.2 ns。
峰值反向恢復電流：$I_{RRM}$ 為 7.6 A。
反向恢復能量：$E_{REC}$ 為 4.1 mJ。
反向恢復電荷：$Q_{RR}$ 為 61.6 nC。

六、典型特性

文檔中還給出了該模塊的一系列典型特性曲線，包括導通區(qū)域特性、歸一化導通電阻與漏極電流和柵極電壓的關系、導通電阻隨溫度的變化、導通電阻與柵源電壓的關系、傳輸特性、二極管正向電壓與電流的關系、柵源電壓與總電荷的關系、電容與漏源電壓的關系、非鉗位感性開關能力、最大連續(xù)漏極電流與殼溫的關系、安全工作區(qū)以及單脈沖最大功率耗散等。這些曲線能幫助工程師更好地理解模塊在不同條件下的性能表現(xiàn)，從而進行更優(yōu)化的電路設計。