解析 onsemi SiC 功率 MOSFET 模块 NVXK2PR80WXT2

作为一名电子工程师，在为电动汽车（xEV）应用设计 DC - DC 转换器和车载充电器时，合适的功率 MOSFET 模块至关重要。今天就为大家详细解析 onsemi 的 SiC 功率 MOSFET 模块 NVXK2PR80WXT2。

文件下载：onsemi NVXK2PR80WXT2碳化硅 (SiC) 模块.pdf

一、产品概述

NVXK2PR80WXT2 是一款专为 xEV 应用中的车载充电器（OBC）设计的 DIP 碳化硅全桥功率模块。它具有诸多出色特性：

• 电气性能优越：符合 IEC60664 - 1 和 IEC 60950 - 1 的爬电距离和电气间隙要求，紧凑设计降低了模块总电阻。
• 可追溯性强：具备模块序列化功能，实现全追溯性。
• 环保合规：无铅，符合 ROHS 和 UL94V - 0 标准。
• 汽车级认证：通过 AEC - Q101 和 AQG324 汽车级认证。

其典型应用场景为 xEV 应用中的 DC - DC 和车载充电器。

碳化硅MOSFET全桥模块

二、最大额定值

在 $T_{J}=25^{\circ} C$（除非另有说明）的条件下，该模块的最大额定值如下：	参数	符号	值	单位
漏源电压	$V_{DSS}$	1200	V
栅源电压	$V_{GS}$	+25/ - 15	V
推荐的栅源电压工作值（$T_{J} ≤ 175°C$）	$V_{GSop}$	+20/ - 5	V
连续漏极电流（$T_{C} = 25°C$）	$I_{D}$	31	A
功率耗散	$P_{D}$	208	W
脉冲漏极电流（$T_{C} = 25°C$）	$I_{DM}$	153	A
单脉冲浪涌漏极电流能力（$T{C} = 25°C$，$t{p} = 10 s$，$R_{G} = 4.7$）	$I_{DSC}$	425	A
工作结温	$T_{J}$	- 55 至 175	°C
存储温度	$T_{stg}$	- 40 至 125	°C
源极电流（体二极管）	$I_{S}$	18	A
单脉冲漏源雪崩能量	$E_{AS}$	180	mJ

需要注意的是，超过最大额定值表中列出的应力可能会损坏器件。若超出这些限制，不能保证器件功能正常，可能会造成损坏并影响可靠性。

三、热特性

热特性对于功率模块的性能和可靠性至关重要。该模块的热阻参数如下：	参数	符号	典型值	最大值	单位
结到壳的热阻	$R_{θJC}$	0.56	0.72	°C/W
结到散热器的热阻	$R_{ΨJS}$	0.98	1.14	°C/W

特定条件决定了所示的热阻值。对于 $R{θJC}$，需使用无限大散热器且 $T{C}=100^{\circ} C$；对于 $R_{ΨJS}$，需组装到 3mm 厚的铝散热器上，散热器底面无限冷却且温度为 85°C，通过 38μm 厚、导热系数为 6.5 W/mK 的导热界面材料（TIM）。

四、引脚描述

NVXK2PR80WXT2 模块共有 32 个引脚，各引脚的功能如下：	引脚编号	引脚名称	描述
1, 2, 7, 8, 9, 10, 15, 16, 19, 20, 23, 24, 27, 28	NC	未连接引脚
3	G2	Q2 栅极
4	S2	Q2 源极
5	G1	Q1 栅极
6	S1	Q1 源极
11	S4	Q4 源极
12	G4	Q4 栅极
13	S3	Q3 源极
14	G3	Q3 栅极
17, 18	B -	负电源端子
21, 22	PH1	相位 1 输出
25, 26	PH2	相位 2 输出
29	NTC1	NTC 引脚 1
30	NTC2	NTC 引脚 2
31, 32	B +	正电源端子

在设计电路时，准确理解引脚功能是确保模块正常工作的关键。

五、电气特性

1. 关断特性

• 漏源击穿电压：$V{GS} = 0 V$，$I{D} = 1 mA$ 时，$V_{(BR)DSS}$ 为 1200 V。
• 漏源击穿电压温度系数：$I{D} = 1 mA$，参考温度为 25°C 时，$V{(BR)DSS} / T_{J}$ 为 500 mV/°C。
• 零栅压漏极电流：$V{GS} = 0 V$，$V{DS} = 1200 V$，$T{J} = 25°C$ 时，$I{DSS}$ 为 100 μA；$T{J} = 175°C$ 时，$I{DSS}$ 为 1 mA。
• 栅源泄漏电流：$V{GS} = +25/ - 15 V$，$V{DS} = 0 V$ 时，$I_{GSS}$ 为 ±1 μA。

2. 导通特性

• 栅极阈值电压：$V{GS} = V{DS}$，$I{D} = 5 mA$ 时，$V{GS(TH)}$ 为 1.8 - 4.3 V。
• 推荐栅极电压：$V_{GOP}$ 为 - 5 至 +20 V。
• 漏源导通电阻：$V{GS} = 20 V$，$I{D} = 20 A$，$T{J} = 25°C$ 时，$R{DS(on)}$ 为 80 - 116 mΩ；$T{J} = 175°C$ 时，$R{DS(on)}$ 最大为 150 mΩ。
• 正向跨导：$V{DS} = 20 V$，$I{D} = 20 A$ 时，$g_{FS}$ 最大为 11 S。

3. 电荷、电容和栅极电阻

• 输入电容：$V{GS} = 0 V$，$f = 1 MHz$，$V{DS} = 800 V$ 时，$C_{ISS}$ 为 1154 pF。
• 输出电容：$C_{OSS}$ 为 79 pF。
• 反向传输电容：$C_{RSS}$ 为 7.9 pF。
• 总栅极电荷：$V{GS} = - 5/20 V$，$V{DS} = 600 V$，$I{D} = 20 A$ 时，$Q{G(TOT)}$ 为 56 nC。
• 阈值栅极电荷：$Q_{G(TH)}$ 为 10 nC。
• 栅源电荷：$Q_{GS}$ 为 18 nC。
• 栅漏电荷：$Q_{GD}$ 为 11 nC。
• 栅极电阻：$V{GS} = 0 V$，$f = 1 MHz$ 时，$R{G}$ 为 1.2 Ω。

4. 感性开关特性

• 开通延迟时间：$V{Gs}=-5/20V$，$V{ps}=800V$，$I{D} = 20 A$，$R{G} = 4.7$ Ω，感性负载时，$t_{d(ON)}$ 为 12 ns。
• 上升时间：$t_{r}$ 为 12 ns。
• 关断延迟时间：$t_{d(OFF)}$ 为 21 ns。
• 下降时间：$t_{f}$ 为 9 ns。
• 开通开关损耗：$E_{ON}$ 为 135 mJ。
• 关断开关损耗：$E_{OFF}$ 为 46 mJ。
• 总开关损耗：$E_{tot}$ 为 181 mJ。

5. 漏源二极管特性

• 连续漏源二极管正向电流：$V{Gs}=-5V$，$T{J} = 25°C$ 时，$I_{SD}$ 为 31 A。
• 脉冲漏源二极管正向电流：$V{Gs}=-5V$，$T{J} = 25°C$ 时，$I_{SDM}$ 为 153 A。
• 正向二极管电压：$V{Gs}=-5V$，$I{SD}= 10 A$，$T{J}=25°C$ 时，$V{SD}$ 为 3.9 V。
• 反向恢复时间：$V{Gs}=-5V$，$dI{g}/dt = 1000A/μs$，$I{SD}=20A$ 时，$t{RR}$ 为 16.2 ns。
• 峰值反向恢复电流：$I_{RRM}$ 为 7.6 A。
• 反向恢复能量：$E_{REC}$ 为 4.1 mJ。
• 反向恢复电荷：$Q_{RR}$ 为 61.6 nC。

六、典型特性

文档中还给出了该模块的一系列典型特性曲线，包括导通区域特性、归一化导通电阻与漏极电流和栅极电压的关系、导通电阻随温度的变化、导通电阻与栅源电压的关系、传输特性、二极管正向电压与电流的关系、栅源电压与总电荷的关系、电容与漏源电压的关系、非钳位感性开关能力、最大连续漏极电流与壳温的关系、安全工作区以及单脉冲最大功率耗散等。这些曲线能帮助工程师更好地理解模块在不同条件下的性能表现，从而进行更优化的电路设计。

七、机械尺寸和订购信息

该模块采用 APM32 封装，尺寸为 44.00x28.80x5.70 mm。订购信息如下：	器件型号	封装	包装
NVXK2PR80WXT2	APM32	10 个/管

在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，综合考虑上述各项参数和特性，合理选择和使用 NVXK2PR80WXT2 模块。大家在使用这款模块的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。