深入剖析FNB40560/FNB40560B2 Motion SPM® 45系列模块

在电子工程师的日常工作中，选择合适的功率模块对于实现高效、可靠的电路设计至关重要。今天，我们就来深入了解一下FNB40560/FNB40560B2 Motion SPM® 45系列模块，看看它有哪些独特的特性和优势。

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一、模块概述

FNB40560/FNB40560B2是一款Motion SPM® 45模块，专为交流感应、无刷直流电机和PMSM电机提供高性能逆变输出级。它综合优化了内置IGBT的栅极驱动，能有效最小化电磁干扰和能量损耗。同时，该模块还具备多重模组保护特性，包括欠压闭锁、过流保护、热量监测和故障报告等功能。内置的高速HVIC芯片仅需单电源电压，就能将逻辑电平栅极输入信号转换为高电压、高电流驱动信号，从而有效驱动模块的内部IGBT。此外，独立的IGBT负端在每个相位均有效，可支持大量不同种类的控制算法。

二、产品特性

（一）认证与基本参数

该模块通过UL第E209204号认证（UL1557），是一款600 V - 5 A三相IGBT逆变模块，包含栅极驱动和保护的控制IC。

（二）散热与损耗

使用陶瓷基板实现低热阻，同时采用低损耗、短路额定的IGBT，能有效降低能量损耗，提高模块的工作效率。

（三）电路布局与监测

内置自举二极管和专用的Vs引脚，简化了印刷电路板布局；内置负温度系数热敏电阻可实现温度监测；低侧IGBT的独立发射极开路引脚用于三相电流感测，采用单接地电源供电。

（四）绝缘等级

绝缘等级为2000 Vrms /分钟，确保了模块在高压环境下的安全可靠运行。

三、应用领域

该模块主要应用于运动控制领域，包括家用设备和工业电机。在这些应用中，模块的高性能和可靠性能够满足电机控制的需求，提高设备的运行效率和稳定性。

四、相关资源

为了帮助工程师更好地使用该模块，提供了一系列相关资源，如AN - 9070 - Motion SPM® 45 Series Users Guide、AN - 9071 - Motion SPM® 45 Series Thermal Performance Information、AN - 9072 - Motion SPM® 45 Series Mounting Guidance、RD - 344 - Reference Design (Three Shunt Solution)和RD - 345 - Reference Design (One Shunt Solution)等。这些资源涵盖了模块的使用指南、热性能信息、安装指导以及参考设计等方面，为工程师的设计工作提供了有力的支持。

五、封装与定购信息

器件	器件封装	封装	包装类型	数量
FNB40560	FNB40560	SPMAA - A26	Rail	12
FNB40560B2	FNB40560B2	SPMAA - C26	Rail	12

六、集成功能

（一）功率功能

该模块是600 V - 5 A IGBT逆变模块，适用于三相DC / AC功率转换。

（二）驱动、保护和系统控制功能

1. 逆变高侧IGBT：具备栅极驱动电路、高压隔离的高速电平转换控制电路和欠压锁定保护（UVLO）。
2. 逆变低侧IGBT：包含栅极驱动电路、短路保护（SCP）、控制电源电路欠压锁定保护（UVLO）。
3. 故障信号：对应UVLO（低侧电源）和短路故障。
4. 输入接口：高电平有效接口，适用于3.3 / 5 V逻辑、施密特触发脉冲输入。

七、引脚布局与描述

该模块共有26个引脚，每个引脚都有其特定的功能，具体如下：	引脚号	引脚名	引脚描述
1	V TH	热敏电阻偏压
2	R TH	用于热敏电阻（温度检测）的串连电阻
3	P	直流输入正端
4	U	U相输出
5	V	V相输出
6	W	W相输出
7	N U	U相的直流输入负端
8	N V	V相的直流输入负端
9	N W	W相的直流输入负端
10	C SC	短路电流感测输入电容（低通滤波器）
11	V FO	故障输出
12	IN (WL)	低端W相的信号输入
13	IN (VL)	低端V相的信号输入
14	IN (UL)	低端U相的信号输入
15	COM	公共电源接地
16	V CC(L)	IC和IGBT驱动的低端公共偏压
17	V CC(H)	IC和IGBT驱动的高端公共偏压
18	IN (WH)	高端W相的信号输入
19	IN (VH)	高端V相的信号输入
20	IN (UH)	高端U相的信号输入
21	V S(W)	W相IGBT驱动的高端偏压接地
22	V B(W)	W相IGBT驱动的高端偏压
23	V S(V)	V相IGBT驱动的高端偏压接地
24	V B(V)	V相IGBT驱动的高端偏压
25	V S(U)	U相IGBT驱动的高端偏压接地
26	V B(U)	U相IGBT驱动的高端偏压

八、内部等效电路与输入/输出引脚

模块的内部框图显示，逆变器高端由三个IGBT组成，每个IGBT包括续流二极管和一个控制IC；逆变器低端同样由三个IGBT组成，每个IGBT也包括续流二极管和一个控制IC，且具有栅极驱动和保护功能；逆变器的功率端由逆变器的四个直流母线输入端和三个输出端组成。

九、绝对最大额定值

（一）逆变器部分

在逆变器部分，电源电压施加在P - NU、NV、NW之间，额定值为450 V，浪涌电压额定值为500 V；集电极 - 发射极之间电压为600 V；不同温度下的输出相电流和峰值相电流也有相应的额定值；集电极功耗在TC = 25°C时，单个芯片为29 W；工作结温范围为 - 40 ~ 150 °C。

（二）控制部分

控制电源电压施加在VCC(H)、VCC(L) - COM之间，额定值为20 V；高端控制偏压施加在VB(U) - VS(U)、VB(V) - VS(V)、VB(W) - VS(W)，额定值为20 V；输入信号电压、故障输出电源电压和电流感测输入电压都有相应的范围；故障输出电流在VFO引脚处的灌电流为1 mA。

（三）自举二极管部分

自举二极管部分，最大重复反向电压为600 V，正向电流和正向电流（峰值）在不同条件下有相应的额定值，工作结温范围为 - 40 ~ 150 °C。

（四）整个系统

整个系统的自我保护电源电压限制（短路保护能力）为400 V，存储温度范围为 - 40 ~ 125 °C，隔离电压为2000 Vrms。

十、电气特性

（一）逆变器部分

在逆变器部分，集电极 - 发射极间饱和电压、FWD正向电压、开关时间等参数都有相应的典型值和范围。开关时间包括模块内部驱动IC的传输延迟时间以及IGBT本身的开关时间。

（二）控制部分

控制部分的参数包括静态电源电流、工作电源电流、故障输出电压、短路触发电平、欠压保护检测电平和复位电平、故障输出脉宽、导通和关断阈值电压以及热敏电阻阻值等。

（三）自举二极管部分

自举二极管部分的正向电压和反向恢复时间有相应的典型值。

十一、推荐工作条件

推荐的工作条件包括电源电压、控制电源电压、高端偏压、控制电源波动、死区时间、PWM输入信号、电流感测的电压、最小输入脉宽等。需要注意的是，此产品可能不会响应低于最低推荐值的输入脉宽。

十二、机械特性和额定值

（一）器件平整度

器件平整度的范围为0 ~ + 120 m。

（二）安装扭矩

安装螺钉为M3时，建议扭矩为0.7 N • m，范围在0.6 ~ 0.8 N • m；另一种建议扭矩为7.1 kg • cm，范围在6.2 ~ 8.1 kg • cm。

（三）重量

模块重量约为11 g。

十三、保护功能时序图

模块具备欠压保护（低端和高端）和短路保护功能，通过时序图可以清晰地看到在不同情况下模块的工作状态和保护机制。例如，在欠压保护中，当电压上升到复位电平后，等到下一个开通信号时，对应的电路才开始动作；在短路保护中，当检测到短路电流时，IGBT会迅速关断。

十四、输入/输出接口电路

推荐的MCU I/O接口电路有一些注意事项，如每个输入端的RC耦合可能会根据应用程序中的PWM控制方案和印刷电路板接线抗阻而改变；Motion SPM® 45产品的输入信号部分集成了典型值为5 kΩ的下拉电阻，使用外部滤波电阻时要注意信号在输入端的压降。

十五、典型应用电路

在典型应用电路中，为了避免故障，每个输入端的连线必须尽可能短（小于2 - 3cm）；由于模块内部集成了具有特殊功能的HVIC芯片，接口电路与MCU终端可直接耦合，无需光耦合器或变压器隔离；VFO输出是漏极开路型，信号线需用电阻上拉至MCU或控制电源正极；推荐CSP15的取值应大于自举电容CBS的7倍左右；输入信号为高电平有效，建议采用RC耦合电路，RS CPS时间常数应在50 ~ 150ns的范围内选择；为防止保护功能出错，RF和CSC周围的连线应尽可能短；短路保护电路中，RF CSC的时间常数应在1.5 ~ 2 ms的范围内选取；控制GND线和功率GND线必须连接在同一点上，且连线距离应尽可能短；每个电容都应尽可能靠近Motion SPM 45产品的引脚安装；为防止浪涌破坏，应缩短滤波电容和P & GND引脚间的连线，推荐在P和GND引脚间使用0.1 ~ 0.22 F的高频无感电容；在各种家用电器设备系统中，MCU和继电器之间应留有足够的距离；在每一对控制电源端应采用齐纳二极管或者瞬态电压抑制器来保护IC不受浪涌破坏；为CBS选择温度特性好的电解电容，为CBSC选择0.1 ~ 0.2 F温度和频率特性好的R - 类陶瓷电容。

通过以上对FNB40560/FNB40560B2 Motion SPM® 45系列模块的详细剖析，相信电子工程师们对该模块有了更深入的了解。在实际设计中，我们可以根据模块的特性和应用要求，合理选择和使用该模块，以实现高效、可靠的电路设计。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。