FNA27560 600V Motion SPM® 2 系列模块：高性能逆变器的理想选择

一、引言

在工业电机控制等领域，高性能的逆变器模块至关重要。FNA27560 600V Motion SPM® 2 系列模块作为一款优秀的产品，为交流感应、无刷直流（BLDC）和永磁同步（PMSM）电机提供了全功能、高性能的逆变器输出级。下面我们就来详细了解一下这款模块。

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二、关键信息概述

（一）品牌与更名说明

Fairchild Semiconductor 已被 ON Semiconductor 整合，部分 Fairchild 可订购的部件编号需更改以符合 ON Semiconductor 的系统要求，原 Fairchild 部件编号中的下划线（_）将改为破折号（-）。相关最新订购信息可在 www.onsemi.com 查询。

（二）产品特性

1. 认证方面：获得 UL 认证（编号 E209204，UL1557）。
2. 电路性能：具备 600V - 75A 三相 IGBT 逆变器，包含用于栅极驱动和保护的控制 IC；采用低损耗、短路额定的 IGBT；使用 (Al{2} O{3}) DBC 基板，热阻极低。
3. 设计优势：内置自举二极管和专用 Vs 引脚，简化 PCB 布局；低侧 IGBT 有独立的开集电极引脚，用于三相电流检测；支持单接地电源；内置 NTC 热敏电阻，用于温度监测和管理；可通过集成的 Sense - IGBT 实现可调过流保护；隔离额定值为 2500Vrms / 1min。

（三）应用领域

主要应用于工业电机（AC 200V 类）的运动控制。

（四）相关资源

提供了如 AN - 9121（600V SPM® 2 系列用户指南）、AN - 9076（新型 SPM® 2 封装安装指南）、AN - 9079（运动 SPM® 2 系列通过安装扭矩的热性能）等相关资料。

三、产品详细解析

（一）集成功能

1. 功率转换功能：实现 600V - 75A IGBT 逆变器的三相直流 / 交流功率转换。
2. 驱动、保护和系统控制功能
   • 高侧 IGBT：包含栅极驱动电路、高压隔离高速电平转换控制电路、欠压锁定保护（UVLO），有可用的自举电路示例。
   • 低侧 IGBT：具备栅极驱动电路、短路保护（SCP）控制电路、欠压锁定保护（UVLO），能进行故障信号传输，输入接口为高电平有效，可与 3.3 / 5V 逻辑配合，采用施密特触发器输入。

（二）引脚配置与说明

该模块有 34 个引脚，每个引脚都有特定的功能，例如：

• 电源相关引脚：P 为正直流母线输入；NW、NV、NU 分别为 W、V、U 相的负直流母线输入。
• 输出引脚：W、V、U 分别为 W、V、U 相的输出。
• 控制与监测引脚：如 RTH 用于热敏电阻的串联电阻（温度检测）；VFO 为故障输出等。

（三）内部等效电路

逆变器高侧由三个普通 IGBT、续流二极管和每个 IGBT 对应的一个控制 IC 组成；低侧由三个 Sense - IGBT、续流二极管和每个 IGBT 对应的一个控制 IC 组成，具备栅极驱动和保护功能；功率侧由四个逆变器直流母线输入端子和三个逆变器输出端子组成。

（四）电气特性

1. 逆变器部分
   • 饱和电压与正向电压：在特定条件下，集电极 - 发射极饱和电压 (V{CE(SAT)}) 典型值为 1.30V，续流二极管正向电压 (V{F}) 典型值为 1.25V。
   • 开关时间：不同条件下，开通时间 (t{ON})、关断时间 (t{OFF}) 等都有相应的典型值，且 (t{ON}) 和 (t{OFF}) 包含内部驱动 IC 的传播延迟。
   • 漏电流：集电极 - 发射极漏电流 (I_{CES}) 最大为 5mA。
2. 自举二极管部分：正向电压 (V{F}) 典型值为 2.2V，反向恢复时间 (t{rr}) 典型值为 80ns。
3. 控制部分：包括静态和工作状态下的电源电流、故障输出电压、感应电流等参数，例如静态 (V{CC}) 电源电流 (I{QCCH}) 最大为 0.15mA，故障输出电压 (V_{FOH}) 典型值为 4.5V 等。

（五）推荐工作条件

1. 电源电压：(V{PN}) 推荐范围为 300 - 400V；(V{CC}) 为 14.5 - 16.5V；(V_{BS}) 为 13.5 - 18.5V。
2. 其他参数：控制电源变化率 (dV{CC} / dt) 和 (dV{BS} / dt) 范围为 - 1 - 1V / μs；消隐时间 (t{dead}) 为 2.0μs；PWM 输入信号频率 (f{PWM}) 最大为 20kHz 等。

（六）机械特性与额定值

1. 平整度：器件平整度有一定要求，具体可参考相关测量位置图。
2. 安装扭矩：安装螺丝为 M4 时，推荐扭矩为 1.0N • m 或 10.1kg • cm，需注意避免过扭矩和单边拧紧应力。
3. 端子强度：端子拉力强度在负载 19.6N 时持续 10s；端子弯曲强度在负载 9.8N、90 度弯曲时为 2 次。
4. 重量：约 50g。

（七）保护功能时间图表

1. 欠压保护：分为低侧和高侧，在低侧欠压检测时，IGBT 会关断，故障输出按外部电容 (C_{FOD}) 条件以固定脉冲宽度工作；高侧欠压检测时，IGBT 关断但无故障输出信号。
2. 短路电流保护：仅在低侧工作，检测到短路电流时，所有低侧 IGBT 栅极硬中断，故障输出按 (C_{FOD}) 条件工作，IGBT 在故障输出活动期间不导通。

（八）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 RC 耦合可能因应用中的 PWM 控制方案和印刷电路板布线阻抗而变化；输入信号为高电平有效，IC 内部有 5kΩ 下拉电阻，需注意外部滤波电阻引起的信号电压降；各输入布线应尽量短等。

四、总结

FNA27560 600V Motion SPM® 2 系列模块凭借其丰富的功能、优秀的电气特性和完善的保护机制，在工业电机运动控制领域具有很大的优势。电子工程师在设计相关电路时，可根据其详细的参数和特性进行合理选择和应用。不过，在实际使用中，由于“典型”参数在不同应用中可能会有所变化，所以所有工作参数都需要由客户的技术专家针对每个客户应用进行验证。大家在使用过程中是否遇到过类似模块的实际应用问题呢？欢迎在评论区分享交流。