探索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设计出高效、可靠的电路至关重要。今天，我们来深入了解一下ON Semiconductor（现onsemi）推出的FNB40560/FNB40560B2 Motion SPM® 45系列模块，看看它有哪些特性和优势。

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产品概述

FNB40560/FNB40560B2是一款Motion SPM 45模块，为交流感应、无刷直流（BLDC）和永磁同步（PMSM）电机提供了功能齐全、高性能的逆变器输出级。该模块集成了内置IGBT的优化栅极驱动，可最大程度减少电磁干扰（EMI）和损耗，同时还具备多种模块级保护功能，如欠压锁定、过流关断、温度监控和故障报告等。

产品特性

安全认证

该模块获得了UL认证（编号E209204，UL1557），这意味着它在安全性能方面达到了一定的标准，让工程师在使用时更加放心。

高性能IGBT

具备600 V - 5 A的三相IGBT逆变器，集成了栅极驱动器和保护功能。采用陶瓷基板，具有低热阻特性，能够有效散热，保证模块的稳定性。内置的低损耗、短路额定IGBTs，可提高功率转换效率，同时增强模块的可靠性。

简化设计

内置自举二极管和专用的Vs引脚，简化了印刷电路板（PCB）的布局。内置的NTC热敏电阻可用于温度监控，方便工程师实时掌握模块的温度状态。从低侧IGBT分离出的开放式发射极引脚，可用于三相电流传感，为电机控制提供更多的数据支持。

电气特性

采用单接地电源，隔离额定值为2000 Vrms / min，确保了模块在电气上的安全性和稳定性。

应用领域

该模块主要应用于运动控制领域，包括家用电器和工业电机。在家庭电器中，如洗衣机、空调等，它可以提供高效的电机驱动；在工业电机控制中，能够满足复杂的控制需求，提高电机的运行效率。

技术参数

绝对最大额定值

• 逆变器部分：在不同条件下，对电源电压、集电极 - 发射极电压、输出相电流、集电极耗散等参数都有明确的额定值。例如，在 (T{J}=25^{circ} C) 时，供应电压 (V{PN}) 额定值为450 V，浪涌供应电压 (V_{PN(Surge)}) 为500 V。
• 控制部分：控制电源电压 (V{CC}) 、高侧控制偏置电压 (V{BS}) 等都有相应的额定范围。
• 自举二极管部分：最大重复反向电压 (V{RRM}) 为600 V，正向电流 (I{F}) 在 (T{C}=25^{circ} C) 、 (T{J}<150^{circ} C) 时为0.50 A。

电气特性

• 逆变器部分：包括集电极 - 发射极饱和电压 (V{CE(SAT)}) 、开关时间等参数。例如，在 (V{CC}=V{BS}=15 V) 、 (V{IN}=5 V) 、 (I{C}=2.5 A) 、 (T{J}=25^{circ} C) 条件下， (V_{CE(SAT)}) 的典型值为1.4 V。
• 控制部分：涉及静态 (V_{CC}) 电源电流、故障输出电压、短路电流跳闸电平、欠压保护检测和复位电平、故障输出脉冲宽度等参数。

热阻

逆变器IGBT部分（每1/6模块）的结到外壳热阻 (R{th(j - c)Q}) 最大为4.2 °C / W，逆变器续流二极管部分（每1/6模块）的结到外壳热阻 (R{th(j - c)F}) 最大为5.9 °C / W。

引脚配置与说明

该模块共有26个引脚，每个引脚都有特定的功能。例如，引脚1（ (V_{TH}) ）为热敏电阻偏置电压，引脚3（ (P) ）为正直流母线输入，引脚4 - 6分别为U、V、W相输出等。工程师在设计电路时，需要根据引脚功能进行合理的连接和布局。

推荐操作条件

为了确保模块的正常运行，需要满足一定的操作条件。例如，供应电压 (V{PN}) 推荐范围为300 - 400 V，控制电源电压 (V{CC}) 为13.5 - 16.5 V，高侧偏置电压 (V_{BS}) 为13.0 - 18.5 V等。同时，还对控制电源变化率、消隐时间、PWM输入信号频率等参数有要求。

保护功能

欠压保护

分为低侧和高侧欠压保护。当控制电源电压低于检测电平（ (UV{CCD}) 或 (UV{BSD}) ）时，IGBT会关断；当电压恢复到复位电平（ (UV{CCR}) 或 (UV{BSR}) ）时，电路恢复正常运行。

短路保护

仅在低侧运行。当检测到短路电流时，会触发硬IGBT栅极中断，使IGBT关断，同时输出故障信号。

应用电路设计注意事项

在设计应用电路时，需要注意以下几点：

• 每个输入的布线应尽可能短（小于2 - 3 cm），以避免故障。
• 由于模块内部集成了特定类型的HVIC，可直接与MCU端子耦合，无需光耦或变压器隔离。
• (V_{FO}) 输出为开漏类型，需要通过电阻上拉到MCU或控制电源的正极。
• 推荐 (CSF15) 约为自举电容 (C_{BS}) 的七倍。
• 输入信号为高电平有效类型，IC内部有5 kΩ下拉电阻，建议采用RC耦合电路防止输入信号振荡。
• 为防止保护功能出错， (R{F}) 和 (C{SC}) 周围的布线应尽可能短。
• 控制地和电源地应仅在一点连接。
• 每个电容应尽可能靠近模块引脚安装。
• 为防止浪涌破坏，平滑电容与P和GND引脚之间的布线应尽可能短，建议在P和GND引脚之间使用0.1 - 0.22 μF的高频无感电容。
• 在使用继电器的系统中，MCU和继电器之间应保持足够的距离。
• 应采用齐纳二极管或瞬态电压抑制器保护IC免受浪涌破坏。
• 选择具有良好温度特性的电解电容作为 (C{BS}) ，选择0.1 - 0.2 μF的R类陶瓷电容作为 (G{asc}) 。

总结

FNB40560/FNB40560B2 Motion SPM® 45系列模块具有多种优秀特性和丰富的保护功能，适用于运动控制领域的多种电机驱动应用。工程师在使用该模块时，需要根据其技术参数和应用电路设计注意事项进行合理的设计，以确保电路的高效、稳定运行。你在实际应用中是否使用过类似的模块？遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享你的经验和见解。