FND42060F2 Motion SPM 45系列模块：高性能逆变器输出级解决方案

在电子工程师的日常工作中，寻找高性能、可靠的逆变器输出级解决方案是一项关键任务。今天，我们就来深入了解一下FND42060F2 Motion SPM 45系列模块，看看它能为我们带来哪些惊喜。

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一、概述

FND42060F2是一款先进的Motion SPM® 45模块，专为交流感应、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。该模块集成了内置绝缘栅双极晶体管（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、热监测和故障报告等。内置的高速高压集成电路（HVIC）仅需单电源电压，就能将输入的逻辑电平栅极输入转换为驱动模块坚固的短路额定IGBT所需的高压、大电流驱动信号。此外，每个相位都有独立的负IGBT端子，以支持各种控制算法。

二、产品特性

2.1 认证与基本参数

该模块获得了UL认证（编号E209204，符合UL1557标准），具备600V - 20A的三相IGBT逆变器，集成了栅极驱动器和保护功能。

2.2 散热与性能

采用陶瓷基板，具有低热阻特性，有助于提高散热效率。内置的IGBT具有低损耗、短路额定的特点，能保证在复杂工况下稳定工作。

2.3 设计便利性

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。同时，内置的负温度系数（NTC）热敏电阻可用于温度监测。每个低侧IGBT都有独立的开放发射极引脚，方便进行三相电流传感。此外，它采用单接地电源，优化了5kHz的开关频率，隔离额定值为4000Vrms/min，还移除了虚设引脚。

三、应用领域

FND42060F2主要应用于运动控制领域，包括家用电器和工业电机。比如在洗衣机、空调等家用电器中，它可以精确控制电机的转速和扭矩，提高设备的性能和效率；在工业电机中，能满足不同负载和工况的要求，确保电机稳定运行。

四、相关资源

为了帮助工程师更好地使用该模块，厂家提供了一系列相关资源，如AN - 9070《Motion SPM® 45系列用户指南》、AN - 9071《Motion SPM® 45系列热性能信息》、AN - 9072《Motion SPM® 45系列安装指南》，以及RD - 344（三路分流解决方案参考设计）和RD - 345（单路分流解决方案参考设计）。

五、引脚配置与描述

5.1 引脚配置

该模块共有26个引脚，从引脚1到引脚26，每个引脚都有特定的功能。例如，引脚1（VTH）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。

5.2 引脚描述

引脚编号	引脚名称	引脚描述
1	VTH	热敏电阻偏置电压
2	RTH	用于热敏电阻（温度检测）的串联电阻
3	P	正直流母线输入
4	U	U相输出
5	V	V相输出
6	W	W相输出
7	NU	U相负直流母线输入
8	NV	V相负直流母线输入
9	NW	W相负直流母线输入
10	CSC	短路电流检测输入的电容（低通滤波器）
11	VFO	故障输出
12	IN (WL)	低侧W相信号输入
13	IN (VL)	低侧V相信号输入
14	IN (UL)	低侧U相信号输入
15	COM	公共电源地
16	VCC(L)	用于IC和IGBT驱动的低侧公共偏置电压
17	VCC(H)	用于IC和IGBT驱动的高侧公共偏置电压
18	IN (WH)	高侧W相信号输入
19	IN (VH)	高侧V相信号输入
20	IN (UH)	高侧U相信号输入
21	VS(W)	用于W相IGBT驱动的高侧偏置电压地
22	VB(W)	用于W相IGBT驱动的高侧偏置电压
23	VS(V)	用于V相IGBT驱动的高侧偏置电压地
24	VB(V)	用于V相IGBT驱动的高侧偏置电压
25	VS(U)	用于U相IGBT驱动的高侧偏置电压地
26	VB(U)	用于U相IGBT驱动的高侧偏置电压

六、电气特性

6.1 绝对最大额定值

在不同的工作条件下，模块有相应的绝对最大额定值。例如，逆变器部分的电源电压（V PN）在P - NU、NV、NW之间施加时，最大值为450V，浪涌电压（V PN(Surge)）为500V；控制部分的控制电源电压（V CC）在V CC(H)、V CC(L) - COM之间施加时，最大值为20V等。

6.2 热阻

逆变器IGBT部分（每1/6模块）的结到壳热阻（R th(j - c)Q）最大为2.5°C/W，逆变器续流二极管部分（每1/6模块）的结到壳热阻（R th(j - c)F）最大为3.6°C/W。

6.3 电气特性参数

在不同的测试条件下，模块的电气特性参数也有所不同。例如，集电极 - 发射极饱和电压在VIN = 5V时，最大值为2.35V；续流二极管正向电压在IF = 20A、TJ = 25°C时，典型值为1.95V等。

七、推荐工作条件

7.1 电压与电流

电源电压（VPN）在P - NU、NV、NW之间施加时，典型值为300V，最大值为400V；控制电源电压在V CC(H) - COM、V CC(L) - COM之间施加时，典型值为15.0V，最大值为16.5V；高侧偏置电压（VBS）在VB(U) - VS(U)、VB(V) - VS(V)、VB(W) - VS(W)之间施加时，最小值为13.0V。

7.2 其他参数

控制电源变化率（dVcc/dt, dVBS/dt）范围为 - 1V/μs到1V/μs；防止臂短路的消隐时间（tdead）为1.5μs；PWM频率（fPWM）在 - 40°C < TJ < 150°C时，最大值为20kHz等。

八、机械特性与安装注意事项

8.1 机械特性

模块的器件平整度最大为 + 120；安装扭矩方面，使用M3安装螺钉时，推荐值为0.7N·m，范围在0.6 - 0.8N·m；重量为11.00g。

8.2 安装注意事项

安装时不要过度拧紧螺丝，否则可能导致陶瓷开裂、螺栓和铝散热器损坏。应避免单侧拧紧应力，按照推荐的扭矩顺序（如图10所示）进行安装，预拧紧扭矩设置为最大扭矩额定值的20 - 30%。

九、保护功能时间图表

9.1 欠压保护

包括低侧和高侧的欠压保护。当控制电源电压上升到相应的复位电压（UVCCR或UV BSR）后，电路在下次输入时开始工作；当检测到欠压时，IGBT会关断，故障输出开始工作；当电压恢复到复位电压时，电路恢复正常工作。

9.2 短路保护

仅在低侧工作。当检测到短路电流时，会进行硬IGBT栅极中断，使IGBT关断；在故障输出激活期间，即使输入为高电平，IGBT也不会导通。

十、输入/输出接口电路

10.1 接口特点

输入/输出接口电路需要注意一些细节。每个输入的RC耦合可能会根据应用中的PWM控制方案和印刷电路板的布线阻抗而变化。Motion SPM® 45产品的输入信号部分集成了一个典型值为5k的下拉电阻，因此在使用外部滤波电阻时，要注意输入端子的信号电压降。

10.2 推荐电路

推荐的MCU I/O接口电路和典型应用电路都有一些设计要点。例如，为避免故障，每个输入的布线应尽可能短（小于2 - 3cm）；VFO输出为开漏类型，信号线路应通过一个电阻上拉到MCU或控制电源的正极，使IF0最大为1mA；输入信号为高电平有效类型，IC内部有5k电阻将每个输入信号线下拉到地，建议使用RC耦合电路防止输入信号振荡等。

FND42060F2 Motion SPM 45系列模块为电子工程师提供了一个高性能、可靠的逆变器输出级解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和工作条件，合理选择和使用该模块，同时注意安装和电路设计的细节，以充分发挥其性能优势。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。