FSB50760SF/SFT Motion SPM® 5 SuperFET® 系列模块的特性与应用

引言

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、稳定的电路设计至关重要。今天我们要介绍的 FSB50760SF 和 FSB50760SFT 这两款 Motion SPM® 5 SuperFET® 系列模块，它们是 Fairchild Semiconductor 推出的先进产品，在电机驱动等领域有着广泛的应用前景。接下来，我们将详细探讨它们的特性、参数以及应用场景。

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模块概述

FSB50760SF/SFT 是高级的 Motion SPM® 5 模块，为交流感应、无刷直流（BLDC）和永磁同步电机（PMSM），如冰箱、风扇和泵等设备，提供了功能齐全、高性能的逆变器输出级。这些模块集成了优化的内置 MOSFET（SuperFET® 技术）栅极驱动，能最大程度减少电磁干扰（EMI）和损耗，同时具备多种模块级保护功能，包括欠压锁定和热监测。

模块特性

认证与安全

• UL 认证：该模块获得了 UL 认证（编号 E209204，UL1557），这意味着它符合相关的安全标准，为产品的可靠性提供了保障。
• 隔离等级：具有 1500 Vrms / 1 min 的隔离等级，能有效防止电气干扰和故障传播，确保系统的安全性。
• RoHS 合规：符合 RoHS 标准，表明该模块在环保方面达到了要求，减少了对环境的影响。

电气性能

• 高耐压 MOSFET：采用 600 V RDS(on) = 530 mΩ（Max）的 SuperFET MOSFET，具备 3 相栅极驱动器和保护功能，能承受较高的电压和电流，适用于多种功率应用。
• 低电磁干扰：通过优化设计，该模块在工作时能有效降低电磁干扰，减少对周围电子设备的影响。
• 温度监测：内置 HVIC 温度传感功能，可实时监测模块温度，确保在安全的温度范围内工作。

设计便利性

• 内置自举二极管：简化了 PCB 布局，减少了外部元件的使用，降低了设计复杂度和成本。
• 独立开源引脚：为三相电流传感提供了独立的开源引脚，方便工程师进行电流监测和控制。
• 逻辑兼容性：采用有源高电平接口，可与 3.3 / 5 V 逻辑兼容，并且具有施密特触发输入，增强了信号的抗干扰能力。

技术参数

绝对最大额定值

部分	参数	条件	额定值	单位
逆变器部分（每个 MOSFET）	漏源电压 (V_{DSS})	-	600	V
	连续漏极电流 (I{D})（(T{C}=25^{circ}C)）	-	3.6	A
	连续漏极电流 (I{D})（(T{C}=80^{circ}C)）	-	2.7	A
	峰值漏极电流 (I{DP})（(T{C}=25^{circ}C)，(PW < 100 mu s)）	-	9.4	A
	均方根漏极电流 (I{DRMS})（(T{C}=80^{circ}C)，(F_{PWM} < 20 kHz)）	-	1.9	Arms
	最大功耗 (P{D})（(T{C}=25^{circ}C)）	-	14.5	W
控制部分（每个 HVIC）	控制电源电压 (V_{CC})	施加于 (V_{CC}) 和 COM 之间	20	V
	高端偏置电压 (V_{BS})	施加于 VB 和 VS 之间	20	V
	输入信号电压 (V_{IN})	施加于 IN 和 COM 之间	-0.3 ~ (V_{CC} + 0.3)	V
自举二极管部分（每个自举二极管）	最大重复反向电压 (V_{RRMB})	-	600	V
	正向电流 (I{FB})（(T{C}=25^{circ}C)）	-	0.5	A
	正向峰值电流 (I{FPB})（(T{C}=25^{circ}C)，脉冲宽度 < 1ms）	-	1.5	A
热阻	结到外壳热阻 (R_{theta JC})	逆变器工作条件下（每个 MOSFET）	8.6	°C/W
总系统	工作结温 (T_{J})	-	-40 ~ 150	°C
	储存温度 (T_{STG})	-	-40 ~ 125	°C
	隔离电压 (V_{ISO})	60 Hz，正弦波，1 分钟，引脚连接到散热板	1500	Vrms

电气特性（(T{J}=25^{circ}C)，(V{CC}=V_{BS}=15 V)）

部分	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
逆变器部分（每个 MOSFET）	漏源击穿电压 (BV_{DSS})	(V{IN}=0 V)，(I{D}=1 mA)	600	-	-	V
	零栅压漏极电流 (I_{DSS})	(V{IN}=0 V)，(V{DS}=600 V)	-	-	1	mA
	静态漏源导通电阻 (R_{DS(on)})	(V{CC}=V{BS}=15 V)，(V{IN}=5 V)，(I{D}=2 A)	-	460	530	mΩ
	漏源二极管正向电压 (V_{SD})	(V{CC}=V{BS}=15 V)，(V{IN}=0 V)，(I{D}=-2 A)	-	-	1.1	V
	开关时间 (t_{ON})	(V{PN}=300 V)，(V{CC}=V{BS}=15 V)，(I{D}=2 A)，(V_{IN}=0 V leftrightarrow 5 V)，感性负载 (L = 3 mH)	-	1200	-	ns
	开关时间 (t_{OFF})	同上	-	970	-	ns
	反向恢复时间 (t_{rr})	同上	-	160	-	ns
	开通能量 (E_{ON})	同上	-	120	-	μJ
	关断能量 (E_{OFF})	同上	-	10	-	μJ
	反向偏置安全工作区 (RBSOA)	(V{PN}=400 V)，(V{CC}=V{BS}=15 V)，(I{D}=I{DP})，(V{DS}=BV{DSS})，(T{J}=150^{circ}C)	-	全方形	-	-
控制部分（每个 HVIC）	静态 (V{CC}) 电流 (I{QCC})	(V{CC}=15 V)，(V{IN}=0 V)，施加于 (V_{CC}) 和 COM 之间	-	-	200	μA
	静态 (V{BS}) 电流 (I{QBS})	(V{BS}=15 V)，(V{IN}=0 V)，施加于 (V{B(U)} - U)，(V{B(V)} - V)，(V_{B(W)} - W) 之间	-	-	100	μA
	低端欠压保护 (UV_{CCD})	(V_{CC}) 欠压保护检测电平	7.4	8.0	9.4	V
	(V{CC}) 欠压保护复位电平 (UV{CCR})	-	8.0	8.9	9.8	V
	高端欠压保护 (UV_{BSD})	(V_{BS}) 欠压保护检测电平	7.4	8.0	9.4	V
	(V{BS}) 欠压保护复位电平 (UV{BSR})	-	8.0	8.9	9.8	V
	HVIC 温度传感电压输出 (V_{TS})	(V{CC}=15 V)，(T{HVIC}=25^{circ}C)	600	790	980	mV
	导通阈值电压 (V_{IH})	逻辑高电平，施加于 IN 和 COM 之间	-	-	2.9	V
	关断阈值电压 (V_{IL})	逻辑低电平	0.8	-	-	V
自举二极管部分（每个自举二极管）	正向电压 (V_{FB})	(I{F}=0.1 A)，(T{C}=25^{circ}C)	-	2.5	-	V
	反向恢复时间 (t_{rrB})	(I{F}=0.1 A)，(T{C}=25^{circ}C)	-	80	-	ns

推荐工作条件

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压 (V_{PN})	施加于 P 和 N 之间	-	300	400	V
控制电源电压 (V_{CC})	施加于 (V_{CC}) 和 COM 之间	13.5	15.0	16.5	V
高端偏置电压 (V_{BS})	施加于 VB 和 VS 之间	13.5	15.0	16.5	V
输入导通阈值电压 (V_{IN(ON)})	施加于 IN 和 COM 之间	3.0	-	(V_{CC})	V
输入关断阈值电压 (V_{IN(OFF)})	-	0	-	0.6	V
消隐时间 (t_{dead})	(V{CC}=V{BS}=13.5 ~ 16.5 V)，(T_{J} leq 150^{circ}C)	1.0	-	-	μs
PWM 开关频率 (f_{PWM})	(T_{J} leq 150^{circ}C)	-	20	-	kHz

引脚说明

该模块共有 23 个引脚，每个引脚都有其特定的功能，以下是部分引脚的说明：	引脚编号	引脚名称	引脚描述
1	COM	IC 公共电源地
2	VB(U)	U 相高端 MOSFET 驱动偏置电压
3	VCC(U)	U 相 IC 和低端 MOSFET 驱动偏置电压
4	IN(UH)	U 相高端信号输入
5	IN(UL)	U 相低端信号输入
11	VTS	HVIC 温度传感输出
17	P	正直流母线输入
18	U, VS(U)	U 相输出及高端 MOSFET 驱动偏置电压地

应用场景

FSB50760SF/SFT 模块主要应用于小功率交流电机驱动的三相逆变器，如冰箱、风扇和泵等设备。在这些应用中，该模块的高性能和可靠性能够确保电机的稳定运行，同时其低电磁干扰特性也能减少对其他电子设备的影响。

设计注意事项

PCB 布局

• 减少杂散电感：在 PCB 设计中，应尽量缩短和加粗电源线和地线，以减少电路的杂散电感，降低浪涌电压。
• 高频滤波：旁路电容（如 (C{1})、(C{2}) 和 (C_{3})）应具有良好的高频特性，以吸收高频纹波电流。
• 防止干扰：在 Motion SPM 5 产品和 MCU 的每个输入处使用 RC 耦合（(R{5}) 和 (C{5})、(R{4}) 和 (C{6})）和 (C_{4})，可防止因浪涌噪声导致的错误信号。

温度测量

为了准确测量模块的温度，应将热电偶安装在 SPM 5 封装的散热片顶部（如果适用，安装在 SPM 5 封装和散热片之间）。

总结

FSB50760SF 和 FSB50760SFT Motion SPM® 5 SuperFET® 系列模块以其丰富的特性、优良的电气性能和广泛的应用场景，为电子工程师在电机驱动设计中提供了一个可靠的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计要求，合理选择模块，并注意 PCB 布局和温度测量等方面的问题，以确保系统的稳定运行。

各位工程师们，你们在使用类似模块时遇到过哪些问题呢？又是如何解决的？欢迎在评论区分享你们的经验。