FSB50825AB智能功率模块：小体积大能量的电机驱动解决方案

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的功率模块对于实现高效、稳定的电机驱动至关重要。今天，我们就来深入了解一下FSB50825AB智能功率模块（SPM®），看看它能为我们的设计带来哪些优势。

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1. 产品背景与整合说明

Fairchild Semiconductor已成为ON Semiconductor的一部分。在整合过程中，部分Fairchild可订购的零件编号需要更改以符合ON Semiconductor的系统要求。由于ON Semiconductor的产品管理系统无法处理带有下划线（）的零件命名，Fairchild零件编号中的下划线（）将更改为破折号（-）。大家可通过ON Semiconductor网站（www.onsemi.com）核实更新后的设备编号。

2. FSB50825AB 特性亮点

2.1 电气特性卓越

• 高耐压与低导通电阻：具备250V耐压能力，(R_{DS(on)}=0.45 Omega m) ，能有效降低功率损耗。
• 低电磁干扰：优化的开关速度和电路设计，使模块具有低电磁干扰（EMI）特性，减少对周围电子设备的干扰。
• HVIC集成：集成了高电压集成电路（HVIC），用于栅极驱动和欠压保护，提高了模块的可靠性和稳定性。
• 温度传感功能：HVIC具备温度传感功能，可实时监测模块温度，确保在安全的工作温度范围内运行。
• 内置自举二极管：模块内部集成了自举二极管，简化了外部电路设计，提高了系统的集成度。
• 符合RoHS标准：环保设计，满足相关环保法规要求。

2.2 应用场景广泛

FSB50825AB是基于FRFET技术的小型智能功率模块，专为小功率电机驱动应用而设计，如风扇电机和供水设备等。它由6个快速恢复MOSFET（FRFET）和3个半桥HVIC组成，为FRFET栅极驱动提供支持。

3. 关键参数解析

3.1 绝对最大额定值

类别	符号	参数	条件	额定值	单位
逆变器部分（每个FRFET）	(V_{PN})	DC链路输入电压，每个FRFET的漏源电压	-	250	V
	(*I_{D25})	每个FRFET连续漏极电流	(T_{C} = 25°C)	3.6	A
	(*I_{D80})	每个FRFET连续漏极电流	(T_{C} = 80°C)	2.7	A
	(*I_{DP})	每个FRFET峰值漏极电流	(T_{C} = 25°C)，(PW < 100 μ s)	9	A
	(*I_{DRMS})	每个FRFET均方根漏极电流	(T{C} = 80°C)，(F{PWM} < 20KHz)	1.9	(A_{rms})
	(*P_{D})	最大功耗	(T_{C} = 25°C)，每个FRFET	14.2	W
控制部分（每个HVIC）	(V_{CC})	控制电源电压	施加于(V_{CC})和COM之间	20	V
	(V_{BS})	高端偏置电压	施加于(V{B})和(V{S})之间	20	V
	(V_{IN})	输入信号电压	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）	(V_{RRMB})	最大重复反向电压	-	250	V
	(*I_{FB})	正向电流	(T_{C} = 25°C)	0.5	A
	(*I_{FPB})	正向峰值电流	(T_{C} = 25°C)，脉冲宽度小于1ms	1.5	A
热阻	(R_{θ JC})	结到外壳热阻	每个FRFET在逆变器工作条件下（注1）	8.8	(°C/W)
总系统	(T_{J})	工作结温	-	(-40 ~ 150)	(°C)
	(T_{STG})	存储温度	-	(-40 ~ 125)	(°C)
	(V_{ISO})	隔离电压	60Hz，正弦波，1分钟，连接引脚到散热器	1500	(V_{rms})

注：1. 外壳温度(T_{C})的测量点请参考图4；2. 标记“ * ”为计算值或设计因素。

3.2 电气特性（(T{J}=25^{circ} C) ，(V{C C}=V_{B S}=15 ~V) ）

类别	符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
逆变器部分（每个FRFET）	(BV_{DSS})	漏源击穿电压	(V{IN} = 0V)，(I{D} = 1mA)（注1）	250	-	-	V
	(I_{DSS})	零栅压漏极电流	(V{IN} = 0V)，(V{DS} = 250V)	-	-	1	mA
	(R_{DS(on)})	静态漏源导通电阻	(V{CC} = V{BS} = 15V)，(V{IN} = 5V)，(I{D} = 2A)	-	0.33	0.45	(Omega)
	(V_{SD})	漏源二极管正向电压	(V{CC} = V{BS} = 15V)，(V{IN} = 0V)，(I{D} = -2A)	-	-	1.2	V
	(t_{ON})	开关时间	(V{PN} = 150V)，(V{CC} = V{BS} = 15V)，(I{D} = 2A)，(V_{IN} = 0V ↔ 5V)，电感负载(L = 3mH)，高低侧FRFET开关（注2）	-	950	-	ns
	(t_{OFF})	-	-	520	-	ns
	(t_{rr})	-	-	140	-	ns
	(E_{ON})	-	-	100	-	(mu J)
	(E_{OFF})	-	-	10	-	(mu J)
	(RBSOA)	反向偏置安全工作区	(V{PN} = 200V)，(V{CC} = V{BS} = 15V)，(I{D} = I{DP})，(V{DS} = BV{DSS})，(T{J} = 150°C)，高低侧FRFET开关（注3）	-	全方形	-	-
控制部分（每个HVIC）	(I_{QCC})	静态(V_{CC})电流	(V{CC} = 15V)，(V{IN} = 0V)，施加于(V_{CC})和COM之间	-	-	200	(mu A)
	(I_{QBS})	静态(V_{BS})电流	(V{BS} = 15V)，(V{IN} = 0V)，施加于(V{B(U)} - U)，(V{B(V)} - V)，(V_{B(W)} - W)	-	-	100	(mu A)
	(UV_{CCD})	低端欠压保护（图8）	(V_{CC})欠压保护检测电平	7.4	8.0	9.4	V
	(UV_{CCR})	(V_{CC})欠压保护复位电平	-	8.0	8.9	9.8	V
	(UV_{BSD})	高端欠压保护（图9）	(V_{BS})欠压保护检测电平	-	7.4	8.0	9.4	V
	(UV_{BSR})	(V_{BS})欠压保护复位电平	-	8.0	8.9	9.8	V
	(V_{ts})	HVIC温度传感电压输出	(V{CC} = 15V)，(T{HVIC} = 25°C)（注4）	-	600	790	980	mV
	(V_{IH})	导通阈值电压	逻辑高电平，施加于IN和COM之间	-	-	2.9	V
	(V_{IL})	关断阈值电压	逻辑低电平	0.8	-	-	V
自举二极管部分（每个自举二极管）	(V_{FB})	正向电压	(I{F} = 0.1A)，(T{C} = 25°C)（注5）	-	2.5	-	V
	(t_{rrB})	反向恢复时间	(I{F} = 0.1A)，(T{C} = 25°C)	-	80	-	ns

注：1. (BVDss)是SPM®内每个FRFET漏源端子之间的绝对最大电压额定值，考虑到杂散电感的影响，任何情况下(V{DS})不应超过(BVDSS)，(V{PN})应充分小于该值；2. (t{ON})和(t{OFF})包括内部驱动IC的传播延迟时间，所列值是在实验室测试条件下测量的，由于不同印刷电路板和布线的影响，实际应用中可能会有所不同，开关时间定义请参考图6和图7的开关测试电路；3. 每个FRFET在开关操作期间的峰值电流和电压应包含在安全工作区（SOA）内，RBSOA测试电路与开关测试电路相同，见 图7；4. (V_{ts})仅用于模块温度传感，不能自动关闭MOSFET；5. 内置自举二极管具有约15Ω的电阻特性，请参考图2。

3.3 推荐工作条件

符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{PN})	电源电压	施加于P和N之间	-	150	200	V
(V_{CC})	控制电源电压	施加于(V_{CC})和COM之间	12	13.5	15	V
(V_{BS})	高端偏置电压	施加于(V{B})和(V{S})之间	12	13.5	15	V
(V_{IN(ON)})	输入导通阈值电压	施加于IN和COM之间	3.0	-	(V_{CC})	V
(V_{IN(OFF)})	输入关断阈值电压	0	-	0.6	V
(t_{dead})	防止臂短路的消隐时间	(V{CC} = V{BS} = 12 ~ 15V)，(T_{J} ≤ 150°C)	1.0	-	-	(mu s)
(f_{PWM})	PWM开关频率	(T_{J} ≤ 150°C)	-	15	-	kHz

4. 引脚说明

引脚编号	引脚名称	引脚描述
1	COM	IC公共电源地
2	(V_{B(U)})	U相高端FRFET驱动偏置电压
3	(V_{CC(U)})	U相IC和低端FRFET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
6	N.C	未连接
7	(V_{B(V)})	V相高端FRFET驱动偏置电压
8	(V_{CC(V)})	V相IC和低端FRFET驱动偏置电压
9	(IN (VH))	V相高端信号输入
10	(IN (VL))	V相低端信号输入
11	N.C	未连接
12	(V_{B(W)})	W相高端FRFET驱动偏置电压
13	(V_{CC(W)})	W相IC和低端FRFET驱动偏置电压
14	(IN (WH))	W相高端信号输入
15	(IN (WL))	W相低端信号输入
16	(V_{ts})	HVIC温度传感输出
17	P	正直流链路输入
18	U, (V_{S(U)})	U相输出及高端FRFET驱动偏置电压地
19	(N_{U})	U相负直流链路输入
20	(N_{V})	V相负直流链路输入
21	V, (V_{S(V)})	V相输出及高端FRFET驱动偏置电压地
22	(N_{W})	W相负直流链路输入
23	W, (V_{S(W)})	W相输出及高端FRFET驱动偏置电压地

5. 应用电路设计要点

5.1 接口与自举电路

推荐的CPU接口和自举电路如图3所示，需要注意以下几点：

• 自举电路元件参数取决于PWM算法，对于15kHz的开关频率，给出了典型参数示例。
• 在SPM和微控制器的每个输入处使用RC耦合（(R{s})和(C{5}) 、(C_{4}) ）可防止因浪涌噪声导致的信号异常。
• PCB布局中，粗线应短而厚，以减小电路杂散电感，降低浪涌电压。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。

5.2 温度测量

为了准确测量温度，应将热电偶附着在SPM散热器侧的顶部（如果应用了散热器，则在SPM和散热器之间），如图4所示。

5.3 应用电路示例

图10给出了应用电路示例，设计时需注意：

• 引脚位置参考图2。
• 在SPM和微控制器的每个输入处使用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输入信号异常。
• (R{3})上的电压降会影响低端开关性能和自举特性，稳态时(R{3})上的电压降应小于1V。
• 接地线和输出端子应粗而短，以避免浪涌电压和HVIC故障。
• 所有滤波电容应靠近SPM连接，并具有良好的高频纹波电流抑制特性。

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