FSB50825AS Motion SPM® 5 系列模块：高性能逆变器解决方案

在电子工程领域，逆变器模块对于交流电机驱动等应用至关重要。今天我们来深入了解一下 FSB50825AS Motion SPM® 5 系列模块，看看它有哪些独特的特性和优势。

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1. 背景与公司说明

Fairchild Semiconductor 已被 ON Semiconductor 整合。由于系统要求，部分 Fairchild 可订购的零件编号需要更改，原编号中的下划线（_）将改为破折号（-）。大家可在 ON Semiconductor 网站（www.onsemi.com）核实更新后的设备编号。

2. FSB50825AS 模块概述

FSB50825AS 是一款先进的 Motion SPM 5 模块，为交流感应、无刷直流（BLDC）和永磁同步（PMSM）电机提供功能齐全、高性能的逆变器输出级。该模块集成了内置 MOSFET（FRFET 技术）的优化栅极驱动，可最大限度减少电磁干扰（EMI）和损耗，同时具备多种模块级保护功能，如欠压锁定和热监测。

3. 产品特性亮点

3.1 认证与基础参数

• UL 认证：UL 认证编号 E209204（UL1557），具有 250 V (R_{DS(on)} = 0.45) （Max）的 FRFET MOSFET 三相逆变器，还配备栅极驱动器和保护功能。
• 内置元件简化设计：内置自举二极管，简化了 PCB 布局。

  3.2 电流传感与接口特性

• 三相电流传感：低侧 MOSFET 具有独立的开源引脚，用于三相电流传感。
• 逻辑接口：采用有源高电平接口，可与 3.3 / 5 V 逻辑配合使用，具备施密特触发器输入。

  3.3 电磁与温度特性

• 低电磁干扰：经过优化，具有低电磁干扰特性。
• 温度监测：内置 HVIC 温度传感功能，可进行温度监测。

  3.4 其他特性

• 隔离与保护：HVIC 用于栅极驱动和欠压保护，隔离额定值为 1500 Vrms / 1 min。
• 湿度与环保：湿度敏感等级（MSL）为 3，符合 RoHS 标准。

4. 应用领域

主要应用于小功率交流电机驱动器的三相逆变器驱动。

5. 相关参考资料

• 参考设计：RD - FSB50450A 是 Motion SPM 5 系列版本 2 的参考设计。
• 技术文档：AN - 9082 介绍了 Motion SPM5 系列通过接触压力的热性能；AN - 9080 是 Motion SPM 5 系列 V2 的用户指南。

6. 产品参数详解

6.1 绝对最大额定值

逆变器部分（每个 MOSFET）

参数	条件	额定值	单位
(V_{DSS})	漏源电压	250	V
(I_{D25})	(T_C = 25°C) 时的连续漏极电流	3.6	A
(I_{D80})	(T_C = 80°C) 时的连续漏极电流	2.7	A
(I_{DP})	(T_C = 25°C)，脉冲宽度 (PW < 100) s 时的峰值漏极电流	9.0	A
(I_{DRMS})	(TC = 80°C)，(F{PWM} < 20) kHz 时的均方根漏极电流	1.9	A rms
(P_D)	(T_C = 25°C) 时每个 MOSFET 的最大功耗	14.2	W

控制部分（每个 HVIC）

参数	条件	额定值	单位
(V_{CC})	控制电源电压（(V_{CC}) 和 COM 之间）	20	V
(V_{BS})	高端偏置电压（(V_B) 和 (V_S) 之间）	20	V
(V_{IN})	输入信号电压（(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）

参数	条件	额定值	单位
(V_{RRMB})	最大重复反向电压	250	V
(I_{FB})	(T_C = 25°C) 时的正向电流	0.5	A
(I_{FPB})	(T_C = 25°C)，脉冲宽度小于 1ms 时的峰值正向电流	1.5	A

热阻

参数	条件	额定值	单位
(R_{theta JC})	逆变器工作条件下每个 MOSFET 的结到外壳热阻	8.8	°C/W

总系统参数

参数	条件	额定值	单位
(T_J)	工作结温	-40 ~ 150	°C
(T_{STG})	存储温度	-40 ~ 125	°C
(V_{ISO})	隔离电压（60 Hz，正弦波，1 分钟，引脚连接到散热板）	1500	V rms

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

逆变器部分（每个 MOSFET）

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(BV_{DSS})	(V_{IN} = 0V)，(I_D = 1mA)	250	-	-	V
(I_{DSS})	(V{IN} = 0V)，(V{DS} = 250V)	-	-	1	mA
(R_{DS(on)})	(V{CC} = V{BS} = 15V)，(V_{IN} = 5V)，(I_D = 2.0A)	-	0.33	0.45	
(V_{SD})	(V{CC} = V{BS} = 15V)，(V_{IN} = 0V)，(I_D = -2.0A)	-	-	1.2	V
(t_{ON})	开关时间（具体条件见文档）	-	950	-	ns
(t_{OFF})	-	-	520	-	ns
(t_{rr})	-	-	150	-	ns
(E_{ON})	-	-	100	-	J
(E_{OFF})	-	-	10	-	J
(RBSOA)	反向偏置安全工作区（具体条件见文档）	-	全方形	-	-

控制部分（每个 HVIC）

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(I_{QCC})	(V{CC} = 15V)，(V{IN} = 0V)（(V_{CC}) 和 COM 之间）	-	-	200	A
(I_{QBS})	(V{BS} = 15V)，(V{IN} = 0V)（(V{B(U)} - U)，(V{B(V)} - V)，(V_{B(W)} - W) 之间）	-	-	100	A
(UV_{CCD})	低侧欠压保护检测电平	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)）	600	790	980	mV
(V_{IH})	逻辑高电平阈值电压（(IN) 和 COM 之间）	-	-	2.9	V
(V_{IL})	逻辑低电平阈值电压	0.8	-	-	V

自举二极管部分（每个自举二极管）

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{FB})	(I_F = 0.1A)，(T_C = 25°C)	-	2.5	-	V
(t_{rrB})	(I_F = 0.1A)，(T_C = 25°C)	-	80	-	ns

6.3 推荐工作条件

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{PN})	电源电压（(P) 和 (N) 之间）	-	150	200	V
(V_{CC})	控制电源电压（(V_{CC}) 和 COM 之间）	13.5	15.0	16.5	V
(V_{BS})	高端偏置电压（(V_B) 和 (V_S) 之间）	13.5	15.0	16.5	V
(V_{IN(ON)})	输入导通阈值电压（(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})	防止桥臂短路的消隐时间（(V{CC} = V{BS} = 13.5 ~ 16.5V)，(T_J leq 150°C)）	1.0	-	-	s
(f_{PWM})	PWM 开关频率（(T_J leq 150°C)）	-	15	-	kHz

7. 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 MOSFET 驱动偏置电压
3	(V_{CC(U)})	U 相 IC 和低侧 MOSFET 驱动偏置电压
4	(IN (UH))	U 相高端信号输入
5	(IN (UL))	U 相低侧信号输入
6	N.C	无连接
7	(V_{B(V)})	V 相高端 MOSFET 驱动偏置电压
8	(V_{CC(V)})	V 相 IC 和低侧 MOSFET 驱动偏置电压
9	(IN (VH))	V 相高端信号输入
10	(IN (VL))	V 相低侧信号输入
11	(V_{TS})	HVIC 温度传感输出
12	(V_{B(W)})	W 相高端 MOSFET 驱动偏置电压
13	(V_{CC(W)})	W 相 IC 和低侧 MOSFET 驱动偏置电压
14	(IN (WH))	W 相高端信号输入
15	(IN (WL))	W 相低侧信号输入
16	N.C	无连接
17	P	正直流母线输入
18	U, (V_{S(U)})	U 相输出及高端 MOSFET 驱动偏置电压地
19	(N_U)	U 相负直流母线输入
20	(N_V)	V 相负直流母线输入
21	V, (V_{S(V)})	V 相输出及高端 MOSFET 驱动偏置电压地
22	(N_W)	W 相负直流母线输入
23	W, (V_{S(W)})	W 相输出及高端 MOSFET 驱动偏置电压地

8. 设计注意事项

8.1 电路设计

• 自举电路参数：自举电路元件参数取决于 PWM 算法，对于 15 kHz 的开关频率，文档给出了典型参数示例。
• 抗干扰措施：可使用 RC 耦合（(R_5) 和 (C_5) 以及 (C_4)）来防止因浪涌噪声导致的信号异常。
• PCB 布局：PCB 图案中的粗线应短而厚，以减小电路的杂散电感，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。

  8.2 温度测量

  测量外壳温度 (T_C) 时，应将热电偶附着在 SPM 5 封装的散热片顶部（如果适用，在 SPM 5 封装和散热片之间）。

9. 总结

FSB50825AS Motion SPM® 5 系列模块凭借其丰富的特性和良好的性能，为小功率交流电机驱动的三相逆变器设计提供了一个可靠的解决方案。电子工程师在使用该模块时，需要充分了解其各项参数和设计注意事项，以确保电路的稳定和高效运行。大家在实际应用中是否遇到过类似模块的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。