探索FSB50825B/FSB50825BS Motion SPM 5模块：高性能电机驱动解决方案

在电子工程师的日常工作中，为电机驱动寻找高性能、可靠且功能丰富的解决方案是一项关键任务。今天，我们将深入探讨 ON Semiconductor 的 FSB50825B/FSB50825BS Motion SPM 5 模块，看看它能为我们带来哪些惊喜。

文件下载：FSB50825B.pdf

模块概述

FSB50825B/FSB50825BS 是一款先进的 Motion SPM 5 模块，专为交流感应电机（AC Induction）、无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）提供全功能、高性能的逆变器输出。这些电机常见于冰箱、风扇和泵等设备中。该模块集成了优化的内置 MOSFET（FRFET 技术）栅极驱动，可最大程度减少电磁干扰（EMI）和损耗，同时提供多种模块级保护功能，如欠压锁定和热监测。内置的高速高压集成电路（HVIC）仅需单一电源电压，就能将输入的逻辑电平栅极信号转换为驱动模块内部 MOSFET 所需的高压、大电流驱动信号。此外，每个相位都有独立的开源 MOSFET 端子，支持最广泛的控制算法。

主要特性

认证与合规性

• UL 认证：获得 UL 认证（编号 E209204，UL1557），确保产品符合安全标准。
• RoHS 合规：符合 RoHS 标准，环保无忧。

电气性能优化

• 高频开关：针对超过 10 kHz 的开关频率进行优化，采用 250 V（(R_{DS(ON)}=0.55 Omega(Max))）的 FRFET MOSFET 三相逆变器，配备栅极驱动器和保护功能。
• 低电磁干扰：优化设计，降低电磁干扰，提高系统稳定性。

电路设计简化

• 内置自举二极管：简化 PCB 布局，减少设计复杂度。
• 独立开源引脚：低侧 MOSFET 具有独立的开源引脚，便于进行三相电流检测。

接口与兼容性

• 逻辑电平兼容：采用有源高电平接口，可与 3.3 / 5 V 逻辑兼容，具备施密特触发器输入。
• 高隔离等级：隔离等级为 (1500 ~V_{rms} / min)，确保电气安全。

封装特性

• 防潮等级：表面贴装封装（SMD PKG）的湿度敏感等级（MSL）为 3。

应用领域

FSB50825B/FSB50825BS 模块适用于小功率交流电机驱动的三相逆变器驱动，为各种电机应用提供了可靠的解决方案。

绝对最大额定值

在使用该模块时，需要注意其绝对最大额定值，以确保设备的安全和可靠性。以下是一些关键参数：	符号	参数	条件	额定值	单位
VPN	DC 链路输入电压，每个 MOSFET 的漏源电压		250	V
BVDSS	漏源电压	(V{IN}=0 ~V, I{D}=250 mu A)	250	V
IPN	零偏置静态泄漏电流	(V{PN}=200 ~V, ~V{IN}=0 ~V)，(V{DD}=V{BS}=0 ~V)，(T{C}=T{J}=25^{circ} C) （所有相位）	40	μA
D 25（注 2）	每个 MOSFET 的连续漏极电流	(T_{C}=25^{circ} C)	3.6	A
ID 80（注 2）	每个 MOSFET 的连续漏极电流	(T_{C}=80^{circ} C)	2.7	A
(I_{DP})（注 2）	每个 MOSFET 的峰值漏极电流	(T_{C}=25^{circ} C, PW<100 mu s)	9.0	A
DRMS（注 2）	每个 FRFET 的均方根漏极电流	(T{C}=80^{circ} C, F{PWM}<20 kHz)	1.9	Arms
(P_{D})（注 2）	最大功耗	(T_{C}=25^{circ} C)，每个 MOSFET	14.2	W

需要注意的是，超过最大额定值可能会损坏设备，即使在绝对最大额定值和工作范围内使用，重负载或过度组装条件（如高温、高电流、高电压和温度显著变化等）也可能会显著降低产品的可靠性。

引脚描述

该模块共有 23 个引脚，每个引脚都有特定的功能。以下是部分关键引脚的描述：	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 相高侧 FRFET 驱动的偏置电压
3	V DD(U)	U 相 IC 和低侧 FRFET 驱动的偏置电压
4	IN (UH)	U 相高侧信号输入
5	IN (UL)	U 相低侧信号输入
11	V TS	HVIC 温度传感输出
17	P	正 DC 链路输入
18	U, V S(U)	U 相输出及高侧 FRFET 驱动的偏置电压地

电气特性

在 (T{J}=25^{circ} C)，(V{DD}=V_{BS}=15) V 的条件下，该模块具有以下电气特性：

逆变器部分

符号	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
BVDSS	漏源击穿电压	(V{IN}=0 ~V, I{D}=1 ~mA)（注 5）	250		-	V
loss	零栅极电压漏极电流	(V{IN}=0 ~V, ~V{DS}=250 ~V)			1	mA
RDS(on)	静态漏源导通电阻	(V{DD}=V{BS}=15 ~V, ~V{IN}=5 ~V, I{D}=2 ~A)		0.37	0.55	Ω
VSD	漏源二极管正向电压	(V{DD}=V{BS}=15 ~V, ~V{IN}=0 ~V, I{D}=-2 ~A)			1.1	V
tON	开关时间	(V{PN}=150 ~V, V{DD}=V{BS}=15 ~V, I{D}=2) A ON / OFF (R{G}=800 Omega / 200 Omega) (V{IN}=0 ~V leftrightarrow 5 ~V) 感性负载 (L= 3 mH) 高侧和低侧 MOSFET 开关（注 6）		330		ns
toFF				530	ns
tr			100		ns
EON			40		uJ
EOFF			15		uJ
RBSOA	反向偏置安全工作区	(V{PN}=200 ~V, ~V{DD}=V{BS}=15 ~V, I{D}=I{DA}) (V{DS}=B V{DSS}, T{J}=150^{circ} C) 高侧和低侧 MOSFET 开关（注 7）		全方形

控制部分

符号	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
1000	静态 VDD 电流	(V{DD}=15 V, V{IN}=0V)，施加于 (V_{DD}) 和 COM 之间			200	uA
loBs	静态 VBS 电流	(V{BS}=15 V, V{IN}=0V)，施加于 (V{B(U)}-U, V{B(V)}-V)，(V_{B(W)}-W) 之间			100	uA
PDD	工作 VDD 电源电流	(V{DD} - COM)，(V{DD}=15 V, f_{PWM}=20 kHz)，占空比 = 50%，施加于低侧的一个 PWM 信号输入			900	uA
Ipgs	工作 VBS 电源电流	(V{B(U)} - V{S(U)}, V{B(V)} - V{S(V)}, V{B(W)} - V{S(W)})，(V{DD}=V{BS}=15 V, f_{PWM}=20 kHz)，占空比 = 50%，施加于高侧的一个 PWM 信号输入			800	uA
UVDDD	低侧欠压保护（图 8）	(V_{DD}) 欠压保护检测电平	7.4	8.0	9.4	V
UVDDR	(V_{DD}) 欠压保护复位电平		8.0	8.9	9.8	V
UVgsD	高侧欠压保护（图 9）	(V_{BS}) 欠压保护检测电平	7.4	8.0	9.4	V
UVBSR	(V_{BS}) 欠压保护复位电平		8.0	8.9	9.8	V
VTS	HVIC 温度传感电压输出	(V{DD}=15V, T{HVIC}=25^{circ}C)（注 8）	600	790	980	mV
VIH	导通阈值电压	逻辑高电平，施加于 IN 和 COM 之间			2.9	V
VIL	关断阈值电压	逻辑低电平	0.8			V

自举二极管部分

符号	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
VFB	正向电压	(I{F}=0.1 ~A, ~T{C}=25^{circ} C)（注 9）		2.5
trB	反向恢复时间	(I{F}=0.1 ~A, ~T{C}=25^{circ} C)		80		ns

需要注意的是，产品的参数性能在所列测试条件下由电气特性表示，但在不同条件下运行时，产品性能可能会有所不同。

推荐工作条件

为了确保模块的最佳性能，建议在以下条件下使用：	符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
VPN	电源电压	施加于 P 和 N 之间		150	200	V
VDD	控制电源电压	施加于 (V_{DD}) 和 COM 之间	13.5	15	16.5	V
VBS	高侧偏置电压	施加于 (V{B}) 和 (V{S}) 之间	13.5	15	16.5	V
VIN(ON)	输入导通阈值电压	施加于 IN 和 COM 之间	3.0		(V_{DD})	V
VIN(OFF)	输入关断阈值电压	0		0.6	V
tdead	防止臂短路的消隐时间	(V{DD}=V{BS}=13.5 sim 16.5 ~V, ~T_{J} leq 150^{circ} C)	1.0			μs
fPWM	PWM 开关频率	(T_{J}leq150^{circ}C)		15		kHz

设计注意事项

电路布局

• 减少杂散电感：PCB 图案中的粗线应短而厚，以减少电路的杂散电感，从而降低浪涌电压。
• 高频特性：旁路电容器（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。
• RC 耦合：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}) 以及 (C_{4})），可防止因浪涌噪声导致的信号异常。

温度测量

• 正确测量外壳温度对于确保模块的正常运行至关重要。应将热电偶附着在 SPM 5 封装的散热器顶部（如果适用，位于 SPM 5 封装和散热器之间），以获得准确的温度测量值。

应用电路

在设计应用电路时，需要注意以下几点：

• 引脚位置：参考图 1 确定引脚位置。
• 电压降：(R{3}) 两端的电压降会影响低侧开关性能和自举特性，因此在稳态下，(R{3}) 两端的电压降应小于 1 V。
• 接地和输出：接地线和输出端子应粗而短，以避免浪涌电压和 HVIC 故障。
• 滤波电容：所有滤波电容应靠近 Motion SPM 5 产品连接，并具有良好的高频纹波电流抑制特性。

总结

FSB50825B/FSB50825BS Motion SPM 5 模块是一款功能强大、性能优越的电机驱动解决方案。它集成了多种保护功能和优化的设计，可有效减少电磁干扰和损耗，提高系统的可靠性和稳定性。在设计过程中，我们需要注意其绝对最大额定值、电气特性和推荐工作条件，并遵循相关的设计注意事项，以确保模块的最佳性能。你在使用类似模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。