探索FSBB15CH120DF Motion SPM® 3系列模块：高性能逆变器的理想之选

在电子工程领域，寻找一款高性能、功能丰富的逆变器模块一直是工程师们的追求。今天，我们就来深入了解一下ON Semiconductor的FSBB15CH120DF Motion SPM® 3系列模块，看看它能为我们带来哪些惊喜。

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一、产品背景与变更说明

Fairchild Semiconductor已被ON Semiconductor整合，部分Fairchild可订购的部件编号需要更改以满足ON Semiconductor的系统要求。由于ON Semiconductor产品管理系统无法管理带有下划线（）的部件命名，Fairchild部件编号中的下划线（）将更改为破折号（-）。大家可在ON Semiconductor网站上核实更新后的设备编号。

二、FSBB15CH120DF模块特性

2.1 认证与基本参数

• UL认证：获得UL认证，编号为E209204（UL1557），这为产品的安全性提供了可靠保障。
• 电压与电流：具备1200 V - 15 A的三相IGBT逆变器，集成了栅极驱动器和保护功能，能够满足多种工业应用的需求。

2.2 低损耗与散热优势

• 低损耗IGBT：采用低损耗、短路额定的IGBT，有效降低了能量损耗，提高了系统效率。
• 散热设计：使用(Al{2} O{3}) DBC基板，具有极低的热阻，能够快速将热量散发出去，保证模块在高温环境下稳定运行。

2.3 布局与监测便利

• 简化布局：专用的Vs引脚简化了PCB布局，使设计更加简洁高效。
• 电流传感：低侧IGBT有独立的开集电极引脚，可用于三相电流传感，方便工程师进行精确的电流监测和控制。
• 温度监测：内置LVIC温度传感功能，可实时监测模块温度，确保系统安全可靠。
• 隔离等级：隔离额定值为2500 Vrms / 1 min，有效隔离不同电路，提高系统的抗干扰能力。

三、应用领域

FSBB15CH120DF模块主要应用于工业电机（AC 400V类）的运动控制领域，为交流感应电机、无刷直流电机和永磁同步电机提供了高性能的逆变器输出级。

四、模块功能分析

4.1 集成电源功能

实现1200 V - 15 A的IGBT逆变器，用于三相直流/交流电源转换，为电机提供稳定的电源供应。

4.2 集成驱动、保护和系统控制功能

• 高侧IGBT：具备栅极驱动电路、高压隔离高速电平转换控制电路和欠压锁定保护（UVLO）。
• 低侧IGBT：拥有栅极驱动电路、短路保护（SCP）控制电源电路和欠压锁定保护（UVLO），并能进行故障信号传输。
• 输入接口：采用有源高电平接口，可与3.3 / 5 V逻辑配合，具有施密特触发器输入，增强了信号的抗干扰能力。

五、引脚配置与说明

Pin Number	Pin Name	Pin Description
1	V CC(L)	低侧IC和IGBT驱动的公共偏置电压
2	COM	公共电源地
3	IN (UL)	低侧U相信号输入
4	IN (VL)	低侧V相信号输入
5	IN (WL)	低侧W相信号输入
6	V FO	故障输出
7	V TS	LVIC温度传感电压输出
8	C SC	短路电流检测输入的电容（低通滤波器）
9	IN (UH)	高侧U相信号输入
10	V CC(UH)	高侧IC和IGBT驱动的公共偏置电压
11	V B(U)	高侧U相IGBT驱动的偏置电压
12	V S(U)	高侧U相IGBT驱动的偏置电压地
13	IN (VH)	高侧V相信号输入
14	V CC(VH)	高侧IC和IGBT驱动的公共偏置电压
15	V B(V)	高侧V相IGBT驱动的偏置电压
16	V S(V)	高侧V相IGBT驱动的偏置电压地
17	IN (WH)	高侧W相信号输入
18	V CC(WH)	高侧IC和IGBT驱动的公共偏置电压
19	V B(W)	高侧W相IGBT驱动的偏置电压
20	V S(W)	高侧W相IGBT驱动的偏置电压地
21	N U	U相负直流母线输入
22	N V	V相负直流母线输入
23	N W	W相负直流母线输入
24	U	U相输出
25	V	V相输出
26	W	W相输出
27	P	正直流母线输入

六、电气特性与参数

6.1 绝对最大额定值

• 逆变器部分：供应电压（V PN）最大为900 V，浪涌供应电压（V PN(Surge)）为1000 V，集电极 - 发射极电压（V CES）为1200 V，每个IGBT集电极电流（± I C）为15 A，峰值电流（± I CP）为30 A，集电极耗散（P C）为89 W，工作结温（T J）范围为 -40 ~ 150°C。
• 控制部分：控制电源电压（V CC）最大为20 V，高侧控制偏置电压（V BS）为20 V，输入信号电压（V IN）范围为 -0.3 ~ V CC +0.3 V，故障输出电源电压（V FO）范围为 -0.3 ~ V CC +0.3 V，故障输出电流（I FO）为2 mA，电流传感输入电压（V SC）范围为 -0.3 ~ V CC +0.3 V。
• 总系统：自保护供应电压极限（V PN(PROT)）为800 V，模块外壳工作温度（T C）范围为 -40 ~ 125°C，存储温度（T STG）范围为 -40 ~ 125°C，隔离电压（V ISO）为2500 Vrms。

6.2 热阻

• 逆变器IGBT部分（R th(j-c)Q）的结到外壳热阻最大为1.40°C / W。
• 逆变器FWD部分（R th(j-c)F）的结到外壳热阻最大为1.93°C / W。

6.3 电气特性

• 逆变器部分：集电极 - 发射极饱和电压（VCE(SAT)）在特定条件下为2.00 - 2.60 V，正向电压（VF FWDi）为1.90 - 2.50 V，开关时间（tON、tC(ON)、tOFF、tC(OFF)、trr）在不同条件下有相应的数值。
• 控制部分：静态V CC供应电流（I QCCH、I QCCL）、工作V CC供应电流（I PCCH、I PCCL）、静态V BS供应电流（I QBS）、工作V BS供应电流（I PBS）、故障输出电压（V FOH、V FOL）、短路跳闸电平（V SC(ref)）、欠压保护检测和复位电平（UV CCD、UV CCR、UV BSD、UV BSR）、故障输出脉冲宽度（t FOD）、LVIC温度传感电压输出（V TS）、ON和OFF阈值电压（V IN(ON)、V IN(OFF)）等都有明确的参数范围。

七、推荐操作条件

• 供应电压（V PN）：推荐范围为300 - 800 V。
• 控制电源电压（V CC）：推荐范围为13.5 - 16.5 V。
• 高侧偏置电压（V BS）：推荐范围为13.0 - 18.5 V。
• 控制电源变化率（dV CC / dt, dV BS / dt）：范围为 -1 - 1 V /  s。
• 消隐时间（t dead）：为2.0  s。
• PWM输入信号频率（f PWM）：最大为20 kHz。
• 电流传感电压（V SEN）：范围为 -5 - 5 V。
• 最小输入脉冲宽度（PW IN(ON)、PW IN(OFF)）：为2.0  s。
• 结温（T J）：范围为 -40 - 150°C。

八、机械特性与安装注意事项

8.1 机械特性

• 器件平整度：最大为 +150 m。
• 安装扭矩：M3安装螺丝推荐扭矩为0.7 N • m（7.1 kg • cm），范围在0.6 - 0.8 N • m（6.2 - 8.1 kg • cm）。
• 端子拉力强度：负载19.6 N，持续10 s。
• 端子弯曲强度：负载9.8 N，90度弯曲2次。
• 重量：为15 g。

8.2 安装注意事项

• 安装螺丝时不要过度拧紧，以免造成DBC裂纹、螺栓和铝散热器损坏。
• 避免单侧拧紧应力，按照推荐的扭矩顺序安装螺丝，不均匀的安装可能会损坏封装的DBC基板。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

• 低侧：当控制电源电压上升超过UVCCR时，电路开始工作；检测到欠压（UVCCD）时，IGBT关闭，故障输出启动；电压恢复到UVCCR时，电路恢复正常。
• 高侧：当控制电源电压达到UV BSR时，电路开始工作；检测到欠压（UV BSD）时，IGBT关闭，但无故障输出信号；电压恢复到UV BSR时，电路恢复正常。

9.2 短路电流保护

仅在低侧工作，检测到短路电流时，所有低侧IGBT的栅极被硬中断，IGBT关闭，故障输出启动，直到下一个信号触发才恢复正常。

十、输入/输出接口电路与典型应用电路

10.1 输入/输出接口电路

推荐的CPU I/O接口电路中，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 3产品的输入信号部分集成了5 k（典型值）下拉电阻，使用外部滤波电阻时需注意输入端子的信号电压降。

10.2 典型应用电路

在典型应用电路中，为避免故障，各输入的布线应尽可能短（小于2 - 3 cm）；VFO输出为开漏类型，需用电阻上拉到MCU或控制电源的正极；输入信号为有源高电平类型，IC内部有5 k电阻将每个输入信号线拉到地，采用RC耦合电路防止输入信号振荡；各布线模式电感应最小化（推荐小于10nH）；在短路保护电路中，选择(R{6} C{6})时间常数在1.5 - 2 s范围内，并在实际系统中进行充分评估；每个电容器应尽可能靠近Motion SPM® 3产品的引脚安装；为防止浪涌破坏，平滑电容器(C{7})与P和GND引脚之间的布线应尽可能短，推荐在P和GND引脚之间使用0.1 - 0.22 F的高频无感电容器；在工业应用中，CPU和继电器之间应保持足够的距离；采用齐纳二极管或瞬态电压抑制器保护IC免受浪涌破坏；推荐(C{2})约为自举电容器(C{3})的7倍；(C{3})应选择具有良好温度特性的电解电容器，(C_{4})应选择0.1 - 0.2 F的R类陶瓷电容器，具有良好的温度和频率特性。

FSBB15CH120DF Motion SPM® 3系列模块以其丰富的功能、高性能和可靠的保护机制，为工业电机运动控制领域提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，工程师们需要根据具体需求合理选择和使用该模块，并严格遵循安装和操作要求，以确保系统的稳定运行。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。