探索FSBB15CH60C 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，逆变器模块是许多应用中的关键组件。今天，我们要深入探讨的是FSBB15CH60C Motion SPM® 3系列模块，它为交流感应、无刷直流（BLDC）和永磁同步（PMSM）电机提供了功能齐全、高性能的逆变器输出级。

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一、ON Semiconductor整合说明

Fairchild Semiconductor已整合至ON Semiconductor。由于ON Semiconductor产品管理系统无法处理含下划线（_）的部件命名，Fairchild部件编号中的下划线将改为破折号（-）。大家可访问ON Semiconductor网站（www.onsemi.com）验证更新后的设备编号。若对系统集成有疑问，可发邮件至[e-mail]。

二、FSBB15CH60C模块特性

（一）基本特性

• UL认证：UL认证编号为E209204（UL1557），这为产品的安全性和可靠性提供了有力保障。
• 高功率规格：具备600 V - 15 A的三相IGBT逆变器，集成了栅极驱动器和保护功能，能满足多种应用场景的功率需求。
• 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。
• 低热阻设计：使用(Al{2} O{3}) DBC基板，具有非常低的热阻，有助于模块在工作过程中更好地散热，保证其稳定性。
• 简化PCB布局：内置自举二极管和专用Vs引脚，大大简化了PCB的布局设计，减少了设计复杂度和成本。
• 三相电流检测：低侧IGBT提供单独的开集电极引脚，方便进行三相电流检测，为电机控制提供更准确的数据。
• 单接地电源：采用单接地电源设计，降低了电源设计的难度和成本。
• 隔离等级高：隔离额定值为(2500 ~V_{rms} / min)，能有效隔离不同电路之间的干扰，提高系统的安全性。

（二）应用领域

主要应用于运动控制领域，如家电和工业电机。在这些应用中，该模块的高性能和稳定性能够确保电机的高效运行。

三、模块功能解析

（一）集成电源功能

提供600 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输出。

（二）集成驱动、保护和系统控制功能

• 高侧IGBT：配备栅极驱动电路、高压隔离高速电平转换控制电路以及欠压锁定保护（UVLO）。自举电路示例可参考图12和图13。
• 低侧IGBT：具有栅极驱动电路、短路保护（SCP）控制电源电路和欠压锁定保护（UVLO）。
• 故障信号：对应UVLO（低侧电源）和短路故障，能及时反馈模块的工作状态。
• 输入接口：采用有源高电平接口，可与3.3 / 5 V逻辑配合工作，具有施密特触发器输入，增强了信号的抗干扰能力。

四、引脚配置与说明

（一）引脚配置图

模块的引脚配置如图2所示，清晰展示了各个引脚的位置。

（二）引脚详细说明

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相的信号输入
4	IN (VL)	低侧V相的信号输入
5	IN (WL)	低侧W相的信号输入
6	V FO	故障输出
7	C FOD	故障输出持续时间选择电容
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相的信号输入
10	V CC(H)	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相的信号输入
14	V CC(H)	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相的信号输入
18	V CC(H)	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相的负直流母线输入
22	N V	V相的负直流母线输入
23	N W	W相的负直流母线输入
24	U	U相的输出
25	V	V相的输出
26	W	W相的输出
27	P	正直流母线输入

五、电气特性与参数

（一）绝对最大额定值

包括逆变器部分、控制部分、自举二极管部分和整个系统的各项参数，如电压、电流、功率、温度等。例如，逆变器部分的电源电压（V PN）最大额定值为450 V，浪涌电压（V PN(Surge)）为500 V；控制部分的控制电源电压（V CC）最大为20 V等。这些参数为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据，确保模块在安全的范围内工作。

（二）电气特性

• 逆变器部分：给出了集电极 - 发射极饱和电压（V CE(SAT)）、开关时间（t ON、t OFF等）、集电极 - 发射极漏电流（I CES）等参数。这些参数反映了逆变器的性能，如开关速度、损耗等，对于评估模块在实际应用中的表现至关重要。
• 控制部分：包含静态V CC电源电流（I QCCL、I QCCH）、静态V BS电源电流（I QBS）、故障输出电压（V FOH、V FOL）、短路电流跳闸电平（V SC(ref)）等参数。这些参数有助于工程师了解控制电路的工作情况，确保模块的正常运行。
• 自举二极管部分：给出了正向电压（V F）和反向恢复时间（t rr）等参数，对于自举电路的设计和优化具有重要意义。

六、推荐操作条件

推荐的操作条件包括电源电压（V PN）、控制电源电压（V CC）、高侧偏置电压（V BS）、控制电源变化率（dV CC / dt, dV BS / dt）、消隐时间（t dead）、PWM输入信号频率（f PWM）和电流传感电压（V SEN）等。遵循这些推荐条件可以保证模块的性能和可靠性，提高系统的稳定性。

七、机械特性与评级

（一）安装扭矩

安装螺丝为M3时，推荐扭矩为0.62 N•m，最小扭矩为0.51 N•m，最大扭矩为0.80 N•m。合适的安装扭矩能确保模块与散热片等部件的良好接触，提高散热效率。

（二）器件平整度

器件平整度在0到 +120 μm之间，确保模块的安装精度和稳定性。

（三）重量

模块重量约为15.00 g，方便在不同的应用场景中进行安装和使用。

八、保护功能时间图表

（一）欠压保护

包括低侧和高侧的欠压保护时间图表，展示了在电压变化时模块的工作状态和保护机制。例如，在低侧欠压保护中，当控制电源电压上升到 (UVCCR) 后，电路开始工作；当检测到欠压（(UV CCD)）时，IGBT会关闭，并输出故障信号；当电压恢复到 (UV CCR) 时，模块恢复正常工作。

（二）短路保护

仅在低侧运行，通过外部分流电阻和CR连接实现。当检测到短路电流时，IGBT会迅速关闭，并启动故障输出定时器，输出故障信号。

九、应用电路注意事项

（一）接口电路

推荐的MCU I/O接口电路采用标准CMOS或LSTTL输出，输入信号部分集成了5 kΩ（典型值）下拉电阻。在使用外部滤波电阻时，要注意输入端子的信号电压降。

（二）自举操作电路

陶瓷电容应放置在 (VCC) - COM之间，且电容值应大于1 μF，并尽可能靠近模块引脚安装，以确保自举电路的正常工作。

（三）典型应用电路

• 输入布线应尽可能短（小于2 - 3cm），以避免干扰和故障。
• 由于模块内部集成了特定类型的HVIC，可直接与MCU端子耦合，无需光耦或变压器隔离。
• (VFO) 输出为开集电极类型，需通过约4.7 kΩ电阻上拉到5 V电源正极。
• (C{SP 15}) 建议为自举电容 (C{BS}) 的约七倍。
• (V FO) 输出脉冲宽度可通过连接外部电容（(C FOD)）来确定。
• 输入信号为有源高电平类型，IC内部有5 kΩ电阻将输入信号下拉到地，应使用RC耦合电路防止输入信号振荡。
• 为防止保护功能出错，(R{F}) 和 (C{SC}) 周围的布线应尽可能短。
• 在短路保护电路中，(R{F} C{SC}) 时间常数应选择在1.5 - 2.0 μs范围内。
• 每个电容应尽可能靠近模块引脚安装，以减少布线电感和干扰。
• 为防止浪涌破坏，平滑电容与P和GND引脚之间的布线应尽可能短，并建议在P和GND引脚之间使用约0.1 - 0.22 μF的高频无感电容。
• 在使用继电器的系统中，MCU和继电器之间应保持足够的距离。
• (C_{SPC 15}) 应大于1 μF，并尽可能靠近模块引脚安装。

FSBB15CH60C Motion SPM® 3系列模块凭借其丰富的特性、完善的功能和严格的参数指标，为电子工程师在电机控制等领域的设计提供了一个可靠的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和条件，合理选择和使用该模块，同时注意各项注意事项，以确保系统的性能和可靠性。大家在使用过程中是否遇到过类似模块的一些特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。