深入解析FSB50550AS Motion SPM® 5系列模块

引言

在电子工程师的日常工作中，为交流感应、无刷直流（BLDC）和永磁同步（PMSM）电机选择合适的逆变器输出级模块至关重要。今天我们就来详细剖析FSB50550AS Motion SPM® 5系列模块，看看它能为电机驱动带来怎样的性能提升。

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一、公司背景与产品编号变更

Fairchild Semiconductor现已成为ON Semiconductor的一部分。由于系统要求，部分Fairchild可订购的产品编号需要更改，特别是含有下划线（_）的编号将被替换为破折号（-）。大家可通过ON Semiconductor官网（www.onsemi.com）核实更新后的设备编号。

二、FSB50550AS模块特性

2.1 基本特性

• UL认证：具备UL认证（编号E209204，UL1557），采用500V、(R_{DS(on)} = 1.4 Omega)（最大）的FRFET MOSFET三相逆变器，集成栅极驱动器和保护功能。
• 简化布局：内置自举二极管，简化了PCB布局。
• 电流传感：低侧MOSFET提供独立的开源引脚，用于三相电流传感。
• 逻辑兼容：采用高电平有效接口，可与3.3V或5V逻辑配合，具备施密特触发输入。
• 低电磁干扰：经过优化，可降低电磁干扰。
• 温度监测：内置HVIC温度传感功能，便于进行温度监测。
• 隔离性能：隔离额定值为(1500 ~V_{rms} / min)。
• 湿度敏感等级：MSL 3。
• 环保标准：符合RoHS标准。

2.2 应用场景

主要应用于小功率交流电机驱动器的三相逆变器驱动。

三、模块详细参数

3.1 绝对最大额定值

• 逆变器部分（每个MOSFET）
  • 漏源电压(V_{DSS})：500V。
  • 连续漏极电流(I_{D25})（(TC = 25°C)）：2.0A；(I{D80})（(T_C = 80°C)）：1.5A。
  • 峰值漏极电流(I_{DP})（(T_C = 25°C)，(PW < 100 mu s)）：5.0A。
  • 均方根漏极电流(I_{DRMS})（(TC = 80°C)，(F{PWM} < 20 kHz)）：1.1A rms。
  • 最大功耗(P_D)（(T_C = 25°C)）：14.5W。
• 控制部分（每个HVIC）
  • 控制电源电压(V_{CC})：20V。
  • 高端偏置电压(V_{BS})：20V。
  • 输入信号电压(V{IN})：(-0.3 ~ V{CC} + 0.3)V。
• 自举二极管部分（每个自举二极管）
  • 最大重复反向电压(V_{RRMB})：500V。
  • 正向电流(I_{FB})（(T_C = 25°C)）：0.5A。
  • 峰值正向电流(I_{FPB})（(T_C = 25°C)，脉冲宽度小于1ms）：1.5A。

3.2 热阻参数

结到外壳的热阻(R_{theta JC})（每个MOSFET在逆变器工作条件下）为(8.6 °C/W)。

3.3 系统参数

• 工作结温(T_J)：(-40 ~ 150°C)。
• 储存温度(T_{STG})：(-40 ~ 125°C)。
• 隔离电压(V{ISO})：(1500 V{rms})（60Hz，正弦波，1分钟，引脚连接到散热板）。

四、引脚描述

该模块共有23个引脚，每个引脚都有特定的功能，例如：

• COM（引脚1）：IC公共电源地。
• V B(U)（引脚2）：U相高端MOSFET驱动的偏置电压。
• IN (UH)（引脚4）：U相高端信号输入。

五、电气特性

5.1 逆变器部分（每个MOSFET）

• 漏源击穿电压(BV_{DSS})：500V。
• 零栅压漏极电流(I_{DSS})：最大1mA。
• 静态漏源导通电阻(R_{DS(on)})：典型值1.0Ω，最大值1.4Ω。
• 漏源二极管正向电压(V_{SD})：最大1.2V。
• 开关时间(t{ON})：典型值600ns；(t{OFF})：500ns；反向恢复时间(t_{rr})：100ns。
• 开通能量(E{ON})：60 (mu J)；关断能量(E{OFF})：10 (mu J)。
• 反向偏置安全工作区（RBSOA）：在特定条件下为全方形。

5.2 控制部分（每个HVIC）

• 静态(V{CC})电流(I{QCC})：最大200 (mu A)。
• 静态(V{BS})电流(I{QBS})：最大100 (mu A)。
• 低侧欠压保护检测电平(UV{CCD})：7.4 - 9.4V；复位电平(UV{CCR})：8.0 - 9.8V。
• 高端欠压保护检测电平(UV{BSD})：7.4 - 9.4V；复位电平(UV{BSR})：8.0 - 9.8V。
• HVIC温度传感电压输出(V_{TS})：600 - 980mV。
• 导通阈值电压(V{IH})：最大2.9V；关断阈值电压(V{IL})：0.8V。

5.3 自举二极管部分（每个自举二极管）

• 正向电压(V_{FB})：典型值2.5V。
• 反向恢复时间(t_{rrB})：典型值80ns。

六、推荐工作条件

• 电源电压(V_{PN})：300 - 400V。
• 控制电源电压(V_{CC})：13.5 - 16.5V。
• 高端偏置电压(V_{BS})：13.5 - 16.5V。
• 输入导通阈值电压(V{IN(ON)})：3.0 - (V{CC})V。
• 输入关断阈值电压(V_{IN(OFF)})：0 - 0.6V。
• 消隐时间(t_{dead})：最小1.0 (mu s)。
• PWM开关频率(f_{PWM})：典型值15kHz。

七、应用电路注意事项

在设计应用电路时，需要注意以下几点：

• 自举电路元件参数依赖于PWM算法，对于15kHz的开关频率，可参考典型参数。
• 可使用RC耦合（(R{5})和(C{5})、(R{4})和(C{6})）和(C_{4})来防止因浪涌噪声导致的信号异常。
• PCB图案中的粗线应短而厚，以减少电路的杂散电感，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。
• 接地导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Motion SPM 5产品连接，并具有良好的高频纹波电流抑制特性。

八、总结

FSB50550AS Motion SPM® 5系列模块凭借其丰富的特性和出色的性能，为小功率交流电机驱动器提供了一个可靠的解决方案。电子工程师在设计电机驱动电路时，可以充分考虑该模块的各项参数和特性，以实现最佳的系统性能。同时，在实际应用中，还需要根据具体的需求和条件进行适当的调整和优化。大家在使用过程中有没有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。