FSB50660SFS Motion SPM® 5 SuperFET® 系列模块：特性、参数与应用指南

在电子工程领域，功率模块的性能和可靠性对于各类电机驱动系统至关重要。今天我们来深入了解一下 FSB50660SFS Motion SPM® 5 SuperFET® 系列模块，它为交流感应、无刷直流（BLDC）和永磁同步（PMSM）电机提供了高性能的逆变器输出级解决方案。

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一、模块概述

FSB50660SFS 是一款先进的 Motion SPM® 5 模块，适用于冰箱、风扇和泵等设备中的电机驱动。该模块集成了优化的栅极驱动器和内置 MOSFET（采用 SuperFET® 技术），旨在将电磁干扰（EMI）和损耗降至最低，同时提供多种保护功能，如欠压锁定和热监测。

二、模块特性

2.1 安全认证与基本参数

• UL 认证：获得 UL 认证（编号 E209204，UL1557），为产品的安全性提供了可靠保障。
• 高耐压 MOSFET：采用 600V 的 SuperFET MOSFET，最大 (R_{DS(on)} = 700 mOmega)，适用于多种高压应用场景。

  2.2 电路设计优势

• 内置自举二极管：简化了 PCB 布局，减少了外部元件的使用，提高了电路的集成度和可靠性。
• 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，为电机控制算法提供更精确的数据。

  2.3 接口与性能优化

• 逻辑兼容性：采用有源高电平接口，可与 3.3V 或 5V 逻辑兼容，并且具有施密特触发输入，增强了信号的抗干扰能力。
• 低 EMI 设计：经过优化，有效降低了电磁干扰，减少了对周围电子设备的影响。

  2.4 保护与监测功能

• 温度监测：内置 HVIC 温度传感功能，可实时监测模块温度，防止过热损坏。
• 欠压保护：HVIC 具备欠压保护功能，确保模块在电压异常时能安全工作。

  2.5 其他特性

• 隔离等级：隔离额定值为 1500Vrms / 1min，提供了良好的电气隔离性能。
• 湿度敏感度：湿度敏感等级（MSL）为 3，适应一定的湿度环境。
• 环保标准：符合 RoHS 标准，环保无污染。

三、应用领域

该模块主要应用于小功率交流电机驱动的三相逆变器驱动，如冰箱、风扇和泵等设备中的电机控制。其高性能和可靠性能够满足这些设备对电机驱动的严格要求。

四、绝对最大额定值

4.1 逆变器部分（每个 MOSFET）

符号	参数	条件	额定值	单位
(V_{DSS})	每个 MOSFET 的漏源电压	-	600	V
(*I_{D25})	每个 MOSFET 的连续漏极电流（(T_C = 25°C)）	-	3.1	A
(*I_{D80})	每个 MOSFET 的连续漏极电流（(T_C = 80°C)）	-	2.3	A
(*I_{DP})	每个 MOSFET 的峰值漏极电流（(T_C = 25°C)，(PW < 100 mu s)）	-	8.1	A
(*I_{DRMS})	每个 MOSFET 的均方根漏极电流（(TC = 80°C)，(F{PWM} < 20 kHz)）	-	1.6	(A_{rms})
(*P_{D})	每个 MOSFET 的最大功耗（(T_C = 25°C)）	-	14.2	W

4.2 控制部分（每个 HVIC）

符号	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

4.3 自举二极管部分（每个自举二极管）

符号	参数	条件	额定值	单位
(V_{RRMB})	最大重复反向电压	-	600	V
(*I_{FB})	正向电流（(T_C = 25°C)）	-	0.5	A
(*I_{FPB})	正向峰值电流（(T_C = 25°C)，脉冲宽度 < 1ms）	-	1.5	A

4.4 热阻与系统参数

符号	参数	条件	额定值	单位
(R_{theta JC})	结到外壳的热阻（逆变器工作条件下每个 MOSFET）	-	8.8	(°C/W)
(T_{J})	工作结温	-	-40 ~ 150	(°C)
(T_{STG})	储存温度	-	-40 ~ 125	(°C)
(V_{ISO})	隔离电压（60Hz，正弦波，1 分钟，引脚连接到散热板）	-	1500	(V_{rms})

需要注意的是，标记 “*” 的值为计算值或设计因数。

五、引脚描述

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 相高端 MOSFET 驱动偏置电压
3	(V_{CC(U)})	U 相 IC 和低端 MOSFET 驱动偏置电压
4	(IN (UH))	U 相高端信号输入
5	(IN (UL))	U 相低端信号输入
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 和低端 MOSFET 驱动偏置电压
9	(IN (VH))	V 相高端信号输入
10	(IN (VL))	V 相低端信号输入
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 和低端 MOSFET 驱动偏置电压
14	(IN (WH))	W 相高端信号输入
15	(IN (WL))	W 相低端信号输入
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

每个低侧 MOSFET 的源极端子在 Motion SPM® 5 产品内部未连接到电源地或偏置电压地，需要根据图 3 进行外部连接。

六、电气特性

6.1 逆变器部分（每个 MOSFET）

符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(BV_{DSS})	漏源击穿电压	(V{IN} = 0 V)，(I{D} = 1 mA)	600	-	-	V
(I_{DSS})	零栅压漏极电流	(V{IN} = 0 V)，(V{DS} = 600 V)	-	-	1	mA
(R_{DS(on)})	静态漏源导通电阻	(V{CC} = V{BS} = 15 V)，(V{IN} = 5 V)，(I{D} = 1.5 A)	-	600	700	(mOmega)
(V_{SD})	漏源二极管正向电压	(V{CC} = V{BS} = 15 V)，(V{IN} = 0 V)，(I{D} = -1.5 A)	-	-	1.1	V
(t_{ON})	开关时间	(V{PN} = 300 V)，(V{CC} = V{BS} = 15 V)，(I{D} = 1.5 A)，(V_{IN} = 0 V to 5 V)，感性负载 (L = 3 mH)，高低侧 MOSFET 开关	-	950	-	ns
(t_{OFF})	-	-	820	-	ns
(t_{rr})	-	-	120	-	ns
(E_{ON})	-	-	130	-	(mu J)
(E_{OFF})	-	-	5	-	(mu J)
(RBSOA)	反向偏置安全工作区	(V{PN} = 400 V)，(V{CC} = V{BS} = 15 V)，(I{D} = I{DP})，(V{DS} = BV{DSS})，(T{J} = 150°C)，高低侧 MOSFET 开关	-	全方形	-	-

6.2 控制部分（每个 HVIC）

符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(I_{QCC})	静态 (V_{CC}) 电流	(V{CC} = 15 V)，(V{IN} = 0 V)（(V_{CC}) 和 COM 之间）	-	-	200	(mu A)
(I_{QBS})	静态 (V_{BS}) 电流	(V{BS} = 15 V)，(V{IN} = 0 V)（(V{B(U)} - U)，(V{B(V)} - V)，(V_{B(W)} - W) 之间）	-	-	100	(mu A)
(UV_{CCD})	低侧欠压保护检测电平	(V_{CC})	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	(V_{BS})	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} = 15 V)，(T{HVIC} = 25°C)	600	790	980	mV
(V_{IH})	导通阈值电压（逻辑高电平）	(IN) 和 COM 之间	-	-	2.9	V
(V_{IL})	关断阈值电压（逻辑低电平）	-	0.8	-	-	V

6.3 自举二极管部分（每个自举二极管）

符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{FB})	正向电压	(I{F} = 0.1 A)，(T{C} = 25°C)	-	2.5	-	V
(t_{rrB})	反向恢复时间	(I{F} = 0.1 A)，(T{C} = 25°C)	-	80	-	ns

需要注意的是，(t{ON}) 和 (t{OFF}) 包含内部驱动 IC 的传播延迟，所列值是在实验室测试条件下测量的，实际应用中可能会因不同的印刷电路板和布线而有所不同。(V_{TS}) 仅用于模块温度传感，不能自动关闭 MOSFET。内置自举二极管具有约 15Ω 的电阻特性。

七、推荐工作条件

符号	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）	-	-	300	450	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 ~ 16.5 V)，(T_{J} leq 150°C)	1.0	-	-	(mu s)
(f_{PWM})	PWM 开关频率（(T_{J} leq 150°C)）	-	20	-	kHz

这些值取决于 PWM 控制算法。在设计电路时，需要根据实际情况合理选择参数，以确保模块的正常运行。

八、设计注意事项

8.1 自举电路参数

自举电路元件的参数取决于 PWM 算法。对于 15kHz 的开关频率，文档给出了典型的参数示例。在实际设计中，需要根据具体的应用需求进行调整。

8.2 抗干扰措施

在 Motion SPM 5 产品和 MCU 的每个输入处，可以使用 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错误信号。

8.3 PCB 布局

PCB 布局对于模块的性能至关重要。粗线应尽量短而厚，以减小电路的杂散电感，从而降低浪涌电压。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。

8.4 温度测量

为了准确测量模块的温度，应将热电偶附着在 SPM 5 封装的散热片顶部（如果适用，位于 SPM 5 封装和散热片之间）。

九、总结

FSB50660SFS Motion SPM® 5 SuperFET® 系列模块具有诸多优点，如高耐压、低 EMI、多种保护功能等，适用于小功率交流电机驱动的三相逆变器应用。在使用该模块时，需要严格按照其绝对最大额定值和推荐工作条件进行设计，同时注意 PCB 布局和抗干扰措施，以确保模块的性能和可靠性