FSBS3CH60 Motion SPM® 3 系列模块：高性能逆变器的理想之选

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的逆变器模块对于实现高效、可靠的电机控制至关重要。今天，我们就来详细了解一下 FSBS3CH60 Motion SPM® 3 系列模块，看看它有哪些特点和优势，能为我们的设计带来怎样的便利。

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产品背景与变更说明

Fairchild Semiconductor 已被 ON Semiconductor 收购，部分 Fairchild 可订购的产品编号需要更改以符合 ON Semiconductor 的系统要求。由于 ON Semiconductor 的产品管理系统无法处理带有下划线（）的部件命名，Fairchild 部件编号中的下划线（）将更改为短横线（-）。大家可通过 ON Semiconductor 网站验证更新后的设备编号，最新的订购信息也可在 www.onsemi.com 上找到。

产品特点

认证与性能

• UL 认证：获得 UL 认证（编号 E209204，UL1557），确保产品符合相关安全标准。
• 高电压与电流处理能力：具备 600 V - 3 A 的三相 IGBT 逆变器，能够满足多种电机控制的需求。
• 低损耗与短路额定 IGBT：采用低损耗、短路额定的 IGBT，有效降低能量损耗，提高系统的可靠性。
• 低热阻：使用陶瓷基板，具有较低的热阻，有助于散热，保证模块在高温环境下稳定运行。

设计优势

• 简化 PCB 布局：专用的 Vs 引脚简化了 PCB 布局，减少设计复杂度。
• 三相电流检测：低侧 IGBT 提供独立的开集电极引脚，方便进行三相电流检测。
• 单接地电源：仅需单接地电源，降低电源设计的难度。
• 高隔离等级：隔离等级为 2500 Vrms / min，提供良好的电气隔离。

应用领域

FSBS3CH60 主要应用于运动控制领域，适用于家电和工业电机。它能为交流感应电机（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级。

产品功能

集成电源功能

提供 600 V - 3 A 的 IGBT 逆变器，用于三相直流/交流电源转换。

集成驱动、保护和系统控制功能

• 高侧 IGBT：包含栅极驱动电路、高压隔离高速电平转换控制电路以及欠压锁定保护（UVLO）。
• 低侧 IGBT：具备栅极驱动电路、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，可及时反馈系统异常。
• 输入接口：采用有源高电平接口，支持 3.3 / 5 V 逻辑，具有施密特触发器输入。

引脚配置与说明

FSBS3CH60 共有 27 个引脚，每个引脚都有特定的功能，如电源输入、信号输入、故障输出等。详细的引脚说明如下：	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	C FOD	故障输出持续时间选择电容
8	C SC	短路电流检测输入电容（低通滤波器）
9	IN (UH)	高侧 U 相信号输入
10	V CC(UH)	U 相 IC 的高侧偏置电压
11	V B(U)	U 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压
12	V S(U)	U 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压地
13	IN (VH)	高侧 V 相信号输入
14	V CC(VH)	V 相 IC 的高侧偏置电压
15	V B(V)	V 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压
16	V S(V)	V 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压地
17	IN (WH)	高侧 W 相信号输入
18	V CC(WH)	W 相 IC 的高侧偏置电压
19	V B(W)	W 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压
20	V S(W)	W 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压地
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

电气特性

绝对最大额定值

• 逆变器部分：包括电源电压、集电极 - 发射极电压、集电极电流等参数的最大额定值。例如，电源电压（V PN）最大为 450 V，集电极 - 发射极电压（V CES）为 600 V。
• 控制部分：控制电源电压（V CC）最大为 20 V，输入信号电压（V IN）范围为 -0.3 ~ 17 V。
• 总系统：自保护电源电压极限（V PN(PROT)）为 400 V，模块外壳工作温度（T C）范围为 -20 ~ 100°C。

电气特性参数

在 (T_{J}=25^{circ} C) 条件下，给出了逆变器部分和控制部分的详细电气特性参数，如集电极 - 发射极饱和电压（V CE(SAT)）、开关时间、静态电流等。

推荐工作条件

为了确保 FSBS3CH60 模块的正常运行，推荐的工作条件如下：

• 电源电压（V PN）：300 - 400 V
• 控制电源电压（V CC）：13.5 - 16.5 V
• 高侧偏置电压（V BS）：13.0 - 18.5 V
• 控制电源变化率（dV CC / dt, dV BS / dt）：-1 - 1 V / s
• 消隐时间（t dead）：2.0 s
• PWM 输入信号频率（f PWM）：最大 20 kHz
• 电流检测电压（V SEN）：-4 - 4 V

保护功能时间图表

文档中给出了欠压保护（低侧和高侧）和短路保护的时间图表，清晰展示了在不同故障情况下模块的响应过程。例如，在欠压保护中，当检测到欠压时，IGBT 会关闭，故障输出信号会启动，直到电压恢复正常。

应用电路设计建议

推荐的 MCU I/O 接口电路

RC 耦合在每个输入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。逻辑输入适用于标准 CMOS 或 LSTTL 输出。

推荐的自举操作电路和参数

自举二极管（DBS）应具有软恢复和快速恢复特性，自举电阻（R BS）应是 R E(H) 的三倍。陶瓷电容应大于 1 F，并尽可能靠近模块引脚安装。

典型应用电路

为了避免故障，每个输入的布线应尽可能短（小于 2 - 3 cm）。VFO 输出为开集电极类型，需上拉到 5 V 电源正极，电阻约为 4.7 k。同时，还给出了电容选择、布线等方面的建议。

总结

FSBS3CH60 Motion SPM® 3 系列模块凭借其丰富的功能、良好的性能和完善的保护机制，为电机控制设计提供了一个可靠的解决方案。在实际应用中，电子工程师们需要根据具体的设计需求，合理选择工作条件和应用电路，以充分发挥该模块的优势。大家在使用过程中是否遇到过类似模块的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。