FSB70550 Motion SPM® 7系列模块：小功率交流电机驱动的理想之选
FSB70550 Motion SPM® 7系列模块：小功率交流电机驱动的理想之选
在电子工程师的日常工作中，为小功率交流电机驱动器选择合适的三相逆变器驱动模块至关重要。今天，我们就来深入剖析FSB70550 Motion SPM® 7系列模块，看看它有哪些独特之处。
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一、模块概述
FSB70550是一款先进的SPM® 7模块，专为交流感应、BLDC和PMSM电机提供功能齐全的高性能逆变输出级。它综合优化了内置MOSFETs（FRFET®技术）的栅极驱动，能有效最小化电磁干扰和能量损耗。同时，该模块还具备多重模组保护特性，集成了欠压闭锁、热量监测、故障报告和互锁功能。内置的HVIC可将逻辑电平栅极输入转化为适合驱动模块内部MOSFET的高电压、高电流驱动信号。独立的开源MOSFET端子在每个相位均有效，可支持大量不同种类的控制算法。
二、特性亮点
1. 认证与封装
- 通过UL第E209204号认证（UL1557），这为产品的安全性和可靠性提供了有力保障。
- 采用高性能PQFN封装，内置500V (R_{DS(on)}=1.85 Omega)（最大值）FRFET MOSFET三相逆变器，带有栅极驱动器和保护功能。
2. 电流感测与接口
- 低端MOSFET的三个独立开源引脚用于三相电流感测，高电平有效接口可用于3.3 / 5 V逻辑电平，施密特触发脉冲输入，方便与各种控制系统进行连接。
3. 电磁干扰优化
针对低电磁干扰进行了优化，这在实际应用中能有效减少对其他电子设备的干扰，提高整个系统的稳定性。
4. 温度监测与保护
- HVIC内嵌温度感测功能，可用于监控温度。
- 栅极驱动HVIC具有欠压保护和互锁功能，能有效保护模块免受异常情况的损害。
5. 绝缘与湿度等级
6. 环保标准
符合RoHS标准，体现了产品的环保特性。
三、绝对最大额定值
1. 逆变器部分
| 符号 | 参数 | 工作条件 | 额定值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| VDSS | 单个MOSFET的漏极—源极电压 | - | 500 | V |
| *ID 25 | 单个MOSFET的漏极持续电流 | TCB = 25°C（注1） | 5.3 | A |
| *ID 80 | 单个MOSFET的漏极持续电流 | TCB = 80°C | 3.9 | A |
| *IDP | 单个MOSFET的漏极峰值电流 | TCB = 25°C，PW < 100 μs | 10.6 | A |
| *PD | 最大功耗 | TCB = 25°C，单个MOSFET | 110 | W |
注： (T_{C B}) 是壳体底部的垫片温度；标记为“ * ” 的为计算值或设计因素。
2. 控制部分
| 符号 | 参数 | 工作条件 | 额定值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| VDD | 控制电源电压 | 施加在VDD和COM之间 | 20 | V |
| VBS | 高端偏压 | 施加在VB和VS之间 | 20 | V |
| VIN | 输入信号电压 | 施加在IN和COM之间 | -0.3 ~ VDD + 0.3 | V |
| VFO | 故障输出电源电压 | 施加在FO和COM之间 | -0.3 ~ VDD + 0.3 | V |
| IFO | 故障输出电流 | 灌电流FO引脚 | 5 | mA |
| VCSC | 电流感测输入电压 | 施加在Csc和COM之间 | -0.3 ~ VDD + 0.3 | V |
3. 整个系统
| 符号 | 参数 | 工作条件 | 额定值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| TJ | 工作结温 | -40 ~ 150 | °C | |
| TSTG | 存储温度 | -40 ~ 125 | °C | |
| VISO | 绝缘电压 | 60 Hz，正弦波形，1分钟，连接陶瓷基板到引脚 | 1500 | Vrms |
四、引脚描述
| 引脚号 | 引脚名 | 引脚描述 |
|---|---|---|
| 1 | /FO | 故障输出 |
| 2 | V TS | 以电压形式输出的HVIC温度 |
| 3 | Cfod | 用于故障输出持续时间的电容 |
| 4 | Csc | 短路电流感测输入电容（低通滤波器） |
| 5 | V DD | 驱动IC和MOSFET的电源偏置电压 |
| 6 | IN_UH | 高端U相的信号输入 |
| 7 | IN_VH | 高端V相的信号输入 |
| 8 (8a) | COM | 公共电源接地 |
| 9 | IN_WH | 高端W相的信号输入 |
| 10 | IN_UL | 低端U相的信号输入 |
| 11 | IN_VL | 低端V相的信号输入 |
| 12 | IN_WL | 低端W相的信号输入 |
| 13 | Nu | U相的直流输入负端 |
| 14 | U | U相输出 |
| 15 | Nv | V相的直流输入负端 |
| 16 | V | V相输出 |
| 17 | W | W相输出 |
| 18 | Nw | W相的直流输入负端 |
| 19 | V S(W) | W相MOSFET驱动的高端偏压接地 |
| 20 | P W | W相的直流输入正端 |
| 21 | P V | V相的直流输入正端 |
| 22 | P U | U相的直流输入正端 |
| 23 (23a) | V S(V) | V相MOSFET驱动的高端偏压接地 |
| 24 (24a) | V S(U) | U相MOSFET驱动的高端偏压接地 |
| 25 | V B(U) | U相MOSFET驱动的高端偏压 |
| 26 | V B(V) | V相MOSFET驱动的高端偏压 |
| 27 | V B(W) | W相MOSFET驱动的高端偏压 |
注：每个低端MOSFET的源极端子与Motion SPM® 7中的电源接地或偏压接地不连接，外部连接应当如图2所示；后缀为 -a的垫片连接到相同数字的引脚，例如：8和8a在内部连接在一起。
五、电气特性
1. 逆变器部分
| 符号 | 参数 | 工作条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| BV DSS | 漏极 - 源极击穿电压 | V IN = 0 V，I D = 1 mA（注1） | 500 | - | - | V |
| I DSS | 零栅极电压漏极电流 | V IN = 0 V，V DS = 500 V | - | - | 1 | mA |
| R DS(on) | 漏极至源极静态导通电阻 | V DD = V BS = 15 V，V IN = 5 V，I D = 1.0 A | - | 1.6 | 1.85 | Ω |
| V SD | 漏极 - 源极二极管正向电压 | V DD = V BS = 15V，V IN = 0 V，I D = -1.0 A | - | 0.9 | 1.2 | V |
| t ON | 开关时间 | V PN = 300 V ，V DD = V BS = 15 V ，I D = 1.0 A V IN = 0 V ↔ 5 V ，电感负载L = 3 mH 低端MOSFET开关（注2） | - | 600 | - | ns |
| t D(ON) | - | 540 | - | ns | ||
| t OFF | - | 480 | - | ns | ||
| t D(OFF) | - | 410 | - | ns | ||
| I rr | - | 1.4 | - | A | ||
| t rr | - | 90 | - | ns | ||
| E ON | - | 45 | - | μ J | ||
| E OFF | - | 7 | - | μ J |
注： (BV DSS) 是Motion (SPM) 产品中的单个MOSFET的漏极和源极端子之间的绝对最大额定电压。考虑到寄生电感， (VFN) 应远低于该值，因此 (VPN) 在任何情况下不得超过 (BVDSS)；t (row) 和t (OFF) 包括内部驱动IC的传输延迟，所列出的数值是在实验室测试条件下测得，在实际应用中因为印刷电路板和布线的差异，数值也会有所不同。
2. 控制部分
| 符号 | 参数 | 工作条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I QDD | V DD静态电流 | V DD =15V，V IN =0V | V DD - COM | - | 1.7 | 3.0 | mA |
| I QBS | V BS静态电流 | V BS =15V，V IN =0V | V B(X) -V S(X) ，V B(V) -V S(V) ， V B(W) -V S(W) | - | 45 | 70 | μ A |
| I PDD | V DD工作电流 | V DD =15V ，F PWM =20kHz ， 占空比 =50% ，PWM信号低端输入 | V DD - COM | - | 1.9 | 3.2 | mA |
| I PBS | V BS工作电流 | V BS =15V ，F PWM =20kHz ， 占空比 =50% ，PWM信号高端输入 | V B(U) -V S(U) ，V B(V) -V S(V) ， V B(W) -V S(W) | - | 300 | 400 | μ A |
| UV DDD | 低端欠压保护（图6） | V DD欠压保护检测电平 | 7.4 | 8.0 | 9.4 | V | |
| UV DDR | V DD欠压保护复位电平 | 8.0 | 8.9 | 9.8 | V | ||
| UV BSD | 高端欠压保护（图7） | V BS欠压保护检测电平 | 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温度感测电压输出 | V DD =15 V，T HVIC =25°C（注3） | 580 | 675 | 770 | mV | |
| V IH | 导通阈值电压 | 逻辑高电平 | IN - COM | - | - | 2.4 | V |
| V IL | 关断阈值电压 | 逻辑低电平 | 0.8 | - | - | V | |
| V SC(ref) | 短路电流保护触发电平 | V DD =15 V | C SC - COM | 0.45 | 0.5 | 0.55 | V |
| t FOD | 故障输出脉宽 | C FOD =33 nF（注4） | 1.0 | 1.4 | 1.8 | ms |
注： (VTS) 只能用作模块的温度感测，但不能自动关闭MOSFETs；故障输出脉宽 (FOD) 取决于电容 (C{F O D}) 的值，可采用下面的近似公式进行计算： (C{F O D}=24 ×10^{-6} ×t_{F O D}) 。
六、推荐工作条件
| 符号 | 参数 | 工作条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| V PN | 电源电压 | 施加在P和N之间 | - | 300 | 400 | V |
| V DD | 控制电源电压 | 施加在V DD和COM之间 | 13.5 | 15.0 | 16.5 | V |
| V BS | 高端偏压 | 施加在V B和V S之间 | 13.5 | 15.0 | 16.5 | V |
| dV DD /dt, dV BS /dt | 控制电源波动 | -1.0 | - | 1.0 | V/ μ s | |
| t dead | 防止桥臂直通的死区时间 | V DD = V BS = 13.5 ~ 16.5 V，T J ≤ 150°C | 500 | - | - | ns |
| f PWM | PWM开关频率 | T J ≤ 150°C | - | 15 | - | kHz |
七、热阻
| 符号 | 参数 | 工作条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| R θJCB | 结点 — 壳体底部的热阻 | 单个MOSFET工作条件下（注1） | - | 0.9 | - | °C/W |
注： (RUCB) 是根据应用电路板布局得出的模拟值（请参考用户指导手册SPM7系列）；自举电路的参数取决于PWM算法，上述为开关频率为15 kHz时的参数的典型例子；每个输入端的RC耦合（ ((R5) 和 (C_{5} )) ），可用于防止由浪涌噪声产生的错误输入信号； (SPM) 的信号输入与标准COMS或LSTTL的输出兼容；印刷电路板图形中的粗线应尽量短且粗，以减少电路中的寄生电感，从而导致浪涌电压的降低。
八、应用建议
在实际应用中，所有的滤波电容器应紧密连接到Motion SPM 7产品，它们应当具有能够很好的阻挡高频纹波电流的特性。Motion SPM® 7产品和MCU的每个输入端的RC耦合（ (( R{5}) 和 (C{5}) ， (R{2}) 和 (C6)) 和C1.C5 (C{7}) (C_{8}) ），能有效防止由浪涌噪声产生的错误的输入信号。为避免浪涌电压和HVIC故障，接地线和输出端子之间的接线应短且粗。
FSB70550 Motion SPM® 7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的设计提供了一个优秀的解决方案。作为电子工程师，在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理使用该模块，以充分发挥其优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。
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