FSB50550ASE Motion SPM® 5 系列模块：高效电机驱动解决方案

一、引言

作为电子工程师，在设计电机驱动系统时，我们常常需要寻找性能优异、功能丰富且易于集成的解决方案。FSB50550ASE Motion SPM® 5 系列模块就是这样一款值得关注的产品。它由 Fairchild Semiconductor 推出，如今已成为 ON Semiconductor 的一部分。下面，我们就来详细了解一下这款模块的特点、应用以及相关技术参数。

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二、产品特点

（一）电气特性

1. 高耐压 MOSFET：该模块采用 500V (R_{DS(on)} = 1.4 Omega)（Max）的 FRFET MOSFET，能够承受较高的电压，适用于多种应用场景。
2. 内置自举二极管：内置的自举二极管简化了 PCB 布局，减少了外部元件的使用，提高了系统的集成度。
3. 三相电流检测：提供独立的开源引脚，用于三相电流检测，方便实现精确的电机控制。
4. 逻辑接口兼容性：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，增强了抗干扰能力。
5. 低电磁干扰：经过优化设计，能够有效降低电磁干扰，提高系统的稳定性。
6. 温度监测：内置 HVIC 温度传感器，可实时监测模块温度，确保系统在安全的温度范围内运行。
7. 高隔离等级：隔离等级达到 (1500 ~V_{rms} / min)，提供了良好的电气隔离性能。
8. 湿度敏感等级：MSL 3 等级，适用于一般的环境条件。
9. 环保合规：符合 RoHS 标准，满足环保要求。

（二）保护功能

模块提供了多种保护功能，如欠压锁定和热监测等，能够有效保护 MOSFET 和其他元件，提高系统的可靠性。

三、应用领域

FSB50550ASE Motion SPM® 5 系列模块主要应用于小功率交流电机驱动的三相逆变器驱动，适用于各种需要精确控制电机的场合，如工业自动化、家电等领域。

四、技术参数

（一）绝对最大额定值

部分	符号	参数	条件	额定值	单位
逆变器部分（每个 MOSFET）	(V_{DSS})	漏源电压		500	V
	(*I_{D25})	连续漏极电流（(T_C = 25°C)）		2.0	A
	(*I_{D80})	连续漏极电流（(T_C = 80°C)）		1.5	A
	(*I_{DP})	峰值漏极电流（(T_C = 25°C)，(PW < 100 mu s)）		5.0	A
	(*I_{DRMS})	均方根漏极电流（(TC = 80°C)，(F{PWM} < 20 kHz)）		1.1	(A_{rms})
	(*P_D)	最大功耗（(T_C = 25°C)，每个 MOSFET）		14.5	W
控制部分（每个 HVIC）	(V_{CC})	控制电源电压	施加于 (V_{CC}) 和 COM 之间	20	V
	(V_{BS})	高端偏置电压	施加于 (V_B) 和 (V_S) 之间	20	V
	(V_{IN})	输入信号电压	施加于 IN 和 COM 之间	(-0.3 ~ V_{CC} + 0.3)	V
自举二极管部分（每个自举二极管）	(V_{RRMB})	最大重复反向电压		500	V
	(*I_{FB})	正向电流（(T_C = 25°C)）		0.5	A
	(*I_{FPB})	峰值正向电流（(T_C = 25°C)，脉冲宽度 < 1ms）		1.5	A
热阻	(R_{theta JC})	结到外壳热阻	逆变器工作条件下每个 MOSFET	8.6	(°C/W)
总系统	(T_J)	工作结温		(-40 ~ 150)	(°C)
	(T_{STG})	存储温度		(-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})

（二）电气特性（(TJ = 25^{circ}C)，(V{CC} = V_{BS} = 15 ~V)）

部分	符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
逆变器部分（每个 MOSFET）	(BV_{DSS})	漏源击穿电压	(V_{IN} = 0 V)，(I_D = 1 mA)	500	-	-	V
	(I_{DSS})	零栅压漏极电流	(V{IN} = 0 V)，(V{DS} = 500 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 = 1.2 A)	-	1.0	1.4	(Omega)
	(V_{SD})	漏源二极管正向电压	(V{CC} = V{BS} = 15V)，(V_{IN} = 0 V)，(I_D = -1.2 A)	-	-	1.2	V
	(t_{ON})	开关时间	(V{PN} = 300 V)，(V{CC} = V_{BS} = 15 V)，(ID = 1.2 A)，(V{IN} = 0 V to 5 V)，感性负载 (L = 3 mH)	-	2800	-	ns
	(t_{OFF})			740	-	ns
	(t_{rr})			290	-	ns
	(E_{ON})			270	-	(mu J)
	(E_{OFF})			10	-	(mu J)
	(RBSOA)	反向偏置安全工作区	(V{PN} = 400 V)，(V{CC} = V_{BS} = 15 V)，(ID = I{DP})，(V{DS} = BV{DSS})，(T_J = 150°C)		全方形
控制部分（每个 HVIC）	(I_{QCC})	静态 (V_{CC}) 电流	(V{CC} = 15 V)，(V{IN} = 0 V)，施加于 (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)，施加于 (V{B(U)} - U)，(V{B(V)} - V)，(V_{B(W)} - W) 之间	-	-	100	(mu A)
	(UV_{CCD})	低端欠压保护检测电平	(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，施加于 IN 和 COM 之间	-	-	2.9	V
	(V_{IL})	关断阈值电压	逻辑低电平	0.8	-	-	V
自举二极管部分（每个自举二极管）	(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

（三）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	施加于 P 和 N 之间	-	300	400	V
(V_{CC})	控制电源电压	施加于 (V_{CC}) 和 COM 之间	13.5	15.0	16.5	V
(V_{BS})	高端偏置电压	施加于 (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	施加于 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)	0	-	-	(mu s)
(f_{PWM})	PWM 开关频率	(T_J leq 150°C)	-	15	-	kHz

五、引脚说明

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

六、设计注意事项

（一）PCB 布局

1. 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。
2. 在 Motion SPM 5 产品和 MCU 的每个输入处使用 RC 耦合（(R_5) 和 (C_5) 以及 (C_4)），可防止浪涌噪声引起的信号异常。
3. PCB 图案中的粗线应短而厚，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。

（二）温度测量

将热电偶附着在 SPM 5 封装的散热片顶部（如果有应用，在 SPM 5 封装和散热片之间），以获得正确的温度测量值。

（三）应用电路

1. 关于引脚位置，可参考引脚配置图。
2. 在 Motion SPM 5 产品和 MCU 的每个输入处使用 RC 耦合（(R_5) 和 (C_5)、(R_4) 和 (C_6) 以及 (C_4)），有助于防止浪涌噪声引起的输入信号异常。
3. (R_3) 上的电压降会影响低端开关性能和自举特性，稳态时 (R_3) 上的电压降应小于 1V。
4. 接地线和输出端子应粗而短，以避免浪涌电压和 HVIC 故障。
5. 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。

七、总结

FSB50550ASE Motion SPM® 5 系列模块是一款功能强大、性能优异的电机驱动解决方案。它具有高耐压、低电磁干扰、多种保护功能等特点，适用于小功率交流电机驱动。在设计过程中，我们需要根据其技术参数和设计注意事项进行合理的布局和应用，以确保系统的稳定性和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似模块的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。