FSB50250AS Motion SPM® 5 系列模块：高性能逆变器的理想之选

在电子工程师的日常工作中，选择合适的模块来实现高性能的逆变器输出是一项关键任务。今天，我们就来深入了解一下 FSB50250AS Motion SPM® 5 系列模块，看看它有哪些出色的特性和应用。

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模块概述

FSB50250AS 是一款先进的 Motion SPM® 5 模块，专为交流感应、无刷直流电机和 PMSM 电机提供全面的高性能逆变器输出平台。它综合优化了内置 MOSFETs（FRFET® 技术）的栅极驱动，能够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，集成了欠压闭锁和热量监测功能。内置的高速 HVIC 只需一个单电源电压，就能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。此外，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。

特性亮点

认证与标准

• 通过 UL 第 E209204 号认证 (UL1557)，确保了产品的安全性和可靠性。
• 符合 RoHS 标准，满足环保要求。

电气性能

• 500 V (R_{DS(on)}=3.8 Omega)（最大值）的 FRFET MOSFET 三相逆变器，带有栅极驱动器和保护功能。
• 内置自举二极管，简化了印刷电路板布局。
• 低端 MOSFET 的三个独立开源引脚，可用于三相电流感测。

接口与逻辑

• 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。
• 针对低电磁干扰进行优化，提高了系统的稳定性。

温度与绝缘

• 内置于 HVIC 的温度感测功能，可实时监测模块温度。
• 用于栅极驱动和欠压保护的 HVIC 绝缘等级为 (1500 V) /分钟，湿度敏感等级 (MSL) 3。

绝对最大额定值

逆变器部分

符号	参数	工作条件	额定值	单位
V DSS	单个 MOSFET 的漏极 - 源极电压		500	V
*I D 25	单个 MOSFET 的漏极持续电流	T C = 25°C	1.2	A
*I D 80	单个 MOSFET 的漏极持续电流	T C = 80°C	0.9	A
*I DP	单个 MOSFET 的漏极峰值电流	T C = 25°C, PW < 100 μs	3.1	A
*I DRMS	单个 MOSFET 的漏极电流有效值	T C = 80°C, F PWM < 20 kHz	0.6	A rms
*P D	最大功耗	T C = 25°C, 单个 MOSFET	13.4	W

控制部分

符号	参数	工作条件	额定值	单位
V CC	控制电源电压	施加在 V CC 和 COM 之间	20	V
V BS	高端偏压	施加在 V B 和 V S 之间	20	V
V IN	输入信号电压	施加在 V IN 和 COM 之间	-0.3 ~ V CC + 0.3	V

自举二极管部分

符号	参数	工作条件	额定值	单位
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	正向电流(峰值)	T C = 25°C , 脉冲宽度小于 1 ms	1.5	A

热阻与系统参数

符号	参数	工作条件	额定值	单位
R θJC	结点 - 壳体的热阻	逆变器工作条件下的单个 MOSFET (注 1 )	9.3	°C/W
T J	工作结温		-40 ~ 150	°C
T STG	存储温度		-40 ~ 125	°C
V ISO	绝缘电压	60 Hz ,正弦波形, 1 分钟,连接陶瓷基板到引脚	1500	V rms

注：1. 关于壳体温度(TC)的测量点，参见图 4。2. 标记为 “ * “ 的为计算值或设计因素。

引脚描述

引脚号	引脚名	引脚描述
1	COM	IC 公共电源接地
2	V B(U)	U 相高端 MOSFET 驱动的偏压
3	V CC(U)	U 相 IC 和低端 MOSFET 驱动的偏压
4	IN (UH)	U 相高端的信号输入
5	IN (UL)	U 相低端的信号输入
6	N.C	无连接
7	V B(V)	V 相高端 MOSFET 驱动的偏压
8	V CC(V)	V 相 IC 和 低端 MOSFET 驱动的偏压
9	IN (VH)	V 相高端的信号输入
10	IN (VL)	V 相低端的信号输入
11	V TS	HVIC 温度感测输出
12	V B(W)	W 相高端 MOSFET 驱动的偏压
13	V CC(W)	W 相 IC 和低端 MOSFET 驱动的偏压
14	IN (WH)	W 相高端的信号输入
15	IN (WL)	W 相低端的信号输入
16	N.C	无连接
17	P	直流输入正端
18	U, V S(U)	高端 MOSFET 驱动的 U 相偏压接地输出
19	N U	U 相的直流输入负端
20	N V	V 相的直流输入负端
21	V, V S(V)	高端 MOSFET 驱动的 V 相偏压接地输出
22	N W	W 相的直流输入负端
23	W, V S(W)	高端 MOSFET 驱动的 W 相偏压接地输出

注：每个低端 MOSFET 的源极端子与 Motion SPM® 5 中的电源接地或偏压接地不连接，外部连接应当如图 3 所示。

电气特性

逆变器部分

符号	参数	工作条件	最小值	典型值	最大值	单位
BVDSS	漏极 - 源极击穿电压	VIN = 0 V, ID = 1 mA (注 1)	500			V
IDSS	零栅极电压漏极电流	VIN = 0 V, VDS = 500 V			1 mA
RDS(on)	漏极至源极静态导通电阻	VCC = VBS = 15 V, VIN = 5 V, ID = 0.5 A	2.5	3.8		
VSD	漏极 - 源极二极管正向电压	VCC = VBS = 15 V, VIN = 0 V, ID = -0.5 A			1.2	V
tON	开关时间	VPN = 300 V, VCC = VBS = 15 V, ID = 0.5 A VIN = 0 V  5 V, 电感负载 L = 3 mH		1150		ns
tOFF	开关时间			950		ns
trr	开关时间			190		ns
EON	开关能量			40		μJ
EOFF	开关能量			10		μJ
RBSOA	反向偏压安全工作区	VPN = 400 V, VCC = VBS = 15 V, ID = IDP, VDS = BVDSS, TJ = 150°C			整个区域

控制部分

符号	参数	工作条件	最小值	典型值	最大值	单位
IQCC	VCC 静态电流	VCC = 15 V, VIN = 0 V 施加在 VCC 和 COM 之间			200	μA
IQBS	VBS 静态电流	VBS = 15 V, VIN = 0 V VB(V) - V, VB(W) - W 施加在 VB(U) - U			100	μA
UVCCD	VCC 欠压保护检测电平		7.4	8.0	9.4	V
UVCCR	VCC 欠压保护复位电平		8.0	8.9	9.8	V
UVBSD	VBS 欠压保护检测电平		7.4	8.0	9.4	V
UVBSR	VBS 欠压保护复位电平		8.0	8.9	9.8	V
VTS	HVIC 温度感测电压输出	VCC = 15 V, THVIC = 25°C (注 4)	600	790	980	mV
VIH	导通阈值电压	逻辑高电平 2.9 V 施加在 VIN 和 COM 之间				V
VIL	关断阈值电压	逻辑低电平 0.8 V				V

自举二极管部分

符号	参数	工作条件	最小值	典型值	最大值	单位
VFB	正向电压	IF = 0.1 A, TC = 25°C (注 5)		2.5		V
trrB	反向恢复时间	IF = 0.1 A, TC = 25°C		80		ns

注：

1. (BVDSS) 是 Motion SPM® 5 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，(Vpu) 应远低于该值，因此 (VPR) 在任何情况下不得超过 (BVoss)。
2. (t{ON}) 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。请参阅图 6 介绍的开关测试电路。
3. 每个 MOSFET 在开关工作时的峰值电流和电压也应在安全工作区(SOA)的范围内。请参阅图 7 中的 RBSOA 测试电路，它与开关测试电路相同。
4. (v_{ts}) 只能用作模块的温度感测，但不能自动关闭 MOSFETs。
5. 内置自举二极管其阻抗特性约为 15 。请参阅图 2。

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 CC	控制电源电压	施加在 V CC 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
V IN(ON)	输入导通阈值电压	施加在 V 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	防止桥臂直通的死区时间	V CC = V BS = 13.5 ~ 16.5 V, T J  150°C	1.0			μs
f PWM	PWM 开关频率	T J  150°C		15		kHz

应用与注意事项

应用场景

FSB50250AS 模块适用于小功率交流电机驱动器的三相逆变器驱动，为电机控制提供了可靠的解决方案。

注意事项

• 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。
• Motion SPM 5 产品和 MCU 的每个输入端的 RC 耦合 ((R{5}) 和 (C{5}) 、(R{4}) 和 (C{6}) 、(C_{4}))，可用于防止由浪涌噪声产生的错误信号。
• 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，从而降低浪涌电压。旁路电容 (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。
• 由于位于 COM 和低端 MOSFET 的源极端子之间，(R{3}) 的压降会影响低端的开关性能和自举特性。为此，稳态情况下 (R{3}) 的压降应小于 1 V。
• 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。
• 所有的滤波电容器应紧密连接到 Motion SPM 5 产品，它们应当具有能够很好的阻挡高频纹波电流的特性。

总结

FSB50250AS Motion SPM® 5 系列模块以其出色的性能、丰富的特性和广泛的应用场景，为电子工程师提供了一个可靠的逆变器解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择工作参数，并注意相关的注意事项，以确保模块的稳定运行。你在使用类似模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。