FNB41560/FNB41560B2 Motion SPM® 45系列模块：高性能逆变器解决方案

在电子工程师的日常工作中，寻找高性能、可靠的逆变器解决方案是一个常见的需求。今天，我们就来深入探讨一下FNB41560/FNB41560B2 Motion SPM® 45系列模块，看看它能为我们带来哪些惊喜。

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一、公司背景与产品变更说明

Fairchild Semiconductor已成为ON Semiconductor的一部分。由于系统要求，部分Fairchild可订购的零件编号需要更改，原编号中的下划线（_）将改为破折号（-）。大家可在ON Semiconductor网站上核实更新后的设备编号，最新的订购信息也可在该网站获取。若对系统集成有疑问，可发邮件至[e-mail]。

二、产品特性与优势

（一）特性概述

FNB41560/FNB41560B2是先进的Motion SPM® 45模块，为交流感应、无刷直流（BLDC）和永磁同步（PMSM）电机提供了功能齐全、高性能的逆变器输出级。它具有以下显著特性：

1. UL认证：UL认证编号为E209204（UL1557），这意味着产品符合相关安全标准，使用起来更加放心。
2. 高电压大电流处理能力：具备600 V - 15 A的三相IGBT逆变器，并集成了栅极驱动器和保护功能，能够满足大多数工业和家电应用的需求。
3. 低热阻设计：采用陶瓷基板，有效降低了热阻，有利于提高产品的可靠性和稳定性。
4. 低损耗IGBT：使用低损耗、短路额定的IGBT，减少了能量损耗，提高了效率。
5. 简化PCB布局：内置自举二极管和专用的Vs引脚，使得PCB布局更加简单。
6. 温度监测功能：内置NTC热敏电阻，可实时监测温度，确保产品在安全的温度范围内运行。
7. 三相电流检测：低侧IGBT具有独立的开集电极引脚，方便进行三相电流检测。
8. 单接地电源：采用单接地电源，简化了电源设计。
9. 高隔离等级：隔离额定值为2000 Vrms / min，提供了良好的电气隔离。

（二）优势分析

这些特性使得FNB41560/FNB41560B2模块在电机控制应用中具有明显的优势。例如，低热阻设计和低损耗IGBT能够降低系统的温度，提高效率，延长产品的使用寿命；简化的PCB布局和单接地电源设计则降低了设计难度和成本。

三、应用领域

该模块主要应用于运动控制领域，特别是家电和工业电机控制。在家电领域，如洗衣机、空调等设备中，它可以提供高效、稳定的电机驱动；在工业领域，可用于各种工业电机的控制，提高生产效率和产品质量。

四、相关资源

为了帮助工程师更好地使用该模块，厂商提供了一系列相关资源：

1. 用户指南：AN - 9070《Motion SPM® 45系列用户指南》，详细介绍了模块的使用方法和注意事项。
2. 热性能信息：AN - 9071《Motion SPM® 45系列热性能信息》，帮助工程师了解模块的热特性，进行合理的散热设计。
3. 安装指导：AN - 9072《Motion SPM® 45系列安装指导》，提供了模块的安装方法和技巧。
4. 参考设计：RD - 344（三相分流解决方案）和RD - 345（单分流解决方案），为工程师提供了实际的设计案例和参考。

五、产品详细参数分析

（一）绝对最大额定值

参数	条件	额定值	单位
VPN（电源电压）	施加在P - NU、NV、NW之间	450 V
VPN(Surge)（浪涌电源电压）	施加在P - NU、NV、NW之间	500 V
VCES（集电极 - 发射极电压）	-	600 V
IO,25（输出相电流）	TC = 25°C，TJ < 150°C	15 A
IO,100（输出相电流）	TC = 100°C，TJ < 150°C	7.5 A
Ipk（输出峰值相电流）	TC = 25°C，TJ < 150°C，1 ms脉冲下	22 A
PC（集电极耗散功率）	TC = 25°C，每芯片	34 W
TJ（工作结温）	-	-40 ~ 150 °C

这些参数为工程师在设计电路时提供了重要的参考，确保产品在安全的范围内运行。

（二）电气特性

以逆变器部分为例，在 (T{J}=25^{circ} C) 条件下，集电极 - 发射极饱和电压 (V{CE(SAT)}) 在 (I{C}=7.5 A) 时，典型值为1.6 V，最大值为2.1 V；开关时间方面，开通时间 (t{ON}) 典型值为0.70 μs，关断时间 (t_{OFF}) 典型值为1.15 μs等。这些电气特性决定了模块的性能表现，工程师需要根据具体应用需求进行合理选择。

（三）推荐工作条件

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
VPN（电源电压）	施加在P - NU、NV、NW之间	-	300	400	V
VCC（控制电源电压）	施加在VCC(H)、VCC(L) - COM之间	13.5	15	16.5	V
VBS（高侧偏置电压）	施加在VB(U) - VS(U)、VB(V) - VS(V)、VB(W) - VS(W)之间	13.0	15	18.5	V
dVCC / dt, dVBS / dt（控制电源变化率）	-	-1	-	1	V / μs
tdead（防止臂短路的消隐时间）	每个输入信号	1.5	-	-	μs
fPWM（PWM输入信号）	-40 °C < (T_{J}) < 150°C	-	-	20	kHz
VSEN（电流传感电压）	施加在NU、NV、NW - COM之间（包括浪涌电压）	-4	-	4	V
PWIN(ON)（最小输入脉冲宽度）	-	0.5	-	-	μs
PWIN(OFF)（最小输入脉冲宽度）	-	0.5	-	-	μs

遵循这些推荐工作条件，能够确保模块正常工作，并发挥最佳性能。

六、引脚配置与说明

该模块共有26个引脚，每个引脚都有其特定的功能。例如：	引脚编号	引脚名称	引脚描述
1	VTH	热敏电阻偏置电压
2	RTH	热敏电阻使用的串联电阻（温度检测）
3	P	正直流母线输入
4	U	U相输出
5	V	V相输出
6	W	W相输出
7	NU	U相负直流母线输入
8	NV	V相负直流母线输入
9	NW	W相负直流母线输入
10	CSC	短路电流检测输入的电容（低通滤波器）
11	VFO	故障输出
12	IN (WL)	低侧W相信号输入
13	IN (VL)	低侧V相信号输入
14	IN (UL)	低侧U相信号输入
15	COM	公共电源地
16	VCC(L)	IC和IGBT驱动的低侧公共偏置电压
17	VCC(H)	IC和IGBT驱动的高侧公共偏置电压
18	IN (WH)	高侧W相信号输入
19	IN (VH)	高侧V相信号输入
20	IN (UH)	高侧U相信号输入
21	VS(W)	W相IGBT驱动的高侧偏置电压地
22	VB(W)	W相IGBT驱动的高侧偏置电压
23	VS(V)	V相IGBT驱动的高侧偏置电压地
24	VB(V)	V相IGBT驱动的高侧偏置电压
25	VS(U)	U相IGBT驱动的高侧偏置电压地
26	VB(U)	U相IGBT驱动的高侧偏置电压

工程师在设计电路时，需要准确了解每个引脚的功能，正确连接引脚，以确保模块正常工作。

七、保护功能与时间图表

该模块具备多种保护功能，如欠压保护和短路保护。

（一）欠压保护

• 低侧欠压保护：当控制电源电压上升到 (UVCCR) 后，电路在下次输入时开始工作；当检测到欠压（(UVCCD)）时，IGBT会关断，故障输出开始工作；当电压恢复到 (UVCCR) 时，电路恢复正常工作。
• 高侧欠压保护：当控制电源电压达到 (UV{BSR}) 后，电路在下次输入时开始工作；当检测到欠压（(UV{BSD})）时，IGBT会关断，但无故障输出信号；当电压恢复到 (UV_{BSR}) 时，电路恢复正常工作。

（二）短路保护

短路保护仅在低侧工作。正常工作时，IGBT导通并承载电流；当检测到短路电流（SC触发）时，IGBT栅极会被强制中断，IGBT关断；在故障输出的有效期间，即使输入为高电平，IGBT也不会导通。

通过这些保护功能，模块能够在异常情况下自动保护自身，提高了系统的可靠性。

八、输入/输出接口电路与典型应用电路

（一）输入/输出接口电路

推荐的MCU I/O接口电路中，需要注意RC耦合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。模块内部集成了一个5 kΩ（典型值）的下拉电阻，使用外部滤波电阻时要注意输入端子的信号电压降。

（二）典型应用电路

在典型应用电路中，为避免故障，每个输入的布线应尽可能短（小于2 - 3 cm）；由于模块内部集成了特定类型的HVIC，可直接与MCU端子耦合，无需光耦合器或变压器隔离；VFO输出为开漏类型，需用电阻上拉至MCU或控制电源的正极；推荐CSF15约为自举电容 (C_{BS}) 的七倍等。

这些设计要点对于确保模块在实际应用中的正常工作至关重要，工程师在设计时需要严格遵循。

九、总结

FNB41560/FNB41560B2 Motion SPM® 45系列模块以其丰富的特性、广泛的应用领域和完善的保护功能，为电子工程师提供了一个高性能、可靠的逆变器解决方案。在使用该模块时，工程师需要仔细研究其参数和特性，遵循推荐的工作条件和设计要点，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？欢迎在评论区分享交流。