深入解析 onsemi FNB43060T2 Motion SPM 45 模块：高性能电机逆变器的理想之选

在电机驱动领域，一款性能卓越、功能丰富的逆变器模块对于提升电机的运行效率和稳定性至关重要。今天，我们就来深入了解 onsemi 的 FNB43060T2 Motion SPM 45 模块，探讨它的特点、参数以及应用场景。

文件下载：FNB43060T2-D.PDF

模块概述

FNB43060T2 是一款先进的 Motion SPM 45 模块，专为交流感应电机（AC Induction）、无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）提供功能齐全、高性能的逆变器输出级。该模块集成了内置 IGBT 的优化栅极驱动，能有效降低电磁干扰（EMI）和损耗，同时具备多种模块级保护功能，如欠压锁定、过流关断、驱动 IC 的热监测以及故障报告等。其内置的高速高压集成电路（HVIC）仅需单电源电压，就能将输入的逻辑电平栅极输入转换为驱动模块内部 IGBT 所需的高压、大电流驱动信号。此外，每个相位都设有独立的负 IGBT 端子，可支持各种控制算法。

主要特点

认证与性能

• UL 认证：获得 UL 认证（编号 E209204，符合 UL1557 标准），具备 600V - 30A 的三相 IGBT 逆变器，集成栅极驱动器和保护功能。
• 低损耗与高可靠性：采用低损耗、短路额定的 IGBT，内置自举二极管和专用 Vs 引脚，简化 PCB 布局。
• 温度监测：内置 NTC 热敏电阻，可实时监测温度。
• 电流传感：低侧 IGBT 设有独立的开集电极引脚，用于三相电流传感。

电气特性

• 单一接地电源：采用单一接地电源，简化电源设计。
• 隔离等级：隔离额定值为 2000Vrms / min，确保电气安全。

引脚配置与功能

引脚描述

FNB43060T2 模块共有 26 个引脚，各引脚功能如下：	引脚编号	引脚名称	引脚描述
1	V_TH	热敏电阻偏置电压
2	R_TH	热敏电阻（温度检测）的串联电阻
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	N_U	U 相负直流母线输入
8	N_V	V 相负直流母线输入
9	N_W	W 相负直流母线输入
10	C_SC	短路电流检测输入的关断输入
11	V_FO	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	V_DD(L)	低侧 IC 和 IGBT 驱动的公共偏置电压
17	V_DD(H)	高侧 IC 和 IGBT 驱动的公共偏置电压
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	V_S(W)	W 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压地
22	V_B(W)	W 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压
23	V_S(V)	V 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压地
24	V_B(V)	V 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压
25	V_S(U)	U 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压地
26	V_B(U)	U 相 IGBT 驱动的高侧偏置电压

内部等效电路

逆变器的高侧由三个 IGBT、续流二极管和每个 IGBT 的一个控制 IC 组成；低侧同样由三个 IGBT、续流二极管和每个 IGBT 的一个控制 IC 组成，具备栅极驱动和保护功能；功率侧由四个逆变器直流母线输入端子和三个逆变器输出端子组成。

绝对最大额定值与热阻

绝对最大额定值

在不同的工作条件下，模块的各个参数都有其绝对最大额定值，例如：

• 逆变器部分：P - NU、NV、NW 之间的电源电压（VPN）最大为 450V，浪涌电压（VPN(Surge)）最大为 500V；集电极 - 发射极电压（VCES）为 600V；每个 IGBT 的集电极电流（±IC）在 TC = 25°C、TJ < 150°C 时为 30A，峰值电流（±ICP）在 1ms 脉冲宽度下为 60A；集电极耗散功率（PC）在 TC = 25°C 时为 59W；工作结温（TJ）范围为 -40 ~ 150°C。
• 控制部分：控制电源电压（VDD）在 VDD(H)、VDD(L) - COM 之间最大为 20V；高侧控制偏置电压（VBS）在 VB(U) - VS(U)、VB(V) - VS(V)、VB(W) - VS(W) 之间最大为 20V；输入信号电压（VIN）在 IN(UH)、IN(VH)、IN(WH)、IN(UL)、IN(VL)、IN(WL) - COM 之间为 -0.3 ~ VDD + 0.3V；故障输出电源电压（VFO）在 VFO - COM 之间为 -0.3 ~ VDD + 0.3V；故障输出电流（IFO）在 VFO 引脚的灌电流为 1mA；电流传感输入电压（VSC）在 CSC - COM 之间为 -0.3 ~ VDD + 0.3V。
• 自举二极管部分：最大重复反向电压（VRRM）为 600V；正向电流（IF）在 TC = 25°C、TJ < 150°C 时为 0.5A，峰值正向电流（IFP）在 1ms 脉冲宽度下为 2.0A；工作结温（TJ）范围为 -40 ~ 150°C。
• 整个系统：自保护电源电压极限（VPN(PROT)）在特定条件下为 400V；模块外壳工作温度（TC）范围为 -40 ~ 125°C；存储温度（TSTG）范围为 -40 ~ 125°C；隔离电压（VISO）为 2000Vrms（60Hz，正弦交流，1 分钟，引脚连接到散热板）。

热阻

逆变器 IGBT 部分的结到外壳热阻（Rth(j - c)Q）（每 1/6 模块）最小为 2.1°C/W；逆变器续流二极管部分的结到外壳热阻（Rth(j - c)F）（每 1/6 模块）为 2.8°C/W。

电气特性

逆变器部分

• 饱和电压（VCE(SAT)）：典型值为 1.65V，最大值为 2.25V。
• 正向电压（VF）：在 $I{F}=30A$、$T{J}=25^{circ}C$ 时为 2.00V。
• 开关时间：包括开通时间（tON）和关断时间（tOFF），具体数值与测试条件有关，例如在 VPN = 300V、VDD = VBS = 15V、Ic = 30A、$V_{IN}=0Vleftrightarrow5V$、感性负载条件下，tON 典型值为 0.45us，最大值为 1.35us；tOFF 典型值为 0.20us，最大值为 0.50us。

控制部分

• 电流：不同引脚的电流参数不同，如 VDD(H) - COM 之间的电流（IQDDH）在 $V{DD(H)}=15V$、$IN{(UH,VH, WH)}=0V$ 时最大值为 0.10mA；VDD(L) - COM 之间的电流（IQDDL）在 $V{DD(L)}=15V$、$IN{(UL,VL, WL)}=0V$ 时最大值为 2.65mA。
• 故障输出电压（VFH）：在 $V{SC}=0V$、$V{FO}$ 电路通过 4.7kΩ 上拉到 5V 时为 4.5V。
• 欠压保护：检测电平（UVDDR）为 10.5V，复位电平为 11.0V；高侧欠压检测（UVBSD）检测电平为 12.5V，复位电平为 10.5 ~ 13.0V。

推荐工作条件

电压与电流

• VPN：P - NU、NV、NW 之间的电压推荐值为 300V。
• VDD：控制电源电压在 VDD(H)、VDD(L) - COM 之间推荐值为 13.5 ~ 15.0V。
• VBS：高侧偏置电压在 VB(U) - VS(U)、VB(V) - VS(V)、VB(W) - VS(W) 之间推荐值为 15.0V。
• V_SEN：电流传感电压在 NU、NV、NW - COM 之间（包括浪涌电压）范围为 -4 ~ 4V。

其他参数

• 控制电源变化率（dVDD/dt）：范围为 -1 ~ 1V/us。
• 消隐时间（tdead）：用于防止桥臂短路，推荐值为 1.0us。
• PWM 输入信号：在 -40°C ≤ TC ≤ 125°C、-40°C ≤ TJ ≤ 150°C 条件下，频率为 20kHz。
• 最小输入脉冲宽度（PWIN(OFF)）：在 $V{DD}=V{BS}=15V$、$I_{C} leq 60A$、NU、V、W 与直流母线 N 之间的布线电感小于 10nH 时为 1.2us。

保护功能与应用电路

保护功能

• 欠压保护：分为低侧和高侧欠压保护。低侧欠压保护在控制电源电压上升到 UVDDR 后，电路开始工作；当检测到欠压（UVDDD）时，IGBT 关断，故障输出开始工作，直到欠压复位（UVDDR）后，IGBT 才能再次导通。高侧欠压保护类似，但没有故障输出信号。
• 短路保护：仅在低侧工作。当检测到短路电流（SC 触发）时，所有低侧 IGBT 的栅极被硬中断，IGBT 关断，故障输出开始工作，直到故障输出结束且触发下一个从低到高的信号，IGBT 才能再次导通。

应用电路

在设计应用电路时，需要注意以下几点：

• 布线：各输入的布线应尽可能短（小于 2 - 3cm），以避免故障；RF 和 CSC 周围的布线也应尽可能短，以防止保护功能出错；控制 GND 线和电源 GND 线（包括 NU、NV、NW）应仅在一点连接，且布线距离应尽可能短。
• 元件选择：VFO 输出为开漏类型，应使用电阻上拉到 MCU 或控制电源的正极，使 IFO 达到 1mA；CSP15 建议为自举电容 CBS 的约七倍；输入信号为高电平有效类型，IC 内部有 5kΩ（典型值）下拉电阻，建议使用 RC 耦合电路防止输入信号振荡，$R{S}C{PS}$ 时间常数应在 50 - 150ns 范围内（推荐 $R{S}=100Omega$，$C{PS}=1nF$）；在短路保护电路中，$R{F}C{SC}$ 时间常数应在 1.5 - 2s 范围内；每个电容应尽可能靠近 Motion SPM 45 模块的引脚安装；在 P 和 GND 引脚之间建议使用约 0.1 - 0.22μF 的高频无感电容，以防止浪涌破坏；应选择温度特性良好的电解电容作为 CBS，选择 0.1 - 0.2μF 的 R 类陶瓷电容作为 CSC，其具有良好的温度和频率特性。

总结

FNB43060T2 Motion SPM 45 模块凭借其丰富的功能、卓越的性能和完善的保护机制，为电机驱动系统提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择工作条件和元件参数，确保模块的稳定运行。同时，在设计电路时，要严格遵循布线和元件安装的要求，以充分发挥模块的优势。你在使用这款模块的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。