深入解析 onsemi FND43060T2 Motion SPM 45 模塊

在電子工程領(lǐng)域，高性能、集成化的功率模塊對于電機(jī)驅(qū)動和電源控制至關(guān)重要。今天我們來詳細(xì)探討 onsemi 的 FND43060T2 Motion SPM 45 模塊，它為交流感應(yīng)、無刷直流（BLDC）和永磁同步（PMSM）電機(jī)提供了一個(gè)功能齊全、高性能的逆變器輸出級。

文件下載：FND43060T2-D.PDF

一、模塊概述

FND43060T2 是一款先進(jìn)的 Motion SPM 45 模塊，集成了內(nèi)置 IGBT 的優(yōu)化柵極驅(qū)動，能有效降低電磁干擾（EMI）和損耗。同時(shí)，它具備多種保護(hù)功能，如欠壓鎖定、過流關(guān)斷、熱監(jiān)測和故障報(bào)告等。其內(nèi)置的高速高壓集成電路（HVIC）僅需單電源電壓，可將輸入的邏輯電平柵極輸入轉(zhuǎn)換為高壓、大電流驅(qū)動信號，以驅(qū)動模塊堅(jiān)固的短路額定 IGBT。每個(gè)相都有獨(dú)立的負(fù) IGBT 端子，支持各種控制算法。

二、產(chǎn)品特性

1. 認(rèn)證與規(guī)格：獲得 UL 認(rèn)證（編號 E209204，UL1557），具備 600 V - 30 A 的三相 IGBT 逆變器，集成柵極驅(qū)動器和保護(hù)功能。
2. 散熱優(yōu)勢：采用陶瓷基板，熱阻低，有助于散熱，保證模塊在高功率運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。
3. 低損耗 IGBT：內(nèi)置低損耗、短路額定 IGBT，提高了模塊的效率和可靠性。
4. 簡化設(shè)計(jì)：內(nèi)置自舉二極管和專用 Vs 引腳，簡化了 PCB 布局；內(nèi)置 NTC 熱敏電阻用于溫度監(jiān)測；低側(cè) IGBT 有獨(dú)立的開集電極引腳，可用于三相電流傳感；單接地電源設(shè)計(jì)，隔離額定值為 4000 Vrms/min。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

該模塊主要應(yīng)用于運(yùn)動控制領(lǐng)域，包括家用電器和工業(yè)電機(jī)。

四、相關(guān)資源

• AN - 9084：Smart Power Module, Motion SPM? 45 HV3 系列用戶指南。
• AN - 9072：Smart Power Module, Motion SPM 在 SPM45H 中的熱性能信息。
• AN - 9071：Smart Power Module Motion SPM? 在 SPM45H 中的安裝指南。
• AN - 9760：SPM 的 PCB 設(shè)計(jì)指南。

五、引腳配置與描述

FND43060T2 模塊共有 26 個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能，如熱敏電阻偏置電壓（VTH）、溫度檢測電阻（RTH）、直流母線輸入（P、NU、NV、NW）、三相輸出（U、V、W）、故障輸出（VFO）、信號輸入（IN(WL)、IN(VL)、IN(UL)、IN(WH)、IN(VH)、IN(UH)）等。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)這些引腳功能進(jìn)行合理的連接和布局。

六、電氣特性

1. 逆變器部分

• 集電極 - 發(fā)射極電壓（VCES）為 600 V，集電極電流（±IC）在 TC = 25°C，TJ < 150°C 時(shí)為 30 A，峰值集電極電流（±ICP）在 1 ms 脈沖寬度下為 60 A。
• 集電極耗散功率（PC）在 TC = 25°C 時(shí)為 59 W，工作結(jié)溫（TJ）范圍為 -40 - 150°C。

2. 控制部分

• 控制電源電壓（VDD）為 20 V，高側(cè)控制偏置電壓（VBS）為 20 V。
• 輸入信號電壓（VIN）范圍為 -0.3 - VDD + 0.3 V，故障輸出電源電壓（VFO）范圍相同，故障輸出電流（IFO）為 1 mA。

3. 自舉二極管部分

• 最大重復(fù)反向電壓（VRRM）為 600 V，正向電流（IF）在 TC = 25°C，TJ < 150°C 時(shí)為 0.50 A，峰值正向電流（IFP）在 1 ms 脈沖寬度下為 2.0 A，工作結(jié)溫范圍同樣為 -40 - 150°C。

七、熱阻特性

模塊的熱阻特性對于其性能和可靠性至關(guān)重要。逆變器 IGBT 部分（每 1/6 模塊）的結(jié)到殼熱阻（Rth(j - c)Q）最大為 2.1°C/W，逆變器續(xù)流二極管部分（每 1/6 模塊）的結(jié)到殼熱阻（Rth(j - c)F）最大為 2.8°C/W。

八、推薦工作條件

• 電源電壓范圍為 300 - 400 V，控制電源電壓（VDD）在 13.5 - 15.0 V 之間。
• 控制電源變化率（dVDD/dt，dVBS/dt）為 -1 V/μs，防止橋臂短路的消隱時(shí)間（dead）需根據(jù)具體情況設(shè)置。
• PWM 輸入信號頻率（fPWM）在 150°C 時(shí)需合理選擇，電流傳感電壓范圍為 -4 V。

九、保護(hù)功能時(shí)間圖表

模塊具備欠壓保護(hù)（低側(cè)和高側(cè)）和短路保護(hù)功能，通過時(shí)間圖表可以清晰地看到這些保護(hù)功能的觸發(fā)和恢復(fù)過程。例如，在欠壓保護(hù)中，當(dāng)檢測到欠壓時(shí)，IGBT 會關(guān)斷，直到電壓恢復(fù)正常；在短路保護(hù)中，當(dāng)檢測到短路電流時(shí)，IGBT 會迅速關(guān)斷，以保護(hù)模塊不受損壞。

十、輸入/輸出接口電路

輸入/輸出接口電路的設(shè)計(jì)需要考慮 PWM 控制方案和印刷電路板的布線阻抗。建議采用 RC 耦合電路來防止輸入信號振蕩，同時(shí)要注意輸入信號的電壓降。

十一、典型應(yīng)用電路

在典型應(yīng)用電路中，需要注意一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)，如輸入布線應(yīng)盡可能短（小于 2 - 3 cm），VFO 輸出為開漏類型，需用電阻上拉；自舉電容（CBS）和相關(guān)電容的選擇和布局要合理；控制地和電源地的連接應(yīng)遵循單點(diǎn)連接原則，且布線距離要盡可能短等。

十二、總結(jié)

FND43060T2 Motion SPM 45 模塊是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的功率模塊，適用于多種電機(jī)驅(qū)動和電源控制應(yīng)用。工程師在使用該模塊時(shí)，需要充分了解其特性、引腳功能、電氣特性和保護(hù)功能，合理設(shè)計(jì)電路和布局，以確保模塊的穩(wěn)定運(yùn)行和系統(tǒng)的可靠性。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。