深入剖析FNB40560/FNB40560B2 Motion SPM? 45系列模塊

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的功率模塊對于實現(xiàn)高效、可靠的電路設(shè)計至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下FNB40560/FNB40560B2 Motion SPM? 45系列模塊，看看它有哪些獨特的特性和優(yōu)勢。

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一、模塊概述

FNB40560/FNB40560B2是一款Motion SPM? 45模塊，專為交流感應(yīng)、無刷直流電機和PMSM電機提供高性能逆變輸出級。它綜合優(yōu)化了內(nèi)置IGBT的柵極驅(qū)動，能有效最小化電磁干擾和能量損耗。同時，該模塊還具備多重模組保護特性，包括欠壓閉鎖、過流保護、熱量監(jiān)測和故障報告等功能。內(nèi)置的高速HVIC芯片僅需單電源電壓，就能將邏輯電平柵極輸入信號轉(zhuǎn)換為高電壓、高電流驅(qū)動信號，從而有效驅(qū)動模塊的內(nèi)部IGBT。此外，獨立的IGBT負端在每個相位均有效，可支持大量不同種類的控制算法。

二、產(chǎn)品特性

（一）認證與基本參數(shù)

該模塊通過UL第E209204號認證（UL1557），是一款600 V - 5 A三相IGBT逆變模塊，包含柵極驅(qū)動和保護的控制IC。

（二）散熱與損耗

使用陶瓷基板實現(xiàn)低熱阻，同時采用低損耗、短路額定的IGBT，能有效降低能量損耗，提高模塊的工作效率。

（三）電路布局與監(jiān)測

內(nèi)置自舉二極管和專用的Vs引腳，簡化了印刷電路板布局；內(nèi)置負溫度系數(shù)熱敏電阻可實現(xiàn)溫度監(jiān)測；低側(cè)IGBT的獨立發(fā)射極開路引腳用于三相電流感測，采用單接地電源供電。

（四）絕緣等級

絕緣等級為2000 Vrms /分鐘，確保了模塊在高壓環(huán)境下的安全可靠運行。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

該模塊主要應(yīng)用于運動控制領(lǐng)域，包括家用設(shè)備和工業(yè)電機。在這些應(yīng)用中，模塊的高性能和可靠性能夠滿足電機控制的需求，提高設(shè)備的運行效率和穩(wěn)定性。

四、相關(guān)資源

為了幫助工程師更好地使用該模塊，提供了一系列相關(guān)資源，如AN - 9070 - Motion SPM? 45 Series Users Guide、AN - 9071 - Motion SPM? 45 Series Thermal Performance Information、AN - 9072 - Motion SPM? 45 Series Mounting Guidance、RD - 344 - Reference Design (Three Shunt Solution)和RD - 345 - Reference Design (One Shunt Solution)等。這些資源涵蓋了模塊的使用指南、熱性能信息、安裝指導以及參考設(shè)計等方面，為工程師的設(shè)計工作提供了有力的支持。

五、封裝與定購信息

六、集成功能

（一）功率功能

該模塊是600 V - 5 A IGBT逆變模塊，適用于三相DC / AC功率轉(zhuǎn)換。

（二）驅(qū)動、保護和系統(tǒng)控制功能

1. 逆變高側(cè)IGBT：具備柵極驅(qū)動電路、高壓隔離的高速電平轉(zhuǎn)換控制電路和欠壓鎖定保護（UVLO）。
2. 逆變低側(cè)IGBT：包含柵極驅(qū)動電路、短路保護（SCP）、控制電源電路欠壓鎖定保護（UVLO）。
3. 故障信號：對應(yīng)UVLO（低側(cè)電源）和短路故障。
4. 輸入接口：高電平有效接口，適用于3.3 / 5 V邏輯、施密特觸發(fā)脈沖輸入。

七、引腳布局與描述

八、內(nèi)部等效電路與輸入/輸出引腳

模塊的內(nèi)部框圖顯示，逆變器高端由三個IGBT組成，每個IGBT包括續(xù)流二極管和一個控制IC；逆變器低端同樣由三個IGBT組成，每個IGBT也包括續(xù)流二極管和一個控制IC，且具有柵極驅(qū)動和保護功能；逆變器的功率端由逆變器的四個直流母線輸入端和三個輸出端組成。

九、絕對最大額定值

（一）逆變器部分

在逆變器部分，電源電壓施加在P - NU、NV、NW之間，額定值為450 V，浪涌電壓額定值為500 V；集電極 - 發(fā)射極之間電壓為600 V；不同溫度下的輸出相電流和峰值相電流也有相應(yīng)的額定值；集電極功耗在TC = 25°C時，單個芯片為29 W；工作結(jié)溫范圍為 - 40 ~ 150 °C。

（二）控制部分

控制電源電壓施加在VCC(H)、VCC(L) - COM之間，額定值為20 V；高端控制偏壓施加在VB(U) - VS(U)、VB(V) - VS(V)、VB(W) - VS(W)，額定值為20 V；輸入信號電壓、故障輸出電源電壓和電流感測輸入電壓都有相應(yīng)的范圍；故障輸出電流在VFO引腳處的灌電流為1 mA。

（三）自舉二極管部分

自舉二極管部分，最大重復反向電壓為600 V，正向電流和正向電流（峰值）在不同條件下有相應(yīng)的額定值，工作結(jié)溫范圍為 - 40 ~ 150 °C。

（四）整個系統(tǒng)

整個系統(tǒng)的自我保護電源電壓限制（短路保護能力）為400 V，存儲溫度范圍為 - 40 ~ 125 °C，隔離電壓為2000 Vrms。

十、電氣特性

（一）逆變器部分

在逆變器部分，集電極 - 發(fā)射極間飽和電壓、FWD正向電壓、開關(guān)時間等參數(shù)都有相應(yīng)的典型值和范圍。開關(guān)時間包括模塊內(nèi)部驅(qū)動IC的傳輸延遲時間以及IGBT本身的開關(guān)時間。

（二）控制部分

控制部分的參數(shù)包括靜態(tài)電源電流、工作電源電流、故障輸出電壓、短路觸發(fā)電平、欠壓保護檢測電平和復位電平、故障輸出脈寬、導通和關(guān)斷閾值電壓以及熱敏電阻阻值等。

（三）自舉二極管部分

自舉二極管部分的正向電壓和反向恢復時間有相應(yīng)的典型值。

十一、推薦工作條件

推薦的工作條件包括電源電壓、控制電源電壓、高端偏壓、控制電源波動、死區(qū)時間、PWM輸入信號、電流感測的電壓、最小輸入脈寬等。需要注意的是，此產(chǎn)品可能不會響應(yīng)低于最低推薦值的輸入脈寬。

十二、機械特性和額定值

（一）器件平整度

器件平整度的范圍為0 ~ + 120 ?m。

（二）安裝扭矩

安裝螺釘為M3時，建議扭矩為0.7 N ? m，范圍在0.6 ~ 0.8 N ? m；另一種建議扭矩為7.1 kg ? cm，范圍在6.2 ~ 8.1 kg ? cm。

（三）重量

模塊重量約為11 g。

十三、保護功能時序圖

模塊具備欠壓保護（低端和高端）和短路保護功能，通過時序圖可以清晰地看到在不同情況下模塊的工作狀態(tài)和保護機制。例如，在欠壓保護中，當電壓上升到復位電平后，等到下一個開通信號時，對應(yīng)的電路才開始動作；在短路保護中，當檢測到短路電流時，IGBT會迅速關(guān)斷。

十四、輸入/輸出接口電路

推薦的MCU I/O接口電路有一些注意事項，如每個輸入端的RC耦合可能會根據(jù)應(yīng)用程序中的PWM控制方案和印刷電路板接線抗阻而改變；Motion SPM? 45產(chǎn)品的輸入信號部分集成了典型值為5 kΩ的下拉電阻，使用外部濾波電阻時要注意信號在輸入端的壓降。

十五、典型應(yīng)用電路

在典型應(yīng)用電路中，為了避免故障，每個輸入端的連線必須盡可能短（小于2 - 3cm）；由于模塊內(nèi)部集成了具有特殊功能的HVIC芯片，接口電路與MCU終端可直接耦合，無需光耦合器或變壓器隔離；VFO輸出是漏極開路型，信號線需用電阻上拉至MCU或控制電源正極；推薦CSP15的取值應(yīng)大于自舉電容CBS的7倍左右；輸入信號為高電平有效，建議采用RC耦合電路，RS CPS時間常數(shù)應(yīng)在50 ~ 150ns的范圍內(nèi)選擇；為防止保護功能出錯，RF和CSC周圍的連線應(yīng)盡可能短；短路保護電路中，RF CSC的時間常數(shù)應(yīng)在1.5 ~ 2 ms的范圍內(nèi)選??；控制GND線和功率GND線必須連接在同一點上，且連線距離應(yīng)盡可能短；每個電容都應(yīng)盡可能靠近Motion SPM 45產(chǎn)品的引腳安裝；為防止浪涌破壞，應(yīng)縮短濾波電容和P & GND引腳間的連線，推薦在P和GND引腳間使用0.1 ~ 0.22 ?F的高頻無感電容；在各種家用電器設(shè)備系統(tǒng)中，MCU和繼電器之間應(yīng)留有足夠的距離；在每一對控制電源端應(yīng)采用齊納二極管或者瞬態(tài)電壓抑制器來保護IC不受浪涌破壞；為CBS選擇溫度特性好的電解電容，為CBSC選擇0.1 ~ 0.2 ?F溫度和頻率特性好的R - 類陶瓷電容。

通過以上對FNB40560/FNB40560B2 Motion SPM? 45系列模塊的詳細剖析，相信電子工程師們對該模塊有了更深入的了解。在實際設(shè)計中，我們可以根據(jù)模塊的特性和應(yīng)用要求，合理選擇和使用該模塊，以實現(xiàn)高效、可靠的電路設(shè)計。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。