FSBF10CH60BT [ONSEMI]
Motion SPM® 3 系列;
| 型号： | FSBF10CH60BT |
| 厂家： | 
ONSEMI |
| 描述： | Motion SPM® 3 系列 电动机控制 |
| 文件： | 总16页 (文件大小：763K) |
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2014 年 9 月
FSBF10CH60BT
®
Motion SPM 3 系列
特性
概述
FSBF10CH60BT 是 Motion SPM® 3 模块，为交流感应、
无刷直流电机和 PMSM 电机提供非常全面的高性能逆变
器输出平台。这些模块综合优化了内置 IGBT 的栅极驱动
以最小化电磁干扰和能量损耗。同时也提供多重模组保护
特性，集成欠压闭锁，过流保护和故障报告。内置的高速
HVIC 只需要一个单电源电压，将逻辑电平栅极输入转化
为适合驱动模块内部 IGBT 的高电压，高电流驱动信号。
独立的 IGBT 负端在每个相位均有效，可支持大量不同种
类的控制算法。
• 通过 UL 第 E209204 号认证 (UL1557)
• 600 V - 10 A 三相 IGBT 逆变器，包含栅极驱动和保护
的控制 IC
• 低损耗、短路额定的 IGBT
• 内置自举二极管和专用的 Vs 引脚以简化印刷电路板布
局
• 低端 IGBT 的独立发射极开路引脚用于三相电流感测
• 单接地电源供电
• 绝缘等级：2500 Vrms / 分钟
应用
• 运动控制 - 家用设备 / 工业电机
相关资料
• AN-9044 - Motion SPM® 3 Series Users Guide
图 1. 封装概览
封装标识与定购信息
器件
器件标识
封装
包装类型
数量
FSBF10CH60BT
FSBF10CH60BT
SPMJA-027
RAIL
10
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1
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集成的功率功能
600 V - 10 A IGBT 逆变器，适用于三相 DC / AC 功率转换 （请参阅图 3）
•
集成的驱动、保护和系统控制功能
对于逆变器高端 IGBT：栅极驱动电路、高压隔离的高速电平转换控制电路欠压锁定保护 (UVLO)
注 : 可用自举电路示例如图 12 和图 13 所示。
•
•
•
•
对于逆变器低端 IGBT：栅极驱动电路、短路保护 (SCP)、控制电源欠压锁定保护 (UVLO)
故障信号：对应 UVLO （低端电源）和短路故障
输入接口：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
引脚布局
图 2. 俯视图
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引脚描述
引脚号
1
引脚名
VCC(L)
COM
IN(UL)
IN(VL)
IN(WL)
VFO
引脚描述
IC 和 IGBT 驱动的低端公共偏压
公共电源接地
2
3
低端 U 相的信号输入
4
低端 V 相的信号输入
5
低端 W 相的信号输入
故障输出
6
7
CFOD
CSC
设置故障输出持续时间的电容
短路电流感测输入电容 （低通滤波器）
高端 U 相的信号输入
8
9
IN(UH)
VCC(H)
VB(U)
VS(U)
IN(VH)
VCC(H)
VB(V)
VS(V)
IN(WH)
VCC(H)
VB(W)
VS(W)
NU
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
IC 和 IGBT 驱动的高端公共偏压
U 相 IGBT 驱动的高端偏压
U 相 IGBT 驱动的高端偏压接地
高端 V 相的信号输入
IC 和 IGBT 驱动的高端公共偏压
V 相 IGBT 驱动的高端偏压
V 相 IGBT 驱动的高端偏压接地
高端 W 相的信号输入
IC 和 IGBT 驱动的高端公共偏压
W 相 IGBT 驱动的高端偏压
W 相 IGBT 驱动的高端偏压接地
U 相的直流输入负端
NV
V 相的直流输入负端
NW
W 相的直流输入负端
U
U 相输出
V
V 相输出
W
W 相输出
P
直流输入正端
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内部等效电路与输入 / 输出引脚
P (27)
(19) VB(W)
(18) VCC(H)
VB
VCC
COM
OUT
VS
(17) IN(WH)
(20) VS(W)
W (26)
IN
(15) VB(V)
VB
(14) VCC(H)
VCC
COM
IN
OUT
VS
(13) IN(VH)
(16) VS(V)
V (25)
(11) VB(U)
VB
(10) VCC(H)
VCC
COM
IN
OUT
VS
(9) IN(UH)
(12) VS(U)
U (24)
(8) CSC
(7) CFOD
(6) VFO
OUT(WL)
OUT(VL)
C(SC)
C(FOD)
VFO
N
W (23)
(5) IN(WL)
(4) IN(VL)
(3) IN(UL)
IN(WL)
IN(VL)
IN(UL)
NV (22)
(2) COM
(1) VCC(L)
COM
VCC
OUT(UL)
VSL
NU (21)
图 3. 内部框图
注：
1. 逆变器的低端由三个 IGBT 及相应的续流二极管和一个控制 IC 组成。具有栅极驱动和保护功能。
2. 逆变器的功率端由逆变器的四个直流母线输入端和三个输出端组成。
3. 逆变器高端由三个 IGBT 以及相应的续流二极管和驱动 IC 组成。
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绝对最大额定值 （TJ = 25°C，除非另有说明。）
逆变器部分
符号
参数
工作条件
施加在 P - NU, NV, NW 之间
施加在 P - NU, NV, NW 之间
额定值
450
单位
V
VPN
电源电压
500
V
VPN （浪涌） 电源电压 （浪涌）
VCES
± IC
± ICP
PC
600
V
集电极 - 发射极之间电压
单个 IGBT 的集电极电流
单个 IGBT 的集电极电流 （峰值）
集电极功耗
TC = 25°C, TJ 150°C
TC = 25°C, TJ 150°C，脉冲宽度小于 1 ms
TC = 25°C，单个芯片
10
A
20
A
20
W
°C
TJ
- 40 ~ 150
工作结温
（注 1）
注：
®
1. Motion SPM 3 产品中集成的功率芯片的最大结温额定值为 150°C （当 T 125°C）。
C
控制部分
符号
VCC
VBS
VIN
参数
工作条件
额定值
单位
20
20
V
V
V
控制电源电压
高端控制偏压
输入信号电压
施加在 VCC(H), VCC(L) - COM 之间
施加在 VB(U) - VS(U), VB(V) - VS(V), VB(W) - VS(W)
-0.3 ~ VCC + 0.3
施加在 IN(UH), IN(VH), IN(WH), IN(UL), IN(VL)
,
IN(WL) - COM 之间
VFO
IFO
-0.3 ~ VCC + 0.3
5
V
mA
V
故障输出电源电压
故障输出电流
施加在 VFO - COM 之间
V
FO 引脚处的灌电流
VSC
-0.3 ~ VCC + 0.3
电流感测输入电压
施加在 CSC - COM 之间
自举二极管部分
符号
参数
工作条件
额定值
600
单位
V
VRRM
IF
最大重复反向电压
TC = 25°C, TJ 150°C
0.5
A
正向电流
IFP
TJ
2.0
A
正向电流 （峰值）
工作结温
TC = 25°C, TJ 150°C 脉冲宽度小于 1 ms
-40 ~ 150
°C
整个系统
符号
参数
工作条件
额定值
单位
VPN(PROT)
V
CC = VBS = 13.5 ~ 16.5 V
400
V
自我保护电源电压限制
（短路保护能力）
TJ = 150°C, 非重复性 , < 2 μs
TC
-40 ~ 125
-40 ~ 125
2500
°C
°C
模块壳体工作温度
存储温度
-40°C TJ 150°C，见图 2
TSTG
VISO
Vrms
绝缘电压
60 Hz，正弦波形，交流 1 分钟，连接陶瓷基板到引脚
热阻
符号
Rth(j-c)Q
Rth(j-c)F
参数
工作条件
最小值 典型值 最大值 单位
-
-
-
-
6.2
6.5
°C / W
°C / W
结点 - 壳体的热阻
逆变器 IGBT 部分 （每 1 / 6 模块）
逆变器 FWD 部分 （每 1 / 6 模块）
注：
2. 关于壳体温度 (T ) 的测量点，参见图 2。
C
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电气特性 （TJ = 25°C，除非另有说明。）
逆变器部分
符号
参数
工作条件
最小值 典型值 最大值 单位
VCE(SAT)
VCC = VBS = 15 V
IC = 10 A, TJ = 25°C
-
-
2.2
V
集电极 - 发射极间饱和电压
V
IN = 5 V
VIN = 0 V
VPN = 300 V, VCC = VBS = 15 V
C = 10 A
VIN = 0 V 5 V，电感负载
（注 3）
VF
IF = 10 A, TJ = 25°C
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
2.6
V
μs
μs
μs
μs
μs
μs
μs
μs
μs
μs
mA
FWD 正向电压
HS
LS
tON
0.75
0.15
0.50
0.15
0.10
0.50
0.25
0.50
0.15
0.10
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
开关时间
I
tC(ON)
tOFF
tC(OFF)
trr
tON
VPN = 300 V, VCC = VBS = 15 V
I
C = 10 A
tC(ON)
tOFF
tC(OFF)
trr
VIN = 0 V 5 V，电感负载
（注 3）
ICES
VCE = VCES
集电极 - 发射极间漏电流
注：
3.
t
和 t
包括模块内部驱动 IC 的传输延迟时间。t
和 t
指在内部给定的栅极驱动条件下， IGBT 本身的开关时间。详细信息，请参见图 4。
C(OFF)
ON
OFF
C(ON)
控制部分
符号
参数
工作条件
最小值 典型值 最大值 单位
IQCCL
VCC = 15 V
IN(UL, VL, WL) = 0 V
VCC(L) - COM
-
-
-
-
-
-
23
mA
μA
μA
V
V
CC 静态电源电流
IQCCH
IQBS
VCC = 15 V
IN(UH, VH, WH) = 0 V
VCC(H) - COM
600
500
VBS = 15 V
VB(U) - VS(U), VB(V) - VS(V),
BS 静态电源电流
IN(UH, VH, WH) = 0 V
VB(W) - VS(W)
VFOH
VFOL
4.5
-
-
0.8
0.55
-
V
V
故障输出电压
VSC = 0 V, VFO 电路：4.7 k 至 5 V 上拉
VSC = 1 V, VFO 电路：4.7 k 至 5 V 上拉
VCC = 15 V （注 4）
-
0.45
-
-
VSC(ref)
TSD
0.50
160
V
短路电流触发电平
过温保护
°C
LVIC 的温度
DTSD
-
5
-
°C
过温 保护迟滞
LVIC 的温度
UVCCD
UVCCR
UVBSD
UVBSR
tFOD
10.7
11.2
10
11.9
12.4
11
13.0
13.4
12
V
V
电源电路欠压保护
检测电平
复位电平
V
检测电平
10.5
1.0
2.8
-
11.5
1.8
-
12.5
-
V
复位电平
ms
V
故障输出脉宽
导通阈值电压
关断阈值电压
CFOD = 33 nF （注 5）
VIN(ON)
VIN(OFF)
-
施加在 IN(UH), IN(VH), IN(WH), IN(UL), IN(VL)
IN(WL) - COM 之间
,
-
0.8
V
注：
4. 短路电流保护仅作用于低端。
5. 故障输出脉宽 t 取决于电容 C
-6
的值，可采用下面的近似公式进行计算：C
= 18.3 x 10 x t
[F]
FOD
FOD
FOD
FOD
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100% IC 100% IC
trr
VCE
IC
IC
VCE
VIN
VIN
tON
tOFF
tC(ON)
tC(OFF)
VIN(ON)
VIN(OFF)
10% VCE
10% IC
10% IC 90% IC 10% VCE
(b) turn-off
(a) turn-on
图 4. 开关时间的定义
SWITCHING LOSS(ON) VS. COLLECTOR CURRENT
SWITCHING LOSS(OFF) VS. COLLECTOR CURRENT
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
350
300
250
200
150
100
50
VCE=300V
VCC=15V
VCE=300V
VCC=15V
V =5V
V =5V
IN
IN
TJ=25℃
TJ=150℃
TJ=25℃
TJ=150℃
0
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
COLLECTOR CURRENT, Ic [AMPERES]
COLLECTOR CURRENT, Ic [AMPERES]
图 5. 开关损耗特性 （典型值）
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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
VF
trr
IF = 0.1 A, TC = 25°C
-
-
2.5
80
-
-
V
正向电压
反向恢复时间
IF = 0.1 A, TC = 25°C
ns
Built-in Bootstrap Diode VF-IF Characteristic
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
TC=25oC
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15
VF [V]
图 6. 内置自举二极管特性
注：
6. 内置自举二极管其阻抗特性约为 15 Ω 。
推荐工作条件
符号
VPN
参数
工作条件
最小值 典型值 最大值 单位
-
300
15.0
15.0
400
16.5
18.5
V
V
V
电源电压
施加在 P - NU, NV, NW 之间
VCC
VBS
13.5
13.0
控制电源电压
高端偏压
施加在 VCC(H), VCC(L) - COM 之间
施加在 VB(U) - VS(U), VB(V) - VS(V)
B(W) - VS(W)
,
V
dVCC / dt,
dVBS / dt
-1
-
1
V / μs
控制电源波动
tdead
fPWM
VSEN
2
-
-
-
-
μs
kHz
V
防止桥臂直通的死区时间
PWM 输入信号
每个输入信号
-40°C TC 125°C, -40°C TJ 150°C
20
4
-4
电流感测产生的电压
施加在 NU, NV, NW - COM 之间
（包括浪涌电压）
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机械特性和额定值
参数
安装扭矩
工作条件
最小值 典型值 最大值 单位
0.51
0.62
-
1.00
+120
-
N•m
μm
g
安装螺钉：M3
建议 0.62 N•m
见图 7
0
-
器件平面度
重量
15.40
( + )
( + )
图 7. 平面度测量位置
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保护功能时序图
Input Signal
Protection
Circuit State
RESET
SET
RESET
UVCCR
a1
a6
UVCCD
a2
Control
Supply Voltage
a3
a4
a7
Output Current
a5
Fault Output Signal
a1 : 控制电源电压上升：当电压上升到 UVCCR 后，等到下一个开通信号时，对应的电路才开始动作。
a2 : 正常工作：IGBT 导通并加载负载电流。
a3 : 欠压检测 (UVCCD)。
a4 : 不论控制输入的条件， IGBT 都关断。
a5 : 故障输出工作启动。
a6 : 欠压复位 (UVCCR)。
a7 : 正常工作：IGBT 导通并加载负载电流。
图 8. 欠压保护 （低端）
Input Signal
Protection
RESET
SET
RESET
Circuit State
UVBSR
b5
b1
UVBSD
b2
Control
Supply Voltage
b3
b4
b6
Output Current
High-level (no fault output)
Fault Output Signal
b1：控制电源电压上升：当电压上升到 UVBSR 后，等到下一个输入信号时，对应的电路才开始动作。
b2：正常工作：IGBT 导通并加载负载电流。
b3：欠压检测 (UVBSD)。
b4：不论控制输入的条件， IGBT 都关闭，且无故障输出信号。
b5：欠压复位 (UVBSR)。
b6：正常工作：IGBT 导通并加载负载电流。
图 9. 欠压保护 （高端）
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Lower Arms
Control Input
c6
c7
Protection
Circuit State
SET
RESET
Internal IGBT
Gate - Emitter Voltage
c4
c3
c2
SC
c1
c8
Output Current
SC Reference Voltage
Sensing Voltage
of Shunt Resistance
CR Circuit Time
Constant Delay
c5
Fault Output Signal
（包含外部分流电阻和 CR 连接）
c1 : 正常工作：IGBT 导通并加载负载电流。
c2 : 短路电流感测 （SC 触发）。
c3 : IGBT 栅极硬中断。
c4 : IGBT 关断。
c5 : 故障输出延时工作启动：故障输出信号的脉宽通过外部电容 CFO 设置。
c6 : 输入 “LOW”：IGBT 关断状态。
c7 : 输入 “HIGH”：IGBT 导通，但是在故障输出有效的时间内， IGBT 不导通。
c8 : IGBT 关断状态。
图 10. 短路电流保护 （仅适用于低端的工作）
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+5 V
SPM
RPF = 4.7 ㏀
100 Ω
,
,
IN(UH) IN(VH)
IN
(WH)
100 Ω
100 Ω
,
,
IN(UL) IN(VL)
IN(WL)
MCU
VFO
1 nF
1 nF
1 nF
CPF = 1 nF
COM
图 11. 推荐的 MCU I/O 接口电路
注：
®
1. 每个输入端的 RC 耦合可能随着应用程序中使用的 PWM 控制方案和应用程序印刷电路板接线抗阻而改变。Motion SPM 3 产品的输入信号部分集成了典型值为 5 k 的下拉电
阻。因此，当使用外部的滤波电阻时，请注意该信号在输入端的压降。
2. 逻辑输入与标准 CMOS 或者 LSTTL 的输出兼容。
These values depend on PWM control algorithm.
One-Leg Diagram of
Motion SPM 3 Product
P
Vcc VB
0.1 µF
IN
HO
15 V
22 µF
COM VS
Inverter
Output
Vcc
IN
OUT
VSL
1000 µF
1 µF
COM
N
图 12. 推荐的自举工作电路和参数
注：
3. 在 V - COM 之间的陶瓷电容应大于 1 μF，并且应尽可能靠近 Motion SPM 3 产品的引脚。
CC
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+5 V +15 V
P (27)
(19) VB(W)
(18) VCC(H)
VB
VCC
COM
IN
OUT
VS
RS
RS
RS
CBS
CBSC
CBSC
CBSC
(17) IN(WH)
(20) VS(W)
W
(26)
Gating WH
Gating VH
Gating UH
CPS
(15) VB(V)
VB
(14) VCC(H)
VCC
COM
IN
OUT
VS
CBS
(13) IN(VH)
(16) VS(V)
V (25)
M
CPS
(11) VB(U)
VB
M
C
U
(10) VCC(H)
VCC
CDCS
Vdc
OUT
VS
COM
IN
CBS
(9) IN(UH)
(12) VS(U)
U (24)
CPS
RF
RPF
(8) CSC
(7) CFOD
(6) VFO
CSC
OUT(WL)
OUT(VL)
C(SC)
C(FOD)
VFO
RSW
NW (23)
NV (22)
NU (21)
RS
RS
CFOD
Fault
(5) IN(WL)
(4) IN(VL)
(3) IN(UL)
Gating WL
Gating VL
Gating UL
IN(WL)
IN(VL)
IN(UL)
RS
RS
RSV
(2) COM
(1) VCC(L)
COM
VCC
CPF
CBPF
CPS
CPS CPS
OUT(UL)
VSL
RSU
CSPC15
CSP15
RFW
RFV
RFU
Input Signal for
Short-Circuit Protection
W-Phase Current
V-Phase Current
U-Phase Current
CFW
CFU
CFV
图 13. 典型应用电路
注：
1. 为了避免故障，应尽可能缩短每个输入端的连线 （小于 2-3 cm）。
®
2. 因为 Motion SPM 3 产品内部集成了一个具有特殊功能的 HVIC，接口电路与 MCU 端口的直接耦合是可行的，不需要任何光耦合器或变压器隔离。
3. V 输出是集电极开路型。该信号线应当采用 4.7 k 电阻上拉至 5 V 电源的正极。（请参考图 11）。
FO
4. 推荐 C
的取值应大于自举电容 C 的 7 倍左右。
BS
SP15
5. V 输出脉宽取决于连接在 C
（引脚 7）和 COM（引脚 2）之间的外部电容（C
）。（示例：若 C
= 33 nF，则 t = 1.8 ms（典型值））具体计算方法请参考说明 5。
FOD FO
FO
FOD
FOD
6. 输入信号为高电平有效。在 IC 中，有一个 5 kΩ 的电阻将每一个输入信号线下拉接地。应当采用 RC 耦合电路，以避免输入信号振荡。R C 时间常数应该选择在 50 ~ 150 ns
S
PS
范围内。 C 不应低于 1 nF （推荐 R = 100 , C = 1 nF）。
PS
S
PS
7. 为避免保护功能出错，应尽可能缩短 R 和 C 周围的连线。
F
SC
8. 在短路保护电路中，R C 的时间常数应在 1.5 ~ 2.0 μs 的范围内进行选择。
F
SC
9. 每个电容都应尽可能地靠近 Motion SPM 3 产品的引脚安装。
10. 为防止浪涌的破坏，应尽可能缩短滤波电容和 P & GND 引脚间的连线。推荐在 P & GND 引脚间使用 0.1~0.22 μF 的高频无感电容。
11. 在各种家用电器设备中，几乎都用到了继电器。在这些情况下， MCU 和继电器之间应留有足够的距离。
12. C
应大于 1 μF，并尽可能靠近 Motion SPM 3 产品的引脚安装。
SPC15
©2007 飞兆半导体公司
FSBF10CH60BT Rev. C3
13
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