FSBB20CH60C [ONSEMI]

智能功率模块,600V,20A;
FSBB20CH60C
型号: FSBB20CH60C
厂家: ONSEMI    ONSEMI
描述:

智能功率模块,600V,20A

电动机控制 光电二极管
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2016 2 月  
FSBB20CH60C  
®
Motion SPM 3 系列  
特性  
概述  
FSBB20CH60C 是一款先进的 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。  
UL E209204 号认(UL1557)  
• 600 V - 20 A 三相 IGBT 逆变器,包含栅极驱动和保护  
的控IC  
低损耗、短路额定IGBT  
DBC (Al2O3) 基板实现非常低的热阻  
内置自举二极管和专用的 Vs 引脚以简化印刷电路板布  
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- 家用设/ 工业电机  
相关资料  
AN-9044 - Motion SPM® 3 Series Users Guide  
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  
FSBB20CH60C  
FSBB20CH60C  
SPMCC-027  
Rail  
10  
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1
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集成的功率功能  
600 V - 20 A IGBT 逆变器,适用于三DC / AC 功率转请参阅3)  
集成的驱动、保护和系统控制功能  
对于逆变器高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(UVLO)  
注:可用自举电路示例如12 13 所示。  
对于逆变器低IGBT:栅极驱动电路、短路保(SCP)、控制电源欠压锁定保(UVLO)  
故障信号:对UVLO (低端电源)和短路故障  
输入接口:高电平有效接口,可用3.3 / 5 V 逻辑电平,施密特触发脉冲输入  
引脚布局  
2. 俯视图  
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2
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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 IGBT 驱动的低端公共偏压  
公共电源接地  
2
3
U 相的信号输入  
4
V 相的信号输入  
5
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低通滤波器)  
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 IGBT 驱动的高端公共偏压  
U IGBT 驱动的高端偏压  
U IGBT 驱动的高端偏压接地  
V 相的信号输入  
IC IGBT 驱动的高端公共偏压  
V IGBT 驱动的高端偏压  
V IGBT 驱动的高端偏压接地  
W 相的信号输入  
IC IGBT 驱动的高端公共偏压  
W IGBT 驱动的高端偏压  
W 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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3
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内部等效电路与输/ 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)  
N
V (22)  
(2) COM  
(1) VCC(L)  
COM  
VCC  
OUT(UL)  
VSL  
NU (21)  
3. 内部框图  
注:  
1. 逆变器的低端由三IGBT 及相应的续流二极管和一个控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IGBT 以及相应的续流二极管和驱IC 组成。  
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4
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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  
VPN  
参数  
工作条件  
施加P - NUNVNW 之间  
施加P - NUNVNW 之间  
额定值  
450  
单位  
V
电源电压  
VPN (浪涌)  
VCES  
± IC  
500  
V
电源电浪涌)  
集电- 发射极之间电压  
IGBT 的集电极电流  
IGBT 的集电极电峰值)  
集电极功耗  
600  
V
TC = 25°C, TJ 150°C  
TC = 25°CTJ 150°C冲宽度小1 ms  
TC = 25°C,单个芯片  
20  
A
± ICP  
PC  
40  
A
62  
W
°C  
TJ  
- 40 ~ 150  
工作结温  
1)  
注:  
®
1. Motion SPM 3 产品中集成的功率芯片的最大结温额定值150°C T 125C。  
C
控制部分  
符号  
VCC  
参数  
工作条件  
额定值  
20  
单位  
V
V
控制电源电压  
高端控制偏压  
施加VCC(H)VCC(L) - COM 之间  
VBS  
20  
施加VB(U) - VS(U)VB(V) - VS(V)VB(W)  
-
VS(W)  
VIN  
-0.3 ~ VCC + 0.3  
V
输入信号电压  
施加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VFO - COM 之间  
VFO 引脚处的灌电流  
VSC  
-0.3 ~ VCC + 0.3  
电流感测输入电压  
施加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  
正向电流  
TC = 25°C, TJ 150°C  
0.5  
A
IFP  
TJ  
TC = 25°CTJ 150°C 脉冲宽度小1 ms  
2.0  
A
正向电峰值)  
工作结温  
-40 ~ 150  
°C  
整个系统  
符号  
参数  
工作条件  
额定值  
单位  
VPN(PROT)  
VCC = VBS = 13.5 ~ 16.5 V  
400  
V
自我保护电源电压限短路保护能力)  
TJ = 150°C,非重复性,< 2 μs  
TC  
-40CTJ 150C,见2  
-40 ~ 125  
-40 ~ 125  
2500  
°C  
°C  
模块壳体工作温度  
存储温度  
TSTG  
VISO  
60 Hz,正弦波形,交1 分钟,连接陶瓷基  
板到引脚  
Vrms  
绝缘电压  
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  
-
-
-
-
2.0  
3.0  
°C / W  
°C / W  
- 壳体的热阻  
逆变IGBT 1 / 6 模块)  
逆变FWD 部分(1 / 6 模块)  
注:  
2. 关于壳体温(T ) 的测量点,参见2。  
C
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5
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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 = 20 A, TJ = 25°C  
-
-
2.0  
V
集电- 发射极间饱和电压  
VIN = 5 V  
VF  
VIN = 0 V  
IF = 20 A, TJ = 25°C  
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
2.2  
V
μs  
μs  
μs  
μs  
μs  
μs  
μs  
μs  
μs  
μs  
mA  
FWD 正向电压  
HS  
tON  
tC(ON)  
tOFF  
tC(OFF)  
trr  
VPN = 300 V, VCC = VBS = 15 V  
IC = 20 A  
VIN = 0 V 5 V,电感负载  
3)  
0.75  
0.2  
0.45  
0.15  
0.1  
0.5  
0.3  
0.45  
0.15  
0.1  
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
开关时间  
LS  
tON  
VPN = 300 V, VCC = VBS = 15 V  
IC = 20 A  
VIN = 0 V 5 V,电感负载  
3)  
tC(ON)  
tOFF  
tC(OFF)  
trr  
ICES  
VCE = VCES  
集电- 发射极间漏电流  
注:  
3.  
t
t  
包括模块内部驱IC 的传输延迟时间。t  
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
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)  
,
VBS 静态电源电流  
IN(UH, VH, WH) = 0 V VB(W) - VS(W)  
VSC = 0 VVFO 电路:4.7 k5 V 上拉  
VSC = 1 VVFO 电路:4.7 k5 V 上拉  
VCC = 15 V 4)  
VFOH  
VFOL  
4.5  
-
-
0.8  
0.55  
-
V
V
故障输出电压  
-
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  
TSD  
-
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 5)  
VIN(ON)  
VIN(OFF)  
-
施加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t 取决于电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  
4. 开关时间的定义  
SWITCHING LOSS(ON) VS. COLLECTOR CURRENT  
VCE=300V  
CC=15V  
V =5V  
SWITCHING LOSS(OFF) VS. COLLECTOR CURRENT  
VCE=300V  
CC=15V  
V =5V  
700  
600  
500  
400  
300  
200  
100  
0
1100  
1000  
900  
800  
700  
600  
500  
400  
300  
200  
100  
0
V
V
IN  
IN  
TJ=25¡É  
TJ=25¡É  
TJ=150¡É  
TJ=150¡É  
0
2
4
6
8
10  
12  
14  
16  
18  
20  
22  
0
2
4
6
8
10  
12  
14  
16  
18  
20  
22  
COLLECTOR CURRENT, Ic [AMPERES]  
COLLECTOR CURRENT, Ic [AMPERES]  
5. 开关损耗特典型值)  
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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]  
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15 。  
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  
1
V
V
电源电压  
施加P - NUNVNW 之间  
VCC  
VBS  
13.5  
13.0  
-1  
控制电源电压  
高端偏压  
施加VCC(H)VCC(L) - COM 之间  
施加VB(U) - VS(U)VB(V) - VS(V)VB(W) - VS(W)  
V
dVCC / dt,  
dVBS / dt  
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  
-40C TC 125C, -40C TJ 150°C  
20  
4
-4  
电流感测产生的电压  
施加NUNVNW - 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  
-
0.80  
+120  
-
N•m  
μm  
g
安装螺钉:M3  
0.62 N•m  
7  
0
-
器件平面度  
重量  
15.00  
( + )  
( + )  
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(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(UVCCR)。  
a7:正常工作:IGBT 导通并加载负载电流。  
8. 欠压保低端)  
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(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(UVBSR)。  
b6:正常工作:IGBT 导通并加载负载电流。  
9. 欠压保高端)  
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10  
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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CR 连接)  
c1:正常工作:IGBT 导通并加载负载电流。  
c2:短路电流感SC 触发。  
c3IGBT 栅极硬中断。  
c4IGBT 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CFO 设置。  
c6:输“LOW”IGBT 关断状态。  
c7:输“HIGH”IGBT 导通,但是在故障输出有效的时间内IGBT 不导通。  
c8IGBT 关断状态。  
10. 短路电流保仅适用于低端的工作)  
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+5 V  
SPM  
RPF = 4.7 ㏀  
100 Ω  
100 Ω  
100 Ω  
,
,
IN(UH) IN(VH)  
IN  
(WH)  
,
,
IN(UL) IN(VL)  
IN(WL)  
MCU  
VFO  
1 nF  
1 nF  
1 nF  
CPF = 1 nF  
COM  
11. 推荐MCU I/O 接口电路  
注:  
®
1. 每个输入端RC 耦合可能随着应用程序中使用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CMOS 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
12. 推荐的自举工作电路和参数  
注:  
3. V - COM 之间的陶瓷电容应大1 μF,并且应尽可能靠Motion SPM 3 产品的引脚。  
CC  
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12  
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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  
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2-3 cm。  
®
2. Motion SPM 3 产品内部集成了一个具有特殊功能HVIC,接口电路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4.7 k电阻上拉5 V 电源的正极请参考11。  
FO  
4. C  
的取值应大于自举电C 7 倍左右。  
SP15  
BS  
5.  
V
输出脉宽取决于连接C  
(引7COM(引2间的外部电容(C  
:若 C  
= 33 nFt = 1.8 ms(典型值体计算方法请参考说5。  
FO  
FOD  
FOD  
FOD FO  
6. 输入信号为高电平有效IC 5 k的电阻将每一个输入信号线下拉接地当采RC 耦合电路避免输入信号振荡R C 时间常数应该选择50 ~ 150 ns  
S
PS  
范围内C 不应低1 nF R = 100 , C = 1 nF。  
PS  
S
PS  
7. 为避免保护功能出错,应尽可能缩R 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P & GND 引脚间的连线。推荐P & GND 引脚间使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1 μF,并尽可能靠Motion SPM 3 产品的引脚安装。  
SPC15  
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