Module IGBT FSBF15CH60BT 600 V 15 A

1. Giới thiệu chung

• Mã linh kiện: FSBF15CH60BT

• Loại linh kiện: Smart Power Module (SPM) / Intelligent Power Module (IPM) — module ba pha (3-phase) tích hợp IGBT + mạch điều khiển + chức năng bảo vệ.

• Hãng / nguồn: trước đây là Fairchild, nay thuộc Onsemi (ON Semiconductor)

• Dòng / điện áp: module 600 V, 15 A (3 pha)

• Đóng gói & cách điện: dạng module SPM, cách điện cách ly cao với mức cách điện 2,500 Vrms

• Trạng thái sản phẩm: theo datasheet có ghi “Obsolete / Not In Production” — sản phẩm có thể đã bị ngừng sản xuất hoặc chuyển sang dòng thay thế.

FSBF15CH60BT là một module công suất tích hợp, dùng trong các bộ inverter ba pha cho động cơ AC (ví dụ BLDC, PMSM, động cơ điều hòa, máy giặt, v.v.).

2. Cấu tạo & khối chức năng

Do module đã tích hợp nhiều hệ phần bên trong, cấu trúc có thể được mô tả qua các khối chức năng:

2.1. Thành phần bên trong & khối chức năng

Các thành phần cơ bản:

• IGBT ba pha: ba transistor IGBT để điều khiển ba pha của bộ inverter.

• Diode hồi (freewheeling diodes / bootstrap diodes): dùng để dẫn dòng khi phần cảm ứng phản hồi. FSBF15CH60BT có tích hợp diode bootstrap.

• Mạch điều khiển / driver tích hợp (HVIC / Gate drive): module bao gồm mạch lái IGBT (High-Voltage Integrated Circuit) để chuyển đổi tín hiệu logic (3.3 V / 5 V) thành tín hiệu gate cho IGBTs.

• Chức năng bảo vệ tích hợp: module hỗ trợ các cơ chế bảo vệ như Under-Voltage Lockout (UVLO), Over-Current Protection (OCP, short-circuit protection), báo lỗi (fault output)

• Terminal “open emitter” pins: module cung cấp chân emitter riêng biệt cho các IGBTs thấp (low-side) để thuận tiện đo dòng pha riêng biệt.

• Cách điện & nền gốm (ceramic substrate): module sử dụng nền cách điện (ví dụ gốm) để cách điện giữa các tầng và cải thiện độ ổn định và rò điện thấp.

2.2. Sơ đồ chân & bố trí

Datasheet FSBF15CH60BT có sơ đồ chân và bố trí module (Top View) — module có nhiều chân tín hiệu, chân điều khiển, chân nguồn, chân emitter pha thấp, v.v.

Ví dụ các chân:

• Chân điều khiển pha cao (High-Side) và pha thấp (Low-Side)

• Chân VB / VS (nguồn bias gate)

• Chân fault / bảo vệ

• Chân nguồn +P, – (DC link)

• Chân emitter của mỗi pha

• Chân ground logic / mạch điều khiển

Do module tích hợp, thiết kế mạch PCB sẽ cần tuân theo sơ đồ chân trong datasheet và lưu ý cách bố trí nối đất, cách ly tín hiệu, bố trí đường điện áp cao / thấp.

3. Thông số kỹ thuật

Dưới đây là các thông số quan trọng của FSBF15CH60BT, trích từ datasheet:

3.1. Giới hạn tuyệt đối (Absolute maximum ratings)

• Điện áp collector-emitter (V_CE) tối đa: 600 V

• Dòng định mức (RMS) mỗi pha: 15 A

• Isolation (cách điện): 2,500 Vrms

• Nhiệt độ môi trường hoạt động: –40 °C đến +150 °C

• Nhiệt độ lưu trữ: (giá trị trong datasheet) — thường tương tự hoặc rộng hơn dải hoạt động

• Dòng ngắn mạch (short-circuit): module có khả năng chịu dòng ngắn mạch tùy điều kiện (datasheet quy định thời gian ngắn mạch được phép)

• Điện áp và dV/dt tối đa cho các chân bias, driver, gate — các thông số này trong bảng đặc tính chi tiết của datasheet.

3.2. Đặc tính điện & hoạt động (Electrical / Operating)

Một số đặc tính nổi bật mà datasheet đưa ra:

• Under-Voltage Lockout (UVLO): module có chức năng khóa nếu điện áp nguồn điều khiển (VCC hoặc VB) giảm dưới ngưỡng an toàn để tránh hoạt động không ổn định.

• PWM Input thresholds: đáp ứng tín hiệu logic (ví dụ IN_UH, IN_UL, v.v.), module có mức ON / OFF thresholds để nhận tín hiệu điều khiển.

• Chức năng bảo vệ ngắn mạch (Short-Circuit Protection — SCP): module phát hiện dòng ngắn mạch và ngắt hoặc giới hạn để bảo vệ IGBT.

• Fault output (FOD): khi có lỗi (ví dụ undervoltage, short-circuit), module xuất ra tín hiệu lỗi (Fault-out) để mạch ngoài xử lý.

• Blanking / dead time: module có khoảng thời gian blanking hoặc dead time để tránh đấu pha hoặc xung chồng khi chuyển mạch.

• Tỷ lệ biến đổi điện áp (dV/dt) và điện áp rò (leakage) khi ngắt: các đặc tính này thường được liệt trong phần đặc tính tĩnh của bảng datasheet.

• Điện năng tổn thất (switching losses, conduction losses): datasheet cung cấp biểu đồ tổn thất khi chuyển mạch (turn-on, turn-off) và khi dẫn tùy theo dòng và nhiệt độ.

4. Chức năng & cách hoạt động

FSBF15CH60BT là module ba pha tích hợp IGBT và mạch điều khiển nên nó đảm nhiệm các vai trò sau trong hệ thống inverter / động cơ:

1. Đóng / mở pha (switching): IGBTs trong module bật / tắt để điều khiển dòng điện đi vào từng pha của động cơ.

2. Điều khiển từ logic sang công suất: module chứa mạch gate driver (HVIC) để chuyển tín hiệu logic (ví dụ 3.3 V hoặc 5 V) thành tín hiệu cao áp để điều khiển gate IGBT.

3. Bảo vệ tích hợp:

   • UVLO: bảo vệ nếu điện áp bias thấp

   • SCP: bảo vệ ngắn mạch

   • Fault output báo lỗi cho mạch điều khiển bên ngoài

4. Hỗ trợ bootstrap diodes & emitter pins riêng biệt: giúp thiết kế mạch bootstrap và đo dòng pha dễ hơn.

5. Chuyển mạch đồng bộ & blanking / dead time: module quản lý khoảng thời gian chuyển pha để tránh xung ngắn giữa các IGBT.

6. Cách điện và cách biệt giữa tín hiệu cao áp và logic thấp áp: module tích hợp cách điện cao để đảm bảo an toàn và giảm nhiễu.

Nhờ tích hợp sẵn các chức năng điều khiển và bảo vệ, module giúp giảm linh kiện ngoài, rút ngắn thời gian thiết kế hệ thống inverter / driver motor.

5. Ứng dụng

FSBF15CH60BT phù hợp cho các ứng dụng sau:

• Bộ biến tần mini (inverter) cho động cơ AC / BLDC / PMSM nhỏ

• Ứng dụng gia dụng: điều hòa, máy giặt, máy bơm, máy quạt, v.v.

• Hệ thống điều khiển chuyển động (motion control) công nghiệp nhỏ

• Điều khiển tốc độ động cơ, đổi chiều, điều khiển pha

• Hệ thống nguồn AC/ DC đa pha yêu cầu điều khiển công suất cao

Vì module có dòng 15 A, 600 V, nó phù hợp cho các hệ thống công suất vừa và nhỏ.

6. Cách kiểm tra / thử nghiệm FSBF15CH60BT

Kiểm tra một module như FSBF15CH60BT cần kỹ thuật và cẩn trọng vì module chứa nhiều phần tích hợp và làm việc với điện áp cao. Dưới đây là các bước gợi ý:

6.1. Chuẩn bị & an toàn

• Ngắt hoàn toàn nguồn, xả tụ điện trong mạch

• Nếu có thể, tháo module ra khỏi bo mạch để thử riêng, tránh ảnh hưởng từ linh kiện bên ngoài

• Sử dụng thiết bị đo phù hợp: multimeter, oscilloscope, nguồn thử cách ly

• Đảm bảo cách điện khi làm việc với module

6.2. Kiểm tra khi module chưa cấp điện (out-of-circuit)

• Đo điện trở / đo diode giữa các chân IGBT (collector ↔ emitter) khi gate không kích: phải rất cao (gần hở)

• Kiểm tra giữa gate ↔ emitter hoặc gate ↔ các chân khác: không nên có dẫn mạnh

• Kiểm tra các chân emitter của pha thấp (open-emitter pins) để xác minh không bị chập nội bộ

• Kiểm tra mạch bảo vệ (nếu có thể) – đo mạch logic, fault pin, kiểm tra xem các phần logic có bị chập

6.3. Kiểm tra khi module có cấp nguồn / trong mạch

• Cấp nguồn điều khiển (VCC, VB) đúng theo datasheet, đảm bảo module đặt trong vùng hoạt động

• Gửi tín hiệu điều khiển pha (PWM) cho các chân input, quan sát xem module bật/tắt pha tương ứng

• Dùng oscilloscope để quan sát:
  • Tín hiệu gate → xem dạng sóng và thời gian bật/tắt
  • Điện áp collector-emitter của các pha khi bật/tắt
  • Xung lỗi (fault) nếu có, khi có ngắn mạch hoặc điện áp không đúng

• Kiểm tra khả năng chịu dòng cao (short-circuit) nếu module hỗ trợ và datasheet cho phép — bắt đầu bằng dòng nhỏ và tăng dần, quan sát module có vào chế độ bảo vệ (SCP) hay không

• Quan sát nhiệt độ module khi dẫn dòng trong thời gian — module không nên nóng quá nhanh

6.4. Lưu ý & hạn chế

• Khi module vẫn gắn trong mạch, linh kiện ngoài (tụ, điện trở, cuộn cảm, các mạch song song) có thể làm nhiễu kết quả đo — ưu tiên đo module rời nếu có thể

• Không vượt quá điện áp / dòng định mức khi thử nghiệm — dễ làm module hỏng

• Nếu module đã vào trạng thái lỗi (fault latch), có thể phải ngắt điện, phục hồi (power off/on) mới thử lại

• Cần tuân thủ sơ đồ chân và khuyến nghị nối đất / cách ly từ datasheet để tránh đo sai hoặc phá module

Xem thêm các sản phẩm IGBT khác tại đây

Datasheet của FSBF15CH60BT :