ST IHM023V2 User Manual

STEVAL-IHM023V2

1 kW 3-phase motor control demonstration board featuring L6390 drivers and STGP10NC60KD IGBT

Features

Minimum input voltage: 125 VDC or 90 VAC

Maximum input voltage: 400 VDC or 285 VAC

Input voltage range with applied input voltage doubler from 65 VAC to 145 VAC

Voltage range for low-voltage motor control applications from 18 VDC to 35 VDC

Possibility to use auxiliary +15 V supply voltage

Maximum output power for motors up to 1 kW

Regenerative brake control

Input inrush limitation with bypass relay

+ 15 V auxiliary power supply based on buck converter with VIPer™16

IGBT power switch STGP10NC60KD in a TO220 package - compatible with other ST IGBTs or power MOSFETs in the TO-220 package

Fully populated board design with test points and safety isolated plastic cover

Motor control connector for interface with the STM3210B-EVAL board and other ST motor control dedicated kits

Tachometer input

Hall/encoder inputs

Possibility to connect the BEMF daughterboard for sensorless six-step control of BLDC motors

PCB type and size:

Material of PCB - FR-4

Double-sided layout

Copper thickness: 60 µm

Total dimensions of demonstration board: 127 mm x 180 mm

RoHS compliant

Description

The STEVAL-IHM023V2 demonstration board implements a 1 kW three-phase motor control featuring the L6390 high and low-side drivers and

Data brief

STEVAL-IHM023V2

the STGP10NC60KD IGBT. The demonstration board is an AC/DC inverter that generates a three-phase waveform for driving threeor twophase motors such as induction motors or PMSM motors up to 1000 W with or without sensors.

The STEVAL-IHM023V2 is a universal, fully evaluated and populated design consisting of a three-phase inverter bridge based on STMicroelectronics’ 600 V IGBT STGP10NC60KD in a TO-220 package mounted on a heatsink and the L6390 high-voltage highside and low-side driver featuring an integrated comparator for hardware protection features such as overcurrent and overtemperature.

The driver also integrates an operational amplifier suitable for advanced current sensing. Thanks to this advanced characteristic, the system has been specifically designed to achieve an accurate and fast conditioning of the current feedback, thus matching the typical requirements in field oriented control (FOC).

The board has been designed to be compatible with single-phase mains, supplying from 90 VAC to 285 VAC or from 125 VDC to 400 VDC for DC voltage. With reconfiguration of the input sourcing, the board is suitable also for low-voltage DC applications up to 35 VDC.

September 2011

Doc ID 022260 Rev 1

1/9

For further information contact your local STMicroelectronics sales office.

www.st.com

ST IHM023V2 User Manual

2/9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.1 Figure

1

Schematics

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hall/encoder

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Schematics

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U11A

 

 

 

 

 

 

 

Vdd_micro

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M74HC14M1R

R115

R109

R110 R111

 

C73

 

 

 

 

 

 

W7

Tacho

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R112

R113

R114

 

 

 

 

 

 

 

100 nF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M_phase_A

 

 

 

 

 

 

U11B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IHM023V2STEVAL-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R116 Q15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H1/A+

J4

 

 

 

 

 

 

M74HC14M1R

 

 

W4

H1/A +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

4

 

BC847

 

M_phase_A

 

 

Tacho sensor

 

 

 

 

H2/B+

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H3/Z+

3

 

 

 

 

 

 

 

U11C

 

 

 

 

 

 

 

M_phase_B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 3.3/5 V

4

 

 

 

 

 

 

M74HC14M1R R117

 

 

 

 

 

Vdd_micro

 

 

 

 

 

 

 

 

GND

5

 

C71

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M_phase_C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Encoder/hall

100 nF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C24

 

R19

 

R20

 

 

 

 

 

 

 

U11D

 

Q17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R22

 

100 nF

 

N.C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M74HC14M1R

 

BC847

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C69

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

J8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 pF C74

 

 

 

 

R27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

U11E

 

 

 

 

 

10 pF

 

 

 

1

 

 

 

 

Q4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

M74HC14M1R

 

Q16

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

BC847

 

 

 

Vdd_micro

3

 

 

11

 

10

 

 

 

 

 

10 pF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BC847

 

 

 

 

 

 

 

Tacho

C27

 

D11

 

D12

 

 

C29

 

 

 

 

 

A B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C28

R29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100 nF

 

 

 

100

 

 

2.2 nF

 

 

022260DocID

 

 

W16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

JFILMBAT48

 

JFILMBAT48

nF

 

 

schematic1 part-

 

 

+5 V

 

 

 

 

14

 

U11F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M74HC14M1R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C72

13

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100 nF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rev

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+15 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R120

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D28

 

+Bus

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D29 BZX84B13V

+15 V

 

 

Brake control

 

+15 V

 

 

LED Red

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+15 V

 

 

+Bus

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R107

+

C25

 

 

 

 

 

 

Q18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D26

 

J6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+15V

C75

R30

BC847

 

 

 

 

 

 

 

R104

 

 

R23

 

R24

 

R25

 

 

 

 

 

 

R121

 

STTH2L06

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1nF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

R28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C26

 

 

 

 

 

Q2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BZX84B13V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R Brake

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

100 nF

 

 

 

 

 

 

BC857B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R105

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

1

 

 

 

 

 

R18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q12

 

 

Q13

 

 

 

+

U4

 

 

 

Q5

 

 

R26

 

 

 

 

 

 

STGP10NC60KD

 

 

 

 

 

 

 

C30

R31

R32

2 TS391ILT

Q14

 

 

BC847

 

 

 

R21

 

 

 

 

STEVAL

 

R106

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C65

R35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

220R

 

BC847

 

 

BC847 4.7 nF

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R34

BC847

pF

 

 

Brake control

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

voltage off

 

 

 

 

 

 

Software brake

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

voltage off

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AM07502

 

IHM023V2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Input part with bridge

 

 

 

 

 

 

 

.2 Figure

-STEVAL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DC_bus_voltage

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STEVAL

IHM023V2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+Bus

 

 

 

 

 

relay_ A

 

relay_ B

+

D1

 

 

 

 

C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

 

 

R1

+

R2

 

 

 

 

 

 

J1

 

6.25 A TEMP

VR1

 

 

 

4.7 nF/Y2

 

 

 

/250 V

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vdd_m icro

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IHM023V2

 

 

3

 

F1 FUSE-1

 

 

 

 

 

 

 

 

R3

 

R4

 

D2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BAT48JFILM

 

 

 

 

1

 

C4

 

 

 

KBU6K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

INPUT

 

150 nF/X 2

 

 

 

-

 

 

 

 

 

C3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bus_voltage

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C5

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R6

 

 

R5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.7 nF/Y2

 

 

/250 V

R7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 nF

 

 

 

2 part - schematic

 

022260 ID Doc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Voltage_doubler

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Viper

L1

 

U3 VIPer16LD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W1

 

 

 

Rev

 

 

 

Buck converter

 

 

 

 

 

 

 

+3.3 V linear

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

1

 

 

 

 

 

16 15 14 31

 

 

 

 

 

R8

 

 

 

 

 

 

 

 

+5 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

in1aDr in2aDr 3inaDr in4aDr

VDD

5

 

 

R9

R10

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

LIM

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vdd_ micro

 

 

 

 

7

 

 

C12

C13

C14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FB

 

 

 

 

 

 

U1 LD1117S33TR SOT223

 

 

 

 

 

 

C15

+

1 2 3 4

 

 

 

 

47 nF

N.C.

220 nF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

/450 V

rceuoS rceuoS rceuoS rceuoS

COMP

8

 

 

 

 

 

 

D6

+5 V

IN

OUT

 

 

+3.3 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C16

+

 

 

 

 

STTH1L06A

 

C6

 

GND

C7

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 3 4

R108

 

 

 

 

 

 

 

1

+

C8

 

 

 

 

 

 

 

N.C.

 

L2

H

 

 

 

 

100 nF

 

 

100 nF

/6.3 V

 

 

 

 

 

 

 

 

/50 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+15 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D8

 

 

 

 

 

 

C18

C19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D9

 

+

 

R12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STTH1L06A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BZV55C18SMD

100 nF

N.C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/25 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AM07503

Schematics

3/9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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