AN4043 datasheet(5/60 Pages) STMICROELECTRONICS

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AN4043

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Doc ID 022726 Rev 2

5/60

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Figure 1.

Inverter motor drive block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Figure 2.

Discrete-based inverter vs. SLLIMM-nano solution comparison. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Figure 3.

SLLIMM block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Figure 4.

SLLIMM-nano nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Figure 5.

Internal circuit of the STGIPN3H60A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Figure 6.

Internal circuit of the STGIPN3H60 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Figure 7.

Stray inductance components of output stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Figure 8.

High voltage gate drive die image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Figure 9.

High voltage gate driver block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Figure 10.

Logic input configuration for the STGIPN3H60A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Figure 11.

Logic input configuration for the STGIPN3H60. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Figure 12.

Timing chart of undervoltage lockout function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Figure 13.

Timing chart of dead time function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Figure 14.

Smart shutdown equivalent circuitry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Figure 15.

Timing chart of smart shutdown function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Figure 16.

Examples of SC protection circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Figure 17.

Example of SC event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Figure 18.

3-phase system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Figure 19.

General advanced current sense scheme and waveforms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Figure 20.

Bootstrap circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Figure 21.

Bootstrap capacitor vs. switching frequency. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Figure 22.

Initial bootstrap charging time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Figure 23.

Images and internal view of NDIP-26L package. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Figure 24.

Outline drawing of NDIP-26L package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Figure 25.

Pinout (top view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Figure 26.

Typical IGBT power losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Figure 27.

IGBT and diode approximation of the output characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Figure 28.

Typical switching waveforms of the STGIPN3H60 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Figure 29.

Rth(j-a) equivalent thermal circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Figure 30.

Thermal impedance Zth(j-a) curve for a single IGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Figure 31.

Cauer RC equivalent circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Figure 32.

Foster RC equivalent circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Figure 33.

Maximum IC(RMS) current vs. fsw simulated curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Figure 34.

General suggestions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Figure 35.

Example 1 on a possible wrong layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Figure 36.

Example 2 on a possible wrong layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Figure 37.

Cooling technique: copper plate on the PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Figure 38.

Cooling technique: heatsink bonded on the package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Figure 39.

Cooling technique: heatsink bonded on the PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Figure 40.

Packaging specifications of NDIP-26L package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

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