STMicroelectronics EVALSTGAP4S演示板用于評估 STGAP4S先進(jìn)的電隔離柵極驅(qū)動器，用于IGBT和SiC MOSFET。該演示板驅(qū)動電源開關(guān)，額定電壓高達(dá)650V。EVALSTGAP4S板包含兩個封裝在H^2^PAK-7封裝中的SiC MOSFET，以半橋配置連接。與STEVAL-PCC009V2和STSW-STGAP4 GU搭配使用時，該演示板通過SPI接口啟用、配置或禁用驅(qū)動器的保護(hù)和控制功能。EVALSTGAP4S板設(shè)有用于LV側(cè)電源的板載 3.3V線性穩(wěn)壓器、用于HV 18V/-5V驅(qū)動電源的反激式以及故障LED指示燈。該 演示板符合RoHS指令。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：STMicroelectronics EVALSTGAP4S演示板數(shù)據(jù)手冊.pdf

特性

• 半橋配置
• 650V SCTH100N65G2-7AG、20mΩ SiC MOSFET
• 高達(dá)520V（受MOSFET和電容器額定值限制）高壓軌道
• 3.3V板載線性穩(wěn)壓器，用于LV側(cè)電源
• 反激，用于HV 18V/-5V驅(qū)動電源
• 隔離最大工作電壓：1200V
• 故障 LED 指示器
• 適合與STEVAL-PCC009V2和STSW-STGAP4 GUI搭配使用
• 符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)

示意圖

?EVALSTGAP4S隔離式柵極驅(qū)動演示板技術(shù)解析與應(yīng)用指南?

一、核心特性與系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 板級特性

• ?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?：半橋配置，采用SCTH100N65G2-7AG規(guī)格的650V/20mΩ SiC MOSFET
• ?電壓支持?：高壓軌最高520V（受MOSFET和電容額定值限制）
• ?隔離能力?：隔離屏障最高耐受1200V工作電壓
• ?電源管理?：集成3.3V線性穩(wěn)壓器（低壓側(cè)供電）+ 反激拓?fù)洌ǜ邏簜?cè)±18V/-5V驅(qū)動電源）
• ?診斷功能?：故障LED指示器，支持與STEVAL-PCC009V2和STSW-STGAP4 GUI聯(lián)調(diào)
• ?環(huán)保認(rèn)證?：符合RoHS指令

1.2 STGAP4S芯片核心功能

• ?集成隔離電源?：內(nèi)置反激轉(zhuǎn)換器為高壓側(cè)供電
• ?保護(hù)機(jī)制?：
  • 退飽和檢測（Desaturation detection）
  • 軟關(guān)斷保護(hù)（Soft turn-off）
  • 過溫預(yù)警及關(guān)斷
• ?通信接口?：3.3V邏輯電平（兼容5V），支持SPI菊花鏈配置與診斷
• ?監(jiān)測功能?：隔離式ADC + 內(nèi)部溫度傳感器

二、電氣設(shè)計要點

2.1 功率級設(shè)計

• ?開關(guān)器件?：雙H2PAK-7封裝的SiC MOSFET構(gòu)成半橋，單管規(guī)格650V/95A
• ?驅(qū)動對稱性?：兩個STGAP4S驅(qū)動器均配備獨(dú)立反激電源，確保高低側(cè)驅(qū)動一致性
• ?擴(kuò)展能力?：多板級聯(lián)支持全橋逆變等復(fù)雜拓?fù)洌琒PI菊花鏈可擴(kuò)展至超過2個器件

2.2 信號傳輸架構(gòu)

• ?隔離通信?：通過真正 galvanic isolation 實現(xiàn)控制電路與柵極驅(qū)動的電氣隔離
• ?配置靈活性?：通過SPI接口動態(tài)啟用/禁用保護(hù)功能，實時訪問狀態(tài)寄存器

三、關(guān)鍵元器件選型分析

3.1 功率器件

• ?主開關(guān)管?：SCTH100N65G2-7AG（汽車級SiC MOSFET）
  • 低導(dǎo)通電阻：20mΩ @650V
  • 封裝優(yōu)化：H2PAK-7L增強(qiáng)散熱性能
• ?整流器件?：
  • 高壓整流：STTH112A（SMA封裝）
  • 肖特基二極管：STPS1H100A（功率肖特基）

3.2 無源元件

• ?電容選型?：
  • 高頻去耦：0603封裝的100nF陶瓷電容
  • 功率支撐：1206封裝的10μF/35V電容
  • 高壓濾波：X7R材質(zhì)470nF/630V電容
• ?電阻配置?：
  • 柵極電阻：0805封裝的10Ω（驅(qū)動調(diào)諧）
  • 電流檢測：1210封裝的0.15Ω（功率監(jiān)測）

3.3 輔助電路

• ?穩(wěn)壓器件?：LDO40LPU33RY（低 dropout 穩(wěn)壓器，DFN6封裝）
• ?保護(hù)元件?：
  • TVS二極管：SMB封裝的P6SMB510CA
  • 齊納二極管：SOD523封裝的BZT585B系列

四、布局與散熱設(shè)計

4.1 PCB疊層結(jié)構(gòu)

• ?四層板設(shè)計?：頂層（信號+功率）+ 內(nèi)層1（地平面）+ 內(nèi)層2（電源平面）+ 底層（信號）
• ?隔離間距?：嚴(yán)格遵循1200V隔離標(biāo)準(zhǔn)布置爬電距離

4.2 熱管理策略

• ?MOSFET散熱?：通過H2PAK-7封裝的大面積焊盤實現(xiàn)熱傳導(dǎo)
• ?溫度監(jiān)控?：NTCS0805E3472FMT熱敏電阻（0805封裝，3.47kΩ）實時監(jiān)測板溫

五、系統(tǒng)集成與調(diào)試

5.1 硬件接口

• ?功率接口?：MORSV-350-3P螺釘端子（3.5mm間距）
• ?控制連接器?：2×5引腳扁平電纜接口（2.54mm間距）
• ?測試點位?：67個測試點（直徑1.27mm）覆蓋關(guān)鍵信號

5.2 軟件配置

• ?GUI控制?：通過STSW-STGAP4圖形界面實現(xiàn)：
  • 保護(hù)閾值編程
  • 實時診斷數(shù)據(jù)讀取
  • 驅(qū)動參數(shù)動態(tài)調(diào)整

六、應(yīng)用場景與設(shè)計建議

• ?適用領(lǐng)域?：工業(yè)電機(jī)驅(qū)動、新能源逆變器、大功率電源轉(zhuǎn)換
• ?安全裕量?：實際工作電壓建議保留20%余量（520V系統(tǒng)按416V設(shè)計）
• ?時序優(yōu)化?：利用軟關(guān)斷功能降低開關(guān)過沖，配合柵極電阻調(diào)整開關(guān)速度
• ?故障處理?：結(jié)合退飽和檢測與LED指示，實現(xiàn)毫秒級故障響應(yīng)

七、設(shè)計驗證要點

1. ?隔離耐壓測試?：驗證1200V隔離屏障的完整性
2. ?開關(guān)波形驗證?：使用高壓差分探頭觀測柵極驅(qū)動質(zhì)量
3. ?熱性能評估?：在最大負(fù)載下持續(xù)運(yùn)行，監(jiān)測關(guān)鍵器件溫升
4. ?系統(tǒng)聯(lián)動測試?：多板級聯(lián)時驗證SPI菊花鏈通信穩(wěn)定性