STMicroelectronics EVSTGAP2GSN演示板全面評(píng)估STGAP2GSN隔離式單柵極驅(qū)動(dòng)器。STGAP2GSN具有2A拉電流和3A灌電流能力以及軌對(duì)軌輸出，適合用于中等和大功率逆變器應(yīng)用。該器件使用專用柵極電阻器獨(dú)立優(yōu)化導(dǎo)通和關(guān)斷。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：STMicroelectronics EVSTGAP2GSN演示板數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

STMicro EVSTGAP2GSN板能夠評(píng)估驅(qū)動(dòng)SGT120R65AL 75mΩ、650V e-Mode GaN晶體管的所有STGAP2GSN特性。電路板元件易于存取和修改，便于不同應(yīng)用條件下的驅(qū)動(dòng)器性能評(píng)估和最終元件的精細(xì)調(diào)整。

特性

• 電路板
  • 半橋配置，高壓軌高達(dá)650V
  • SGT120R65AL具有650V、75mΩ（典型值）、15A、e-mode PowerGaN晶體管
  • 負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)
  • 板載隔離式直流-直流轉(zhuǎn)換器，為高側(cè)和低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器供電，由VAUX = 5V饋電，最大隔離度為1.5kV
  • VDD邏輯由板載3.3V或VAUX = 5V提供
  • 可輕松選擇跳線以驅(qū)動(dòng)電壓配置：+6V/0V；+6V/-3V
• 設(shè)備
  • 1700V功能隔離
  • 驅(qū)動(dòng)器電流能力：2A/3A拉電流/灌電流（+25°C、VH = 6V）
  • 獨(dú)立的拉電流和灌電流，可簡(jiǎn)化柵極驅(qū)動(dòng)配置
  • 輸入-輸出傳播延遲：45ns
  • UVLO功能，針對(duì)GaN進(jìn)行優(yōu)化
  • 柵極驅(qū)動(dòng)電壓：高達(dá)15V
  • 3.3V、5V TTL/CMOS輸入，帶遲滯
  • 溫度關(guān)斷保護(hù)

元件布置頂部

?EVSTGAP2GSN隔離柵極驅(qū)動(dòng)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. 硬件配置亮點(diǎn)

• ?功率拓?fù)?/strong>?：半橋結(jié)構(gòu)，支持650V高壓總線，集成SGT120R65AL增強(qiáng)型GaN晶體管（75mΩ典型導(dǎo)通電阻，15A電流容量）
• ?驅(qū)動(dòng)方案?：負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)，板載隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器（輸入5V VAUX，隔離耐壓1.5kV）
• ?電壓配置?：通過(guò)跳線選擇+6/0V或+6/-3V驅(qū)動(dòng)電壓模式
• ?供電系統(tǒng)?：支持3.3V板載電源或外部5V VAUX為邏輯部分供電

2. STGAP2GSN驅(qū)動(dòng)芯片關(guān)鍵參數(shù)

• ?隔離性能?：1700V功能隔離等級(jí)
• ?驅(qū)動(dòng)能力?：2A源極/3A漏極電流（25°C，VH=6V條件）
• ?響應(yīng)速度?：輸入-輸出傳播延遲僅45ns
• ?保護(hù)機(jī)制?：優(yōu)化適用于GaN器件的欠壓鎖定(UVLO)功能，集成溫度關(guān)斷保護(hù)
• ?兼容性?：支持3.3V/5V TTL/CMOS輸入（帶遲滯特性）

二、電路設(shè)計(jì)深度分析

1. 柵極驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路采用獨(dú)立源極/漏極引腳設(shè)計(jì)，允許通過(guò)專用柵極電阻分別優(yōu)化開通和關(guān)斷過(guò)程。雙輸入引腳支持信號(hào)極性選擇和硬件互鎖保護(hù)，在控制器故障時(shí)可防止橋臂直通。

?負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)?：

• 有效抑制GaN晶體管柵極振蕩
• 提升抗噪聲干擾能力
• 防止誤觸發(fā)導(dǎo)致的器件損壞

2. 電源管理系統(tǒng)

板載隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器（U4、U5采用TBA 1-0512E）為高邊和低邊驅(qū)動(dòng)器提供隔離電源：

• 輸入電壓：5V VAUX
• 隔離耐壓：1.5kV
• 支持負(fù)壓輸出配置

3. 死區(qū)時(shí)間生成電路

基于74LVC1G86異或門和74LVC1G17施密特緩沖器構(gòu)建可配置死區(qū)時(shí)間生成模塊：

• 默認(rèn)配置（HP=0，LP=1）：PWMH=PWML=0時(shí)輸出總線電壓，PWMH=PWML=1時(shí)輸出地電平
• 備選配置（HP=1，LP=0）：實(shí)現(xiàn)邏輯電平反轉(zhuǎn)，提供設(shè)計(jì)靈活性

三、應(yīng)用場(chǎng)景與性能優(yōu)勢(shì)

1. 工業(yè)應(yīng)用覆蓋

• 中大功率逆變器系統(tǒng)
• 工業(yè)應(yīng)用中的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備
• 電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器

2. 設(shè)計(jì)便利性特點(diǎn)

• ?易訪問(wèn)性?：板載元件布局便于測(cè)量和參數(shù)調(diào)整
• ?可配置性?：支持不同應(yīng)用條件下驅(qū)動(dòng)性能評(píng)估
• ?調(diào)試友好?：提供多個(gè)測(cè)試點(diǎn)（TP1-TP15）方便波形觀測(cè)

四、硬件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)

1. 關(guān)鍵元件選型

• ?GaN晶體管?：SGT120R65AL（650V耐壓，75mΩ導(dǎo)通電阻）
• ?柵極電阻?：47Ω用于限制峰值電流，1Ω用于優(yōu)化開關(guān)速度
• ?電容網(wǎng)絡(luò)?：采用X7R、X5R、C0G等多種介質(zhì)滿足不同需求

2. 布局優(yōu)化策略

四層PCB設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)：

• 頂層：主要元件布局
• 內(nèi)層2、3：電源和地平面
• 底層：輔助元件和測(cè)試點(diǎn)

五、開發(fā)調(diào)試指南

1. 配置步驟

1. ?電壓模式選擇?：通過(guò)跳線設(shè)置驅(qū)動(dòng)電壓配置
2. ?死區(qū)時(shí)間調(diào)整?：通過(guò)TR1、TR2微調(diào)電阻優(yōu)化開關(guān)時(shí)序
3. ?輸入源選擇?：通過(guò)電阻配置選擇PWM信號(hào)來(lái)源（默認(rèn)來(lái)自死區(qū)時(shí)間生成器或外部連接器）

2. 保護(hù)機(jī)制驗(yàn)證

• ?熱保護(hù)測(cè)試?：監(jiān)測(cè)溫度關(guān)斷功能
• ?UVLO驗(yàn)證?：檢查欠壓鎖定閾值
• ?互鎖功能確認(rèn)?：驗(yàn)證硬件互鎖有效性

六、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. ?散熱考慮?：GaN器件雖然效率高，但仍需注意熱管理
2. ?信號(hào)完整性?：45ns傳播延遲要求嚴(yán)格控制布線長(zhǎng)度和阻抗匹配
3. ?電源穩(wěn)定性?：確保DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出紋波在允許范圍內(nèi)
4. ?隔離耐壓?：確保1.5kV隔離等級(jí)滿足應(yīng)用環(huán)境要求