STGAP2GS隔离门极驱动评估板技术解析与应用指南
STMicroelectronics EVSTGAP2GS演示板设计用于评估STGAP2GS隔离式单通道栅极驱动器。STGAP2GS具有2A拉电流/3A灌电流能力和轨到轨输出。凭借这些特性，该器件非常适用于中等和大功率逆变器应用。该器件通过使用专用栅极电阻器分别优化导通和关断。
数据手册：*附件：STMicroelectronics EVSTGAP2GS演示板数据手册.pdf
特性
- 设备
- 电路板
元件布置俯视图
STGAP2GS隔离门极驱动评估板技术解析与应用指南
一、产品概述
EVSTGAP2GS是意法半导体推出的半桥评估板，专为评估STGAP2GS隔离单门极驱动器而设计。该板采用SGT120R65AL增强型GaN晶体管，具有650V耐压、75mΩ典型导通电阻和15A电流能力。评估板最高支持650V高压总线，集成了隔离DC-DC转换器，提供完整的驱动解决方案。
二、核心特性分析
1. 门极驱动性能
- 驱动能力：2A源电流/3A灌电流（25°C，VH=6V条件下）
- 传播延迟：输入-输出仅45ns
- 栅极驱动电压：最高15V，支持负压驱动
- 独立优化：通过专用栅极电阻可独立优化开通和关断过程
2. 保护功能
- 欠压锁定(UVLO) ：针对增强型GaN晶体管优化
- 温度保护：集成热关断保护
- 硬件互锁：双输入引脚支持极性控制和硬件互锁保护，防止控制器故障时的交叉导通
3. 电源配置
- 逻辑供电：可由板载3.3V或外部5V(VAUX)提供
- 驱动电压选择：通过跳线轻松配置+6/0V或+6/-3V驱动模式
- 隔离供电：板载隔离DC-DC转换器，最大隔离耐压5.2kV
三、电路设计要点
1. 驱动电路架构
评估板采用完整的半桥配置：
- 高压侧和低压侧各使用一片STGAP2GS驱动器
- 驱动SGT120R65AL e-Mode GaN晶体管
- 支持负栅极驱动，优化e-Mode GaN晶体管工作
2. 输入信号处理
- 输入兼容性：支持3.3V、5V TTL/CMOS输入，带迟滞
- 极性控制：支持信号极性选择
- 死区时间生成：通过74LVC1G86和74LVC1G17芯片实现
3. 电源管理设计
四、关键元件选型
主要功率器件
- GaN晶体管：SGT120R65AL（650V，75mΩ，15A）
- 门极驱动芯片：STGAP2GS（SO-8W封装）
- DC-DC转换器：Murata MGJ2D051509SC
保护元件配置
- 栅极电阻：47Ω串联电阻配合1Ω栅极电阻
- 齐纳保护：6.8V和2.7V齐纳二极管用于过压保护
五、布局与散热考虑
PCB设计特点
- 四层板结构，优化信号完整性
- 高压部分保持足够爬电距离
- 测试点布局便于性能评估
热管理策略
六、应用配置指南
1. 驱动电压设置
- 5V模式：闭合R28，断开R31
- 3.3V模式：断开R28，闭合R31，R30设为240Ω
- 外部供电：R28、R31、R30全部断开
2. 信号路径选择
- 默认配置：来自PWM死区时间发生器
- 备选配置：来自连接器J1
七、性能评估要点
该评估板允许在以下方面进行全面评估：
- 驱动性能：在不同开关频率下的驱动特性
- 效率分析：GaN晶体管的开关损耗评估
- 保护功能：UVLO和热关断的触发测试
- 系统稳定性：在各种负载条件下的工作表现
八、典型应用场景
工业应用领域
- 功率转换系统
- 电机驱动逆变器
- 中高功率逆变器应用
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