STGAP2SICSAC隔离门极驱动评估板技术解析

STMicroelectronics EVSTGAP2SICSAC演示板设计用于评估STGAP2SICSAC隔离式单通道栅极驱动器，驱动电压高达520V的半桥功率级。该演示板支持用户通过使用采用H2PACK-7L或H2PACK-2L或HU3PAK封装的适当器件替代电源开关来提高总线电压。 EVSTGAP2SICSAC板实现负栅极驱动，板载隔离式直流-直流转换器支持SiC MOSFET的优化驱动电压。该演示板非常 适合用于中等功率和大功率逆变器应用，例如配备SiC MOSFET电源开关的工业应用中的电机驱动器。

数据手册：*附件：STMicroelectronics EVSTGAP2SICSAC演示板数据手册.pdf

特性

• 半桥配置，高压轨道高达520V
• SCT055H65G3AG 650V、58mΩ（典型值）和30A第3代SiC MOSFET
• 负栅极驱动
• 17V/0V、17V/-3V、19V/0V和19V/-3 V跳线选择 驱动电压配置
• 板载隔离式直流-直流转换器，为高侧和低侧栅极驱动器供电，由VAUX=5V馈电，最大隔离为5.2kV
• 板载生成3.3V或VAUX = 5V时提供VDD逻辑

示意图

‌STGAP2SICSAC隔离门极驱动评估板技术解析‌

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一、产品概述

EVSTGAP2SICSAC是意法半导体推出的半桥评估板，专为评测‌STGAP2SICSAC隔离单通道门极驱动器‌设计。该驱动器具备4A输出能力与轨到轨输出特性，适用于工业电机驱动等中高功率逆变场景，尤其适配SiC MOSFET功率开关。

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二、核心特性与技术亮点

1. 评估板硬件配置

• ‌功率拓扑‌：半桥结构，高压母线支持‌520V‌
• ‌功率器件‌：搭载SCT055H65G3AG第三代SiC MOSFET（650V/58mΩ/30A）
• ‌供电设计‌：
  • 通过板载隔离DC-DC转换器产生高低侧驱动电源（输入VAUX=5V）
  • 隔离耐压达‌5.2kV‌
  • 逻辑电源VDD支持3.3V（板载生成）或外部5V输入
• ‌驱动电压灵活配置‌：通过跳线可选四种模式：
  • +17V/0V、+17V/-3V、+19V/0V、+19V/-3V

2. 驱动器性能参数

• ‌隔离等级‌：6kV（符合UL 1577标准）
• ‌驱动能力‌：4A源出/吸入电流（25℃）
• ‌传播延迟‌：45ns（输入至输出总延迟）
• ‌ 米勒钳位（Miller CLAMP） ‌：抑制半桥架构开关过程中的栅极电压尖峰
• ‌保护功能‌：
  • 欠压锁定（UVLO）优化值适配SiC MOSFET
  • 温度关断保护
• ‌兼容性‌：支持3.3V/5V TTL/CMOS输入，带滞回特性

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三、关键电路设计解析

1. 栅极驱动电路（图1）

• 双输入引脚（IN+/IN-）支持信号极性控制与硬件互锁保护，防止控制器故障导致的桥臂直通
• 门极电阻（R1/R6=39Ω）与串联阻尼电阻优化开关速度
• 钳位电路通过CLAMP引脚连接至米勒电容，抑制高频振荡

2. 电源与隔离设计（图2）

• ‌ 隔离DC-DC模块（U3/U4） ‌：采用Murata MGJ2D051509SC，实现高低侧独立供电
• ‌稳压保护‌：
  • 齐纳二极管（D4-D9）构成多级电压箝位
  • 滤波网络（C15-C24）确保电源稳定性

3. 高压接口设计

• 功率端子（CN1/CN2）采用TE FASTON插接件（5.08mm间距）
• 缓冲电容（C29=33nF/1.25kV）并联于高压总线，吸收浪涌能量

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四、应用场景与扩展能力

1. 典型应用领域

• 工业电机驱动
• 伺服控制系统
• 光伏逆变器
• 不间断电源（UPS）

2. 硬件扩展方案

通过更换功率器件与调整电容C29，可支持：

• ‌更高电压等级‌：替换为H2PACK-7L/H2PACK-2L/HU3PAK封装的开关管
• ‌功率升级‌：适配不同电流规格的SiC MOSFET模块

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五、设计优势总结

1. ‌集成化保护‌：UVLO与热关断提升系统鲁棒性
2. ‌负压驱动支持‌：优化SiC MOSFET关断可靠性
3. ‌灵活配置‌：跳线选择驱动电压，适应不同器件需求
4. ‌紧凑布局‌：双面板设计优化信号完整性（图5-6）

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六、开发建议

• ‌动态测试‌：通过跳线调整驱动电阻（JP1/JP22）与电容（C3/C10），验证不同负载条件下的驱动波形
• ‌散热优化‌：功率MOSFET（Q1/Q2）的散热焊盘需通过导热材料连接至外部散热器