STGAP2S — это новый одноканальный драйвер для силовых транзисторов ST Microelectronics MOSET и IGBT, обеспечивающий требуемые уровни напряжения как для кремниевых, так и для карбидокремниевых компонентов. Основной областью его применения является работа в эффективных мостовых системах, где он может выступать в качестве элемента управления для верхних и нижних транзисторов, входящих в его состав.
Рис. 1. Блок-схема контроллера STGAP2S
STGAP2S обеспечивает высокую функциональность и безопасность для силовых элементов и доступна в нескольких версиях с различными функциями. Итак, в структуру версии STGAP2SCM была встроена активная система, исключающая влияние эффекта Миллера на процесс переключения силового транзистора, предотвращая неконтролируемое переключение транзистора из-за наличия паразитной емкости сток-затвор.
Система работает, замыкая затвор транзистора на землю все время, когда транзистор должен быть выключен. Благодаря этому правильная работа контроллера была обеспечена даже при быстрых изменениях напряжения (dV / dt до ± 50 … ± 100 В / нс) в мостовой системе, без случайного включения транзисторов, вызванного, например, колебаниями высокой энергии, генерируемыми паразитными реактивными сопротивлениями.
В свою очередь, версия STGAP2SM имеет отдельные цепи драйвера, отвечающие за переключение транзистора и его отключение, что позволяет оптимизировать время переключения и максимальные значения выходного тока драйвера с помощью двух последовательных резисторов. Такая опция также требуется при управлении SiC-транзисторами, где нет симметрии управляющих напряжений.
Для всех версий максимальное выходное напряжение управляющего затвора драйвера, включенного в него, составляет 26 В , управляющий вход гальванически изолирован от драйвера . Максимальный выходной ток драйвера (тип «железная дорога») достигает 4-5 А (приемник / источник) в зависимости от версии, что обеспечивает быструю перегрузку емкости затвор-источник даже для транзисторов большой мощности и, следовательно, со значительной емкостью CGS. Другим преимуществом является короткое время распространения сигнала — всего 80-100 нс — что позволяет осуществлять коммутацию на высокой скорости и полностью использовать возможности, скрытые в SiC.
Рис. 2. Оценочный набор
Гальваническая развязка между управляющей частью и драйвером транзистора выдерживает напряжение 1700 В, что открывает возможность использования контроллера не только в приложениях, питаемых от электросети, но также в устройствах, питаемых напряжением от 600 до 1200 В, например, в промышленных инверторах или на железнодорожных транспортных устройствах, зарядных устройствах, источниках бесперебойного питания, сварочные аппараты и тому подобное.
Применение облегчается встроенной защитой от UVLO, блокирующей работу при слишком низком напряжении питания, также имеется термоблок и аппаратная система, блокирующая возможность одновременного переключения верхнего и нижнего мостовых транзисторов, что приведет к высокому току и разрушению силовых транзисторов.
Стоит также упомянуть, что существует даже режим ожидания, который ограничивает энергопотребление контроллера в состоянии бездействия, в то же время поддерживая транзисторы в безопасном состоянии отключения. Список схем защиты длиннее и включает в себя защиту от перенапряжения OVLO, обнаружение неполного насыщения транзистора, двухуровневую схему переключения транзисторов, контроль тока через мостовые транзисторы, обнаружение перегрузки IGBT-транзисторов и другие.
Состояние защиты может быть считано с уровня хоста с помощью интерфейса SPI, а также таким образом можно запрограммировать выбранные системные параметры, например, фильтр помех, время задержки между переходными процессами.
Рис. 3. Пример схемы приложения
Со стороны входа контроллер принимает сигналы управления TTL / CMOS 3,3 / 5 В и имеет гистерезис во входных буферах. Входные цепи гальванически изолированы от возбудителя, соединенного с транзисторами посредством двух связанных катушек, разделенных слоем изоляции из оксида кремния.
Источник питания драйвера может быть реализован с помощью загрузочного или маломощного DC-DC преобразователя. Последнее решение использовалось в наборе оценки, показанном на рисунке 2.
Доступность
STGAP2S — это новая разработка STMicroelectronics. Версия STGAP2SCM уже выпущена (в корпусе SO-8 она стоит $ 1,49 для заказов на 1000), а STGAP2SM будет доступен в конце 2018 года.
Для конструкторов производитель подготовил комплект для проектирования EVALSTGAP2SCM, который позволяет быстро опробовать систему в действии. Наконец, стоит добавить, что система соответствует автомобильным требованиям, определенным стандартом AEC-Q100, а гальваническая развязка обеспечивает безопасность, требуемую UL 1577.