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Gatetreiber ermöglicht skalierbare Designs für EV-Antriebe

2. Mai 2025, 6:44 Uhr | Iris Stroh

Der STGAP4S von STMicroelectronics punktet mit hohem Integrationsgrad, galvanischer Isolation und Diagnosefunktionen.

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Der galvanisch isolierte, für SiC-MOSFETs und IGBTs konzipierte Automotive-Gatetreiber STGAP4S von STMicroelectronics bringt die nötige Flexibilität zur Ansteuerung von Invertern unterschiedlicher Nennleistungen mit, ist mit programmierbaren Schutzfunktionen ausgestattet und erleichtert mit seinen umfangreichen Diagnosefunktionen die Einhaltung der Norm ISO 26262 ASIL-D Qualifikation. Dank der Integration von A/D-Wandler (ADC) und Flyback-Controller bietet der STGAP4S einen reichhaltig ausgestatteten, funktional sicherheitszertifizierten Treiber für skaliere EV-Antriebsstrang-Designs.

Der STGAP4S verdankt seine Flexibilität der Ausgangsschaltung, die es ermöglicht, die Hochspannungs-Leistungsstufe mit einem externen MOSFET-Push-Pull-Puffer zu verbinden, um den Gate-Ansteuerstrom zu skalieren. Hierdurch können Entwickler den STGAP4S mit seinen zahlreichen Features zum Steuern von Invertern verschiedenster Leistungsstufen verwenden – bis hin zu Hochleistungs-Designs mit mehreren parallelgeschalteten Leistungsschaltern. Der Treiber kann mit sehr kleinen MOSFETs bis zu mehrere zehn Ampere Gate-Antriebsstrom erzeugen und verkraftet eine maximale Betriebsspannung von 1.200 V.

Zu den entscheidenden Features des Treibers gehören seine fortschrittlichen Diagnosefunktionen, die sicherheitskritischen Anwendungen bis ASIL-D (Automotive Safety Integrity Level) gemäß der Norm ISO 26262 ermöglichen. Die Diagnosen umfassen unter anderem Selbsttests zum Überprüfen der Verbindungen, der Gatetreiberspannungen und der korrekten Funktion interner Schaltungen (z. B. Entsättigungs- und Überstromerkennung). Das jeweilige Hostsystem kann das Diagnose-Statusregister über den SPI-Port des Bausteins auslesen. Darüber hinaus dienen zwei Diagnosepins zur hardwaremäßig detektierbaren Signalisierung des Fehlerstatus.

Dank der eingebauten Schutzfunktionen, zu denen eine aktive Miller-Klemmung, eine Unter- und Überspannungssperre (UVLO/OVLO) sowie eine Entsättigungs-, Überstrom- und Übertemperatur-Detektierung gehören, schafft der STGAP4S die Voraussetzungen für robuste, betriebssichere Designs, die strenge Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllen. Der Baustein verfügt über konfigurierbare Parameter – darunter die Ansprechschwellen der Schutzfunktionen, die Totzeit und die Deglitch-Filterung. Da die Programmierung dieser Werte per SPI erfolgt, ist für umfangreiche Designflexibilität gesorgt.

Der STGAP4S enthält auch einen vollständig geschützten Flyback-Controller.

Dieser kann optional verwendet werden, um die Versorgung des Hochspannungsabschnitts für die positiven und negativen Gate-Ansteuersignale zum schnellen, effizienten Schalten von SiC-MOSFETs zu erzeugen.

Die galvanisch isolierte Barriere bietet eine Isolationsspannung von 6,44 kV zwischen den Low-Side-Schaltungen und dem High-Side-Teil.

Das bereits verfügbare Evaluation Board EVALSTGAP4S enthält zwei STGAP4S-Treiber und hilft bei der Evaluierung der Features dieser Bausteine in einer Halbbrücken-Applikation. Das Design ermöglicht zudem das einfache Verbinden mehrerer Boards zur Evaluierung von komplexen Topologien wie etwa Dreiphasen-Invertern.