MOS管開關(guān)時(shí)的米勒效應(yīng)的影響與解決方法

米勒平臺(tái)形成的基本原理

MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)過程，可以簡(jiǎn)單的理解為驅(qū)動(dòng)源對(duì)MOSFET的輸入電容(主要是柵源極電容Cgs)的充放電過程;當(dāng)Cgs達(dá)到門檻電壓之后， MOSFET就會(huì)進(jìn)入開通狀態(tài);當(dāng)MOSFET開通后，Vds開始下降，Id開始上升，此時(shí)MOSFET進(jìn)入飽和區(qū);但由于米勒效應(yīng)，Vgs會(huì)持續(xù)一段時(shí)間不再上升，此時(shí)Id已經(jīng)達(dá)到最大，而Vds還在繼續(xù)下降，直到米勒電容充滿電，Vgs又上升到驅(qū)動(dòng)電壓的值，此時(shí)MOSFET進(jìn)入電阻區(qū)，此時(shí)Vds徹底降下來，開通結(jié)束。

由于米勒電容阻止了Vgs的上升，從而也就阻止了Vds的下降，這樣就會(huì)使損耗的時(shí)間加長(zhǎng)。(Vgs上升，則導(dǎo)通電阻下降，從而Vds下降)

米勒效應(yīng)在MOS驅(qū)動(dòng)中臭名昭著，他是由MOS管的米勒電容引發(fā)的米勒效應(yīng)，在MOS管開通過程中，GS電壓上升到某一電壓值后GS電壓有一段穩(wěn)定值，過后GS電壓又開始上升直至完全導(dǎo)通。為什么會(huì)有穩(wěn)定值這段呢?因?yàn)?，在MOS開通前，D極電壓大于G極電壓，MOS寄生電容Cgd儲(chǔ)存的電量需要在其導(dǎo)通時(shí)注入G極與其中的電荷中和，因MOS完全導(dǎo)通后G極電壓大于D極電壓。米勒效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重增加MOS的開通損耗。(MOS管不能很快得進(jìn)入開關(guān)狀態(tài))

所以就出現(xiàn)了所謂的圖騰驅(qū)動(dòng)!!選擇MOS時(shí)，Cgd越小開通損耗就越小。米勒效應(yīng)不可能完全消失。

MOSFET中的米勒平臺(tái)實(shí)際上就是MOSFET處于“放大區(qū)”的典型標(biāo)志。

用用示波器測(cè)量GS電壓，可以看到在電壓上升過程中有一個(gè)平臺(tái)或凹坑，這就是米勒平臺(tái)。

米勒平臺(tái)形成的詳細(xì)過程

米勒效應(yīng)指在MOS管開通過程會(huì)產(chǎn)生米勒平臺(tái)，原理如下。

理論上驅(qū)動(dòng)電路在G級(jí)和S級(jí)之間加足夠大的電容可以消除米勒效應(yīng)。但此時(shí)開關(guān)時(shí)間會(huì)拖的很長(zhǎng)。一般推薦值加0.1Ciess的電容值是有好處的。

下圖中粗黑線中那個(gè)平緩部分就是米勒平臺(tái)。

刪荷系數(shù)的這張圖 在第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)處：Vds開始導(dǎo)通。Vds的變化通過Cgd和驅(qū)動(dòng)源的內(nèi)阻形成一個(gè)微分。因?yàn)閂ds近似線性下降，線性的微分是個(gè)常數(shù)，從而在Vgs處產(chǎn)生一個(gè)平臺(tái)。

米勒平臺(tái)是由于mos 的g d 兩端的電容引起的，即mos datasheet里的Crss 。

這個(gè)過程是給Cgd充電，所以Vgs變化很小，當(dāng)Cgd充到Vgs水平的時(shí)候，Vgs才開始繼續(xù)上升。

Cgd在mos剛開通的時(shí)候，通過mos快速放電，然后被驅(qū)動(dòng)電壓反向充電，分擔(dān)了驅(qū)動(dòng)電流，使得Cgs上的電壓上升變緩，出現(xiàn)平臺(tái)。

t0~t1: Vgs from 0 to Vth.Mosfet沒通.電流由寄生二極管Df.

t1~t2: Vgs from Vth to Va. Id

t2~t3: Vds下降.引起電流繼續(xù)通過Cgd. Vdd越高越需要的時(shí)間越長(zhǎng).

Ig 為驅(qū)動(dòng)電流.

開始降的比較快.當(dāng)Vdg接近為零時(shí),Cgd增加.直到Vdg變負(fù),Cgd增加到最大.下降變慢.

t3~t4: Mosfet 完全導(dǎo)通,運(yùn)行在電阻區(qū).Vgs繼續(xù)上升到Vgg.

平臺(tái)后期，VGS繼續(xù)增大，IDS是變化很小，那是因?yàn)镸OS飽和了。。。，但是，從樓主的圖中，這個(gè)平臺(tái)還是有一段長(zhǎng)度的。

這個(gè)平臺(tái)期間，可以認(rèn)為是MOS 正處在放大期。

前一個(gè)拐點(diǎn)前：MOS 截止期，此時(shí)Cgs充電，Vgs向Vth逼進(jìn)。

前一個(gè)拐點(diǎn)處：MOS 正式進(jìn)入放大期

后一個(gè)拐點(diǎn)處：MOS 正式退出放大期，開始進(jìn)入飽和期。

當(dāng)斜率為dt 的電壓V施加到電容C上時(shí)(如驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓)，將會(huì)增大電容內(nèi)的電流：

I=C×dV/dt (1)

因此，向MOSFET施加電壓時(shí)，將產(chǎn)生輸入電流Igate = I1 I2，如下圖所示。

在右側(cè)電壓節(jié)點(diǎn)上利用式(1)，可得到：

I1=Cgd×d(Vgs-Vds)/dt=Cgd×(dVgs/dt-dVds/dt) (2)

I2=Cgs×d(Vgs/dt) (3)

如果在MOSFET上施加?xùn)?源電壓Vgs，其漏-源電壓Vds 就會(huì)下降(即使是呈非線性下降)。因此，可以將連接這兩個(gè)電壓的負(fù)增益定義為：

Av=- Vds/Vgs (4)

將式(4)代入式(2)中，可得：

I1=Cgd×(1 Av)dVgs/dt (5)

在轉(zhuǎn)換(導(dǎo)通或關(guān)斷)過程中，柵-源極的總等效電容Ceq為：

Igate=I1 I2=(Cgd×(1 Av) Cgs)×dVgs/dt=Ceq×dVgs/dt (6)

式中(1 Av)這一項(xiàng)被稱作米勒效應(yīng)，它描述了電子器件中輸出和輸入之間的電容反饋。當(dāng)柵-漏電壓接近于零時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生米勒效應(yīng)。

Cds分流最厲害的階段是在放大區(qū)。為啥?因?yàn)檫@個(gè)階段Vd變化最劇烈。平臺(tái)恰恰是在這個(gè)階段形成。你可認(rèn)為：門電流Igate完全被Cds吸走，而沒有電流流向Cgs。

注意數(shù)據(jù)手冊(cè)中的表示方法

Ciss=Cgs Cgd

Coss=Cds Cgd

Crss=Cgd

一、MOSFET的開通過程

MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)過程，可以簡(jiǎn)單的理解為驅(qū)動(dòng)源對(duì)MOSFET的輸入電容(主要是柵源極電容Cgs)的充放電過程，當(dāng)給柵極施加驅(qū)動(dòng)電壓后，MOSFET開通過程會(huì)分為4個(gè)階段，其中Vgs、Ig、Vds、Id之間的關(guān)系如下圖：

t0-t1：Vgs快速上升，Ig逐漸降低。因?yàn)閂gs還沒上升到MOSFET的開通電壓，因此Id一直為0。

t1-t2：Vgs上升到Vgs(th)，MOSFET開通，Id開始上升，Vds開始下降，MOSFET進(jìn)入飽和區(qū)。

t2-t3：由于米勒效應(yīng)，Vgs會(huì)持續(xù)一段時(shí)間不再上升，此時(shí)Id已經(jīng)達(dá)到最大，而Vds還在繼續(xù)下降，直到米勒電容充滿電。Vgs在當(dāng)前階段會(huì)保持不變，形成一個(gè)電壓平臺(tái)，稱為米勒平臺(tái)。

t3-t4：米勒電容充滿電，Vgs繼續(xù)上升到外界驅(qū)動(dòng)電壓的值，此時(shí)MOSFET進(jìn)入電阻區(qū)，Vds徹底降下來，開通結(jié)束。

二、米勒平臺(tái)的形成

在MOS開通前，D極電壓大于G極電壓，則MOS寄生電容Cgd中就會(huì)儲(chǔ)存著電荷。當(dāng)MOS完全導(dǎo)通后G極電壓又會(huì)大于D極電壓，則Cgd中又會(huì)儲(chǔ)存極性方向相反的電荷。因此在MOS管開通的過程中，會(huì)有一個(gè)時(shí)間段，G極的驅(qū)動(dòng)電荷用于中和Cgd中的電荷，并繼續(xù)灌入電荷使其中電荷的極性反向。這個(gè)時(shí)間段就是米勒平臺(tái)形成的時(shí)間段。

三、米勒效應(yīng)的影響與解決方法

米勒效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重增加MOS的開通損耗。因?yàn)樗娱L(zhǎng)了MOS的開通時(shí)間。同時(shí)會(huì)降低MOS的開關(guān)速度。

解決方法：

1)、驅(qū)動(dòng)電路在G級(jí)和S級(jí)之間加足夠大的電容可以消除米勒效應(yīng)。但此時(shí)開關(guān)時(shí)間會(huì)拖的很長(zhǎng)。一般推薦值加0.1Ciess的電容。

2)、選擇Cgd小的MOS，在MOS的手冊(cè)中：

又根據(jù)公式：Ciss=Cgs+Cgd，Coss=Cds+Cgd，Crss=Cgd