一、认识米勒电容
如图,MOS管内部有寄生电容Cgs,Cgd,Cds。因为寄生电容的存在,所以给栅极电压的过程就是给电容充电

的过程。

 

其中:
输入电容Ciss=Cgs+Cgd,
输出电容Coss=Cgd+Cds,
反向传输电容Crss=Cgd,也叫米勒电容。

 

然而,这三个等效电容是构成串并联组合关系,它们并不是独立的,而是相互影响,其中一个关键电容就是米勒电容Cgd。这个电容不是恒定的,它随着栅极和漏极间电压变化而迅速变化,同时会影响栅极和源极电容的充电。

 

二、理解米勒效应

米勒效应是指MOS管g、d的极间电容Crss在开关动作期间引起的瞬态效应。

 

可以看成是一个电容的负反馈。在驱动前,Crss上是高电压,当驱动波形上升到阈值电压时,MOS管导通,d极电压急剧下降,通过Crss拉低g脚驱动电压,如果驱动功率不足,将在驱动波形的上升沿阈值电压附近留下一个阶梯,如下图。

 


有时甚至会有一个下降尖峰趋势平台,而这个平台增加了MOS管的导通时间,造成了我们通常所说的导通损耗。

 

三、MOS管的开通过程

 


①t0—t1阶段
这个过程中,驱动电流ig为Cgs充电,Vgs上升,Vds和Id保持不变。一直到t1时刻,Vgs上升到阈值开启电压Vg(th)。在t1时刻以前,MOS处于截止区。

 

②t1—t2阶段
t1时刻,MOS管就要开始导通了,也就标志着Id要开始上升了。这个时间段内驱动电流仍然是为Cgs充电,Id逐渐上升,在上升的过程中Vds会稍微有一些下降,这是因为下降的di/dt在杂散电感上面形成一些压降。

 

从t1时刻开始,MOS进入了饱和区。在饱和有转移特性:Id=Vgs*Gm。其中Gm是跨导,只要Id不变Vgs就不变。Id在上升到最大值以后,而此时又处于饱和区,所以Vgs就会维持不变。

 

③t2—t3阶段
从t2时刻开始,进入米勒平台时期,米勒平台就是Vgs在一段时间几乎维持不动的一个平台。此时漏电流Id最大。且Vgs的驱动电流转移给Cgd充电,Vgs出现了米勒平台,Vgs电压维持不变,然后Vds就开始下降了。

 

④t3~t4阶段
当米勒电容Cgd充满电时,Vgs电压继续上升,直至MOS管完全导通。

 

以上是MOS管开通的四个过程。

 

所以在米勒平台,是Cgd充电的过程,这时候Vgs变化很小,当Cgd和Cgs处在同等水平时,Vgs才开始继续上升。

 

四、米勒效应能避免吗?
由上面的分析可以看出米勒平台是有害的,造成开启延时,导致损耗严重。但因为MOS管的制造工艺,一定会产生Cgd,也就是米勒电容一定会存在,所以米勒效应不能避免。

 

目前减小 MOS 管米勒效应的措施如下:

1. 提高驱动电压或者减小驱动电阻,目的是增大驱动电流,快速充电。但是可能因为寄生电感带来震荡问题;

 2.ZVS 零电压开关技术是可以消除米勒效应的,即在 Vds 为 0 时开启沟道,在大功率应用时较多。