搞懂MOS管，你不得不知道的米勒效应

面包板社区 2023-01-04 20:05

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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。

END

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