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MOS管開關時的米勒效應!

發布時間:2019-06-03 責任編輯:wenwei

【導讀】米勒效應在MOS驅動中臭名昭著,他是由MOS管的米勒電容引發的米勒效應,在MOS管開通過程中,GS電壓上升到某一電壓值后GS電壓有一段穩定值,過后GS電壓又開始上升直至完全導通。
 
米勒平臺形成的基本原理
 
MOSFET的柵極驅動過程,可以簡單的理解為驅動源對MOSFET的輸入電容(主要是柵源極電容Cgs)的充放電過程;當Cgs達到門檻電壓之后, MOSFET就會進入開通狀態;當MOSFET開通后,Vds開始下降,Id開始上升,此時MOSFET進入飽和區;但由于米勒效應,Vgs會持續一段時間不再上升,此時Id已經達到最大,而Vds還在繼續下降,直到米勒電容充滿電,Vgs又上升到驅動電壓的值,此時MOSFET進入電阻區,此時Vds徹底降下來,開通結束。
 
由于米勒電容阻止了Vgs的上升,從而也就阻止了Vds的下降,這樣就會使損耗的時間加長。(Vgs上升,則導通電阻下降,從而Vds下降)
 
MOS管開關時的米勒效應!
 
米勒效應在MOS驅動中臭名昭著,他是由MOS管的米勒電容引發的米勒效應,在MOS管開通過程中,GS電壓上升到某一電壓值后GS電壓有一段穩定值,過后GS電壓又開始上升直至完全導通。為什么會有穩定值這段呢?因為,在MOS開通前,D極電壓大于G極電壓,MOS寄生電容Cgd儲存的電量需要在其導通時注入G極與其中的電荷中和,因MOS完全導通后G極電壓大于D極電壓。米勒效應會嚴重增加MOS的開通損耗。(MOS管不能很快得進入開關狀態)
 
所以就出現了所謂的圖騰驅動!!選擇MOS時,Cgd越小開通損耗就越小。米勒效應不可能完全消失。
 
MOSFET中的米勒平臺實際上就是MOSFET處于“放大區”的典型標志。
 
用用示波器測量GS電壓,可以看到在電壓上升過程中有一個平臺或凹坑,這就是米勒平臺。
 
米勒平臺形成的詳細過程
 
米勒效應指在MOS管開通過程會產生米勒平臺,原理如下。
 
理論上驅動電路在G級和S級之間加足夠大的電容可以消除米勒效應。但此時開關時間會拖的很長。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平緩部分就是米勒平臺。
 
MOS管開關時的米勒效應!
MOS管開關時的米勒效應!
 
刪荷系數的這張圖 在第一個轉折點處:Vds開始導通。Vds的變化通過Cgd和驅動源的內阻形成一個微分。因為Vds近似線性下降,線性的微分是個常數,從而在Vgs處產生一個平臺。
 
米勒平臺是由于mos 的g d 兩端的電容引起的,即mos  datasheet里的Crss 。
 
這個過程是給Cgd充電,所以Vgs變化很小,當Cgd充到Vgs水平的時候,Vgs才開始繼續上升。
 
Cgd在mos剛開通的時候,通過mos快速放電,然后被驅動電壓反向充電,分擔了驅動電流,使得Cgs上的電壓上升變緩,出現平臺。
 
MOS管開關時的米勒效應!
 
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.引起電流繼續通過Cgd. Vdd越高越需要的時間越長.
Ig 為驅動電流.
 
開始降的比較快.當Vdg接近為零時,Cgd增加.直到Vdg變負,Cgd增加到最大.下降變慢.
 
t3~t4: Mosfet 完全導通,運行在電阻區.Vgs繼續上升到Vgg.
 
MOS管開關時的米勒效應!
 
平臺后期,VGS繼續增大,IDS是變化很小,那是因為MOS飽和了。。。,但是,從樓主的圖中,這個平臺還是有一段長度的。
 
這個平臺期間,可以認為是MOS 正處在放大期。
 
前一個拐點前:MOS 截止期,此時Cgs充電,Vgs向Vth逼進。
 
前一個拐點處:MOS 正式進入放大期。
 
后一個拐點處:MOS 正式退出放大期,開始進入飽和期。
 
當斜率為dt 的電壓V施加到電容C上時(如驅動器的輸出電壓),將會增大電容內的電流:
 
I=C×dV/dt  (1)
 
因此,向MOSFET施加電壓時,將產生輸入電流Igate = I1 + I2,如下圖所示。
 
MOS管開關時的米勒效應!
 
在右側電壓節點上利用式(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上施加柵-源電壓Vgs,其漏-源電壓Vds 就會下降(即使是呈非線性下降)。因此,可以將連接這兩個電壓的負增益定義為:
 
Av=- Vds/Vgs  (4)
 
將式(4)代入式(2)中,可得:
 
I1=Cgd×(1+Av)dVgs/dt   (5)
 
在轉換(導通或關斷)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)這一項被稱作米勒效應,它描述了電子器件中輸出和輸入之間的電容反饋。當柵-漏電壓接近于零時,將會產生米勒效應。
 
Cds分流最厲害的階段是在放大區。為啥? 因為這個階段Vd變化最劇烈。平臺恰恰是在這個階段形成。你可認為:門電流Igate完全被Cds吸走,而沒有電流流向Cgs。
 
MOS管開關時的米勒效應!
 
注意數據手冊中的表示方法
 
Ciss=Cgs+Cgd
Coss=Cds+Cgd
Crss=Cgd
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