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2020-09
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MOS管开关时的米勒效应
米勒平台形成的基本原理
MOSFET的栅极驱动过程,可以简单的理解为驱动源对MOSFET的输入电容(主要是栅源极电容CGS)的充放电过程;当CGS达到门槛电压之后, MOSFET就会进入开通状态;当MOSFET开通后,VDS开始下降,ID开始上升,此时MOSFET进入饱和区;但由于米勒效应,VGS会持续一段时间不再上升,此时Id已经达到最大,而VDS还在继续下降,直到米勒电容充满电,VGS又上升到驱动电压的值,此时MOSFET进入电阻区,此时VDS彻底降下来,开通结束。
由于米勒电容阻止了VGS的上升,从而也就阻止了Vds的下降,这样就会使损耗的时间加长。(VGS上升,则导通电阻下降,从而VDS下降)
 
 

米勒效应在MOS驱动中臭名昭著,他是由MOS管的米勒电容引发的米勒效应,在MOS管开通过程中,GS电压上升到某一电压值后GS电压有一段稳定值,过后GS电压又开始上升直至完全导通。为什么会有稳定值这段呢?因为,在MOS开通前,D极电压大于G极电压,MOS寄生电容CGD储存的电量需要在其导通时注入G极与其中的电荷中和,因MOS完全导通后G极电压大于D极电压。米勒效应会严重增加MOS的开通损耗。(MOS管不能很快得进入开关状态)

所以就出现了所谓的图腾驱动!!选择MOS时,CGD越小开通损耗就越小。米勒效应不可能完全消失。

MOSFET中的米勒平台实际上就是MOSFET处于“放大区”的典型标志。

用用示波器测量GS电压,可以看到在电压上升过程中有一个平台或凹坑,这就是米勒平台。



米勒平台形成的详细过程
米勒效应指在MOS管开通过程会产生米勒平台,原理如下。

理论上驱动电路在G级和S级之间加足够大的电容可以消除米勒效应。但此时开关时间会拖的很长。一般推荐值加0.1 CIESS的电容值是有好处的。

下图中粗黑线中那个平缓部分就是米勒平台。



删荷系数的这张图 在第一个转折点处:VDS开始导通。VDS的变化通过CGD和驱动源的内阻形成一个微分。因为VDS近似线性下降,线性的微分是个常数,从而在VGS处产生一个平台。

米勒平台是由于MOS的GD两端的电容引起的,即MOS  datasheet里的CRSS

这个过程是给CGD充电,所以VGS变化很小,当CGD充到VGS水平的时候,VGS才开始继续上升。

CGD在mos刚开通的时候,通过MOS快速放电,然后被驱动电压反向充电,分担了驱动电流,使得CGS上的电压上升变缓,出现平台。


 

t0~t1: VGS from 0 to VTHMosfet没通电流由寄生二极管Df

t1~t2: VGS from VTH to Va ID 

t2~t3: VDS下降.引起电流继续通过CGD. VDD越高越需要的时间越长

IG为驱动电流

开始降的比较快.当VDG接近为零时,CGD增加直到VDG变负,CGD增加到最大IG下降变慢

t3~t4: MOSFET 完全导通,运行在电阻区VGS继续上升到VGG



 

平台后期,VGS继续增大,IDS是变化很小,那是因为MOS饱和了,但是,从楼主的图中,这个平台还是有一段长度的

这个平台期间,可以认为是MOS 正处在放大期

前一个拐点前:MOS 截止期,此时CGS充电,VGS向VTH逼进

前一个拐点处:MOS 正式进入放大期

后一个拐点处:MOS 正式退出放大期,开始进入饱和期

当斜率为dt 的电压V施加到电容C上时(如驱动器的输出电压),将会增大电容内的电流:

I=C×dV/dt  (1)

因此,向MOSFET施加电压时,将产生输入电流IGATE = I1 + I2,如下图所示


 

在右侧电压节点上利用式(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上施加栅-源电压Vgs,其漏-源电压Vds 就会下降(即使是呈非线性下降)。因此,可以将连接这两个电压的负增益定义为:

Av=- VDS/VGS  (4)

将式(4)代入式(2)中,可得:

I1=CGD×(1+Av)dVgs/dt   (5)

在转换(导通或关断)过程中,栅-源极的总等效电容Ceq为:

IGATE=I1+I2=(CGD×(1+Av)+CGS)×dVgs/dt=Ceq×dVgs/dt   (6)

式中(1+Av)这一项被称作米勒效应,它描述了电子器件中输出和输入之间的电容反馈。当栅-漏电压接近于零时,将会产生米勒效应。

CDS分流最厉害的阶段是在放大区。为啥? 因为这个阶段Vd变化最剧烈。平台恰恰是在这个阶段形成。你可认为:门电流IGATE完全被CDS吸走,而没有电流流向CGS


 

注意数据手册中的表示方法:

CISS=CGS+CGD

COSS=CDS+CGD

CRSS=CGD