一、米勒平臺的形成機制
在MOSFET的開關驅動過程中,驅動源對MOSFET輸入電容(主要是柵源極電容Cgs)的充放電起著關鍵作用。當Cgs的電壓達到門檻電壓時,MOSFET開始進入開通狀態。隨著MOSFET的開通,漏源電壓Vds逐漸下降, Drain電流Id相應上升,此時MOSFET處于飽和區。然而,由于米勒效應的影響,柵源電壓Vgs會在一段時間內停滯不前。此時,Id已達到最大值,而Vds仍在繼續下降,直至米勒電容(Crss)被完全充電,Vgs才恢復上升,最終達到驅動電壓的值,MOSFET也隨之進入電阻區,Vds完全降低,開通過程結束。


米勒效應的產生源于MOS管的寄生電容,特別是柵漏極電容Cgd。在MOS管開通過程中,當柵源電壓Vgs上升至某一值后,會出現一段平臺期。這是因為,在MOS開通前,漏極D的電壓高于柵極G的電壓,導致MOS寄生電容Cgd儲存的電荷需要在導通過程中注入柵極G,與其中的電荷進行中和。只有當MOS完全導通后,柵極G的電壓才會高于漏極D的電壓。米勒效應會顯著增加MOSFET的開通損耗,使MOS管無法迅速進入開關狀態,進而延長了開關時間。
米勒平臺實際上是MOSFET處于放大區的典型特征。通過示波器測量柵源電壓Vgs時,可以觀察到在電壓上升過程中有一個明顯的平臺或凹坑,這就是所謂的米勒平臺。
二、米勒平臺形成的詳細過程
理論上,如果在驅動電路的柵極G和源極S之間添加一個足夠大的電容,可以有效消除米勒效應。然而,這種做法會導致開關時間顯著延長。通常推薦添加相當于0.1倍輸入電容(Ciess)的電容值,可以在一定程度上改善米勒效應,同時避免開關時間過長。




米勒平臺的形成過程與Cgd的充電過程密切相關。在MOS剛開通時,Cgd通過MOS快速放電,隨后被驅動電壓反向充電,分擔了驅動電流,導致Cgs上的電壓上升變緩,從而形成平臺。在米勒平臺期間,Vgs變化很小,只有當Cgd被充電至與Vgs水平相同時,Vgs才會繼續上升。
具體來說,當MOSFET開始導通時,Vds的變化通過Cgd和驅動源的內阻形成一個微分電路。由于Vds近似線性下降,其微分結果是一個常數,從而在Vgs處產生一個穩定的平臺。這一過程與MOSFET數據手冊中給出的反向傳輸電容Crss密切相關。
三、米勒平臺的優化與改善方法
為了有效改善米勒平臺的影響,可以采取以下幾種策略:
(一)增加驅動電路中的電容
在柵極G和源極S之間添加一個足夠大的電容可以削弱米勒效應。然而,這種方法會延長開關時間,因此需要在改善米勒效應和開關速度之間進行權衡。
(二)選擇Cgd較小的MOS管
在選擇MOS管時,應盡量選擇Cgd較小的器件。較小的Cgd可以減少米勒平臺的影響,從而降低開通損耗,提高開關效率。
(三)縮短驅動信號的布線長度
減少布線長度可以降低寄生電感,從而降低米勒平臺引起的震蕩和電壓過沖。此外,選擇合適的柵極驅動電阻也有助于優化電路性能。
(四)使用合適的門極驅動電阻
通過選擇適當的門極驅動電阻RG,可以有效減緩米勒效應的影響。合適的電阻值可以在驅動電流和開關速度之間取得平衡,避免米勒平臺引起的不穩定現象。
(五)在GS端并聯電容
在柵源極之間并聯電容可以有效抑制寄生電壓,防止米勒平臺產生震蕩。盡管這種方法會增加一定的驅動損耗,但可以顯著提高電路的穩定性。
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