一、米勒平台的形成机制
在MOSFET的开关驱动过程中,驱动源对MOSFET输入电容(主要是栅源极电容Cgs)的充放电起着关键作用。当Cgs的电压达到门槛电压时,MOSFET开始进入开通状态。随着MOSFET的开通,漏源电压Vds逐渐下降, Drain电流Id相应上升,此时MOSFET处于饱和区。然而,由于米勒效应的影响,栅源电压Vgs会在一段时间内停滞不前。此时,Id已达到最大值,而Vds仍在继续下降,直至米勒电容(Crss)被完全充电,Vgs才恢复上升,最终达到驱动电压的值,MOSFET也随之进入电阻区,Vds完全降低,开通过程结束。


米勒效应的产生源于MOS管的寄生电容,特别是栅漏极电容Cgd。在MOS管开通过程中,当栅源电压Vgs上升至某一值后,会出现一段平台期。这是因为,在MOS开通前,漏极D的电压高于栅极G的电压,导致MOS寄生电容Cgd储存的电荷需要在导通过程中注入栅极G,与其中的电荷进行中和。只有当MOS完全导通后,栅极G的电压才会高于漏极D的电压。米勒效应会显著增加MOSFET的开通损耗,使MOS管无法迅速进入开关状态,进而延长了开关时间。
米勒平台实际上是MOSFET处于放大区的典型特征。通过示波器测量栅源电压Vgs时,可以观察到在电压上升过程中有一个明显的平台或凹坑,这就是所谓的米勒平台。
二、米勒平台形成的详细过程
理论上,如果在驱动电路的栅极G和源极S之间添加一个足够大的电容,可以有效消除米勒效应。然而,这种做法会导致开关时间显著延长。通常推荐添加相当于0.1倍输入电容(Ciess)的电容值,可以在一定程度上改善米勒效应,同时避免开关时间过长。




米勒平台的形成过程与Cgd的充电过程密切相关。在MOS刚开通时,Cgd通过MOS快速放电,随后被驱动电压反向充电,分担了驱动电流,导致Cgs上的电压上升变缓,从而形成平台。在米勒平台期间,Vgs变化很小,只有当Cgd被充电至与Vgs水平相同时,Vgs才会继续上升。
具体来说,当MOSFET开始导通时,Vds的变化通过Cgd和驱动源的内阻形成一个微分电路。由于Vds近似线性下降,其微分结果是一个常数,从而在Vgs处产生一个稳定的平台。这一过程与MOSFET数据手册中给出的反向传输电容Crss密切相关。
三、米勒平台的优化与改善方法
为了有效改善米勒平台的影响,可以采取以下几种策略:
(一)增加驱动电路中的电容
在栅极G和源极S之间添加一个足够大的电容可以削弱米勒效应。然而,这种方法会延长开关时间,因此需要在改善米勒效应和开关速度之间进行权衡。
(二)选择Cgd较小的MOS管
在选择MOS管时,应尽量选择Cgd较小的器件。较小的Cgd可以减少米勒平台的影响,从而降低开通损耗,提高开关效率。
(三)缩短驱动信号的布线长度
减少布线长度可以降低寄生电感,从而降低米勒平台引起的震荡和电压过冲。此外,选择合适的栅极驱动电阻也有助于优化电路性能。
(四)使用合适的门极驱动电阻
通过选择适当的门极驱动电阻RG,可以有效减缓米勒效应的影响。合适的电阻值可以在驱动电流和开关速度之间取得平衡,避免米勒平台引起的不稳定现象。
(五)在GS端并联电容
在栅源极之间并联电容可以有效抑制寄生电压,防止米勒平台产生震荡。尽管这种方法会增加一定的驱动损耗,但可以显著提高电路的稳定性。
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