MOS管开关时的米勒效应--通俗易懂篇

犹篑

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0.1Ciess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g d 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 Vth.Mosfet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.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