详细分析MOSFET开关过程米勒效应的影响


原标题:详细分析MOSFET开关过程米勒效应的影响
MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的开关过程中,米勒效应(Miller Effect)是一个重要的影响因素。以下是对米勒效应在MOSFET开关过程中的详细分析:
一、米勒效应概述
米勒效应是指MOSFET输入输出之间的分布电容(栅漏电容Cgd)在反相放大作用下,使得等效输入电容值放大的效应。这种效应会导致MOSFET栅极驱动过程中形成平台电压,进而引起开关时间变长,开关损耗增加,对MOS管的正常工作产生不利影响。
二、米勒效应对MOSFET开关过程的影响
开通过程:
在MOSFET的开通初期,栅源电容Cgs开始充电,栅极电压Vgs逐渐上升。当Vgs超过阈值电压Vth时,MOSFET开始导通,漏极电流Id开始上升。
随着Id的上升,漏源电压Vds开始下降。这是因为Id上升的di/dt会在引线电感等杂散电感上形成压降,导致MOS管两端的电压稍稍下降。
当MOSFET中的电流上升到电感负载中的电流时,MOS管两端的电压不再被VDD钳位,漏源之间的反型层沟道也不再被VDD束缚而呈楔形分布。此时,栅极驱动电流开始给栅漏电容Cgd充电。
由于Cgd的充电作用,栅极电压Vgs保持不变,形成一段平台期,即米勒平台。在米勒平台期间,Vds继续下降,但速度变慢,因为此时驱动电流主要用来给Cgd充电。
当Cgd充满电后,栅极电压Vgs继续上升,MOSFET进入线性电阻区,最终完全导通。
关断过程:
在MOSFET的关断过程中,栅源电容Cgs开始放电,栅极电压Vgs逐渐下降。
随着Vgs的下降,MOSFET的导电沟道逐渐变窄,漏极电流Id开始下降。
当Id下降到一定程度时,漏源电压Vds开始上升。此时,栅漏电容Cgd开始放电,但其放电过程对关断过程的影响相对较小。
最终,当Vgs下降到低于阈值电压Vth时,MOSFET完全关断。
三、米勒效应的不利影响及应对措施
不利影响:
米勒效应会导致MOSFET的开关时间变长,因为栅极电压在米勒平台期间保持不变,导致漏极电压的下降速度变慢。
米勒效应还会增加开关损耗,因为开关时间的延长会导致更多的能量在开关过程中被消耗。
在一些应用中,如电机控制电路,米勒效应还可能导致上下管同时导通的风险增加,从而损坏器件。
应对措施:
选择具有较低栅漏电容Cgd的MOSFET,以降低米勒效应的影响。
在栅源之间并联一个电容,以吸收由dV/dt产生的漏极电流,从而降低米勒平台电压和开关损耗。
优化驱动电路的设计,如选择合适的栅极电阻Rg来平衡Vgs bouncing电压。
综上所述,米勒效应对MOSFET的开关过程具有显著的影响。为了降低这种影响,需要合理选择MOSFET的型号和参数,并优化驱动电路的设计。
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