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MOSFET米勒效應詳解

CHANBAEK ? 來源:電子幫 ? 作者:九條小魚兒 ? 2023-05-15 16:11 ? 次閱讀

米勒效應(Miller effect)是在電子學中,反相放大電路中,輸入與輸出之間的分布電容或寄生電容由于放大器的放大作用,其等效到輸入端的電容值會擴大1+K倍,其中K是該級放大電路電壓放大倍數。雖然一般密勒效應指的是電容的放大,但是任何輸入與其它高放大節之間的阻抗也能夠通過密勒效應改變放大器的輸入阻抗。米勒效應是以約翰·米爾頓·米勒命名的。1919年或1920年密勒在研究真空管三極管時發現了這個效應,但是這個效應也適用于現代的半導體三極管。說白了就是通過電容輸出對輸入產生了影響。

MOSFET中也有一個由于電容引起輸出變化的一個概念,叫做米勒平臺,它是MOSFET動態特性的關鍵參數,也是影響開關性能的重要階段。

談起米勒平臺就不得不從MOSFET中的電容開始,一般在MOSFET的datasheet中會給出電荷的數值,根據公式電荷Q=C*V, 所以datasheet中的電荷Q值是高度依賴于測試的電壓和其他測試條件的,在橫向比較不同的元件時,需要注意這一點。下面動態特性表格中的QG(tot), QGS和QGD就是在表征MOSFET開啟/ 關閉所需要多少的充電/ 放電的柵極電荷。多需要的電荷量越多,開啟/ 關閉的速度就越慢,開關損耗也就越大。在開關電路的使用中這一點尤其重要。

wKgZomRh6IKAAWxIAAGy_tJtJdU757.jpg

MOSFET可以等效成下面的符號:在柵極G,源極S和漏極D之間都存在電容。右側為開啟和關閉的電壓電流波形。

wKgaomRh6IKAU3EdAAJ1dJ2ulzs315.jpg

MOSFET中的電容到底是怎樣影響MOSFET的開關過程的呢?可以從下面的圖示中清楚地了解:

一、開啟過程詳解:

0~t1:驅動電路對MOSFET的柵極電容Cgs充電,柵極電壓上升。

t1~t2:柵極電壓Vgs上升到開啟門限電壓Vgsth,MOSFET開始導通, 電流Id從0開始上升,但漏極電壓Vd不變,Vgs繼續充電上升。

t2~t3:在t2時刻,Vgs上升至米勒平臺電壓Vgs(plateau),意味著Cgs已經充滿,漏極電流Id已經達到飽和(Id=Vds/Rdson),由于MOSFET已經完全導通,故Vds開始下降,電荷就會通過Cgd流向源極S,但同時柵極還在繼續對Cgd進行充電,這樣針對于Cgd的一充一放,就導致了柵極電壓呈現出變化緩慢或者不變的情況,這個柵極電壓不變的階段就是米勒平臺。

t3~t4:當Vds下降到最低并且不在變化后,也意味著Cgd的充放電的結束。但驅動電路會對柵極的QG(tot)繼續充電,直至充滿。

wKgaomRh6IKAGSL1AACDmIIwl0U524.jpg

下面是一張實測的波形,可以清楚地看到開啟過程中的米勒平臺的存在。

wKgaomRh6IKABJORAAINLutC5Co012.jpg

二、關閉過程詳解:

關閉過程也就是對柵極電荷的放電過程。

t1~t2:驅動電路對柵極進行放電,Vgs下降,漏極電流Id不變。

t2~t3:柵極電壓Vgs下降到米勒平臺電壓Vgs(plateau),同開啟一樣,Cgd在驅動電路和Vds的充放電拉扯下使得柵極電壓Vgs下降速度變化或不在下降,出現了下降過程中的米勒平臺。

t3~t4:當Vds到達最大值后,一位置Cgd的充放電結束,Vgs繼續下降到Vgs(th),MOSFET開始關閉,電流Ids開始下降直到完全關閉。

wKgZomRh6IKAIp_-AABxuBDYbFo800.jpg

米勒平臺是MOSFET使用過程中永恒的話題,它對開關損耗,熱性能及EMC輻射都起著至關重要的作用。

以上的內容希望對大家有所幫助,也希望大家給予反饋和指正,互相交流,共同進步!

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