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MOSFET米勒效應(yīng)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(yīng)(Miller effect)是在電子學(xué)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(huì)擴(kuò)大1+K倍,其中K是該級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)。雖然一般密勒效應(yīng)指的是電容的放大,但是任何輸入與其它高放大節(jié)之間的阻抗也能夠通過密勒效應(yīng)改變放大器的輸入阻抗。米勒效應(yīng)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(shí)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)效應(yīng),但是這個(gè)效應(yīng)也適用于現(xiàn)代的半導(dǎo)體三極管。說白了就是通過電容輸出對(duì)輸入產(chǎn)生了影響。

MOSFET中也有一個(gè)由于電容引起輸出變化的一個(gè)概念,叫做米勒平臺(tái),它是MOSFET動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵參數(shù),也是影響開關(guān)性能的重要階段。

談起米勒平臺(tái)就不得不從MOSFET中的電容開始,一般在MOSFET的datasheet中會(huì)給出電荷的數(shù)值,根據(jù)公式電荷Q=C*V, 所以datasheet中的電荷Q值是高度依賴于測(cè)試的電壓和其他測(cè)試條件的,在橫向比較不同的元件時(shí),需要注意這一點(diǎn)。下面動(dòng)態(tài)特性表格中的QG(tot), QGS和QGD就是在表征MOSFET開啟/ 關(guān)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(guān)閉的速度就越慢,開關(guān)損耗也就越大。在開關(guān)電路的使用中這一點(diǎn)尤其重要。

wKgZomRh6IKAAWxIAAGy_tJtJdU757.jpg

MOSFET可以等效成下面的符號(hào):在柵極G,源極S和漏極D之間都存在電容。右側(cè)為開啟和關(guān)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(guān)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(qū)動(dòng)電路對(duì)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(dǎo)通, 電流Id從0開始上升,但漏極電壓Vd不變,Vgs繼續(xù)充電上升。

t2~t3:在t2時(shí)刻,Vgs上升至米勒平臺(tái)電壓Vgs(plateau),意味著Cgs已經(jīng)充滿,漏極電流Id已經(jīng)達(dá)到飽和(Id=Vds/Rdson),由于MOSFET已經(jīng)完全導(dǎo)通,故Vds開始下降,電荷就會(huì)通過Cgd流向源極S,但同時(shí)柵極還在繼續(xù)對(duì)Cgd進(jìn)行充電,這樣針對(duì)于Cgd的一充一放,就導(dǎo)致了柵極電壓呈現(xiàn)出變化緩慢或者不變的情況,這個(gè)柵極電壓不變的階段就是米勒平臺(tái)。

t3~t4:當(dāng)Vds下降到最低并且不在變化后,也意味著Cgd的充放電的結(jié)束。但驅(qū)動(dòng)電路會(huì)對(duì)柵極的QG(tot)繼續(xù)充電,直至充滿。

wKgaomRh6IKAGSL1AACDmIIwl0U524.jpg

下面是一張實(shí)測(cè)的波形,可以清楚地看到開啟過程中的米勒平臺(tái)的存在。

wKgaomRh6IKABJORAAINLutC5Co012.jpg

二、關(guān)閉過程詳解:

關(guān)閉過程也就是對(duì)柵極電荷的放電過程。

t1~t2:驅(qū)動(dòng)電路對(duì)柵極進(jìn)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(tái)電壓Vgs(plateau),同開啟一樣,Cgd在驅(qū)動(dòng)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(xiàn)了下降過程中的米勒平臺(tái)。

t3~t4:當(dāng)Vds到達(dá)最大值后,一位置Cgd的充放電結(jié)束,Vgs繼續(xù)下降到Vgs(th),MOSFET開始關(guān)閉,電流Ids開始下降直到完全關(guān)閉。

wKgZomRh6IKAIp_-AABxuBDYbFo800.jpg

米勒平臺(tái)是MOSFET使用過程中永恒的話題,它對(duì)開關(guān)損耗,熱性能及EMC輻射都起著至關(guān)重要的作用。

以上的內(nèi)容希望對(duì)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(jìn)步!

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