詳細分析MOSFET開關過程米勒效應的影響


原標題:詳細分析MOSFET開關過程米勒效應的影響
MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)的開關過程中,米勒效應(Miller Effect)是一個重要的影響因素。以下是對米勒效應在MOSFET開關過程中的詳細分析:
一、米勒效應概述
米勒效應是指MOSFET輸入輸出之間的分布電容(柵漏電容Cgd)在反相放大作用下,使得等效輸入電容值放大的效應。這種效應會導致MOSFET柵極驅動過程中形成平臺電壓,進而引起開關時間變長,開關損耗增加,對MOS管的正常工作產生不利影響。
二、米勒效應對MOSFET開關過程的影響
開通過程:
在MOSFET的開通初期,柵源電容Cgs開始充電,柵極電壓Vgs逐漸上升。當Vgs超過閾值電壓Vth時,MOSFET開始導通,漏極電流Id開始上升。
隨著Id的上升,漏源電壓Vds開始下降。這是因為Id上升的di/dt會在引線電感等雜散電感上形成壓降,導致MOS管兩端的電壓稍稍下降。
當MOSFET中的電流上升到電感負載中的電流時,MOS管兩端的電壓不再被VDD鉗位,漏源之間的反型層溝道也不再被VDD束縛而呈楔形分布。此時,柵極驅動電流開始給柵漏電容Cgd充電。
由于Cgd的充電作用,柵極電壓Vgs保持不變,形成一段平臺期,即米勒平臺。在米勒平臺期間,Vds繼續下降,但速度變慢,因為此時驅動電流主要用來給Cgd充電。
當Cgd充滿電后,柵極電壓Vgs繼續上升,MOSFET進入線性電阻區,最終完全導通。
關斷過程:
在MOSFET的關斷過程中,柵源電容Cgs開始放電,柵極電壓Vgs逐漸下降。
隨著Vgs的下降,MOSFET的導電溝道逐漸變窄,漏極電流Id開始下降。
當Id下降到一定程度時,漏源電壓Vds開始上升。此時,柵漏電容Cgd開始放電,但其放電過程對關斷過程的影響相對較小。
最終,當Vgs下降到低于閾值電壓Vth時,MOSFET完全關斷。
三、米勒效應的不利影響及應對措施
不利影響:
米勒效應會導致MOSFET的開關時間變長,因為柵極電壓在米勒平臺期間保持不變,導致漏極電壓的下降速度變慢。
米勒效應還會增加開關損耗,因為開關時間的延長會導致更多的能量在開關過程中被消耗。
在一些應用中,如電機控制電路,米勒效應還可能導致上下管同時導通的風險增加,從而損壞器件。
應對措施:
選擇具有較低柵漏電容Cgd的MOSFET,以降低米勒效應的影響。
在柵源之間并聯一個電容,以吸收由dV/dt產生的漏極電流,從而降低米勒平臺電壓和開關損耗。
優化驅動電路的設計,如選擇合適的柵極電阻Rg來平衡Vgs bouncing電壓。
綜上所述,米勒效應對MOSFET的開關過程具有顯著的影響。為了降低這種影響,需要合理選擇MOSFET的型號和參數,并優化驅動電路的設計。
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