?米勒效應(yīng)?是指MOS管在開關(guān)過(guò)程中，柵極和漏極之間的反向傳輸電容(Cgd)在開關(guān)作用下引起的瞬態(tài)變化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電壓和漏源電流在一段時(shí)間內(nèi)維持不變，形成一個(gè)“米勒平臺(tái)”，從而增加開關(guān)損耗，降低效率。

米勒效應(yīng)的形成原理

米勒效應(yīng)的形成與MOS管的寄生電容有關(guān)。MOS管在制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生寄生電容，包括輸入電容Cgs、輸出電容Cds和反向傳輸電容Cgd。在開關(guān)過(guò)程中，這些電容會(huì)充放電，導(dǎo)致電壓和電流的變化。

米勒效應(yīng)的影響

米勒效應(yīng)會(huì)對(duì)MOS管的開關(guān)特性產(chǎn)生顯著影響：

?增加開通損耗?：米勒平臺(tái)會(huì)導(dǎo)致MOS管不能很快進(jìn)入開關(guān)狀態(tài)，從而增加開通損耗。

?影響驅(qū)動(dòng)電壓和漏源電流?：在米勒平臺(tái)上，驅(qū)動(dòng)電壓和漏源電流在一定時(shí)間內(nèi)維持不變，這會(huì)延長(zhǎng)開關(guān)時(shí)間，降低效率。

減少米勒效應(yīng)的方法

為了減少米勒效應(yīng)的影響，可以采取以下措施：

?減小驅(qū)動(dòng)電阻和提高驅(qū)動(dòng)電壓?：這可以加快電容的充電時(shí)間，從而縮短米勒平臺(tái)的時(shí)間。

?優(yōu)化PCB布線?：縮短驅(qū)動(dòng)信號(hào)線的長(zhǎng)度，加大寬度，以減少寄生電感。

?選擇Cgd較小的MOS管?：Cgd越小，米勒效應(yīng)的影響越小。

?使用零電壓開關(guān)技術(shù)?：這種技術(shù)可以在一定程度上消除米勒平臺(tái)，減少損耗。

米勒效應(yīng)，在電子學(xué)中又被稱為米勒平臺(tái)現(xiàn)象，是反相放大電路中一個(gè)重要的概念。當(dāng)輸入與輸出之間存在分布電容或寄生電容時(shí)，由于放大器的放大作用，這些電容在輸入端呈現(xiàn)的等效電容值會(huì)顯著增大，增大倍數(shù)達(dá)到1+Av，其中Av代表該級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)。這種現(xiàn)象對(duì)電路的性能和穩(wěn)定性有著深遠(yuǎn)的影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要仔細(xì)考慮和妥善處理。

在考慮一個(gè)增益為Av的理想反相放大器時(shí)，我們需要注意到其輸入Vi與輸出Vo節(jié)點(diǎn)間的阻抗特性，通常表示為Z。基于這一特性，輸出電壓Vo與輸入電壓Vi之間的關(guān)系可以表達(dá)為Vo=-Av×Vi。

由于理想反相放大器的虛斷特性，即輸入電流為零，所有輸入電流都必須通過(guò)阻抗Z，從而確保了輸出電壓Vo與輸入電壓Vi之間的精確關(guān)系。

根據(jù)理想反相放大器的虛斷特性，我們可以推導(dǎo)出輸入阻抗的表達(dá)式。由于輸入電流為零，所有輸入電流都必須通過(guò)阻抗Z，這使得輸出電壓Vo與輸入電壓Vi之間能夠維持精確的關(guān)系。因此，輸入阻抗可以得出為：

若阻抗Z代表的是電容的阻抗，則有：

接下來(lái)，我們進(jìn)一步探討輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系。根據(jù)理想反相放大器的特性，輸出電壓Vo與輸入電壓Vi之間保持精確的比例關(guān)系。這種關(guān)系式的推導(dǎo)，正是基于輸入阻抗的精確計(jì)算和虛斷特性的深入理解。

將輸入阻抗的計(jì)算公式代入，我們可以進(jìn)一步推導(dǎo)出相關(guān)結(jié)果。

因此，米勒電容CM的值可以通過(guò)將電容值C乘以因子(1+Av)來(lái)計(jì)算得出。在電路中，跨接的反饋電容C可以等效為在輸入端接地時(shí)的米勒電容CM。

在分析MOS管的開關(guān)行為時(shí)，我們首先需要審視其外部電路。雖然不同負(fù)載條件下的MOS管開關(guān)波形會(huì)稍有差異，但這并不妨礙我們深入探討VGS平臺(tái)電壓的特性。特別是在功率MOS管的應(yīng)用中，電感負(fù)載扮演著至關(guān)重要的角色。一種常見的電源開關(guān)電路，類似于BOOST拓?fù)?，便充分利用了這一點(diǎn)。當(dāng)MOS管的開關(guān)時(shí)間足夠短暫時(shí)，電感可以近似為一個(gè)恒流源。在此情況下，若忽略二極管的壓降影響，那么在MOS管截止時(shí)，二極管會(huì)接替其工作，通過(guò)續(xù)流將VDS電壓穩(wěn)定在輸出電壓的水平上。

接下來(lái)，我們將深入分析MOS管的電壓波形，主要聚焦于之前提及的電路圖。同時(shí)，為了便于分析，我們將以增強(qiáng)型N-MOS為例進(jìn)行后續(xù)探討。在開關(guān)應(yīng)用中，MOS管的等效模型對(duì)于理解其行為至關(guān)重要。雖然完整的等效模型可能相當(dāng)復(fù)雜，但通過(guò)限制模型的適用性，我們可以更專注于特定問(wèn)題的分析。在實(shí)際應(yīng)用中，MOS管通常被簡(jiǎn)化為一個(gè)等效電路，以便于理解和設(shè)計(jì)。

該等效模型揭示了影響開關(guān)性能的關(guān)鍵寄生元件。雖然源極電感(LS)和漏極電感(LD)也對(duì)開關(guān)性能構(gòu)成一定限制，但本文的重點(diǎn)在于米勒平臺(tái)的研究，因此主要聚焦于寄生電容的影響。在導(dǎo)通階段，該過(guò)程可細(xì)分為四個(gè)時(shí)間間隔來(lái)深入探討。

在第一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，當(dāng)MOS管處于截止區(qū)時(shí)，VGS從0V開始充電，直至達(dá)到開啟閾值電壓VTH。這段時(shí)間內(nèi)，大部分柵極電流主要用于給CGS電容器充電。同時(shí)，也有一小部分電流(即漏電流)流過(guò)CGD電容器。

進(jìn)入第二個(gè)時(shí)間間隔后，一旦VGS超過(guò)VTH，MOSFET便開始導(dǎo)通，MOS管從截止區(qū)過(guò)渡到飽和區(qū)。在此階段，電流繼續(xù)流入CGS和CGD電容器，VGS電壓持續(xù)上升，直至達(dá)到米勒平臺(tái)電壓(VGS,Miller)。在器件的輸出端，隨著漏極電流ID的增加，而VDS電壓則保持相對(duì)穩(wěn)定，這是因?yàn)镮D在達(dá)到最大值之前，部分電流仍通過(guò)續(xù)流二極管進(jìn)行續(xù)流，從而將VDS鉗位在輸出電壓水平。

隨后進(jìn)入第三個(gè)時(shí)間間隔，此時(shí)MOS管仍停留在飽和區(qū)，VGS維持在米勒平臺(tái)電壓水平。在此階段，ID電流完全流入MOSFET并達(dá)到其最大值，續(xù)流二極管關(guān)閉，導(dǎo)致VDS開始下降。同時(shí)，所有可用的柵極電流都流向CGD電容器。當(dāng)米勒平臺(tái)電壓結(jié)束時(shí)，VDS>VGS-VTH的情況出現(xiàn)。

米勒效應(yīng)能避免嗎?

由上面的分析可以看出米勒平臺(tái)是有害的，造成開啟延時(shí)，導(dǎo)致?lián)p耗嚴(yán)重。但因?yàn)?a href="/tags/MOS管" target="_blank">MOS管的制造工藝，一定會(huì)產(chǎn)生Cgd，也就是米勒電容一定會(huì)存在，所以米勒效應(yīng)不能避免。

目前減小 MOS 管米勒效應(yīng)的措施如下：

1. 提高驅(qū)動(dòng)電壓或者減小驅(qū)動(dòng)電阻，目的是增大驅(qū)動(dòng)電流，快速充電。但是可能因?yàn)榧纳姼袔?lái)震蕩問(wèn)題;

2.ZVS 零電壓開關(guān)技術(shù)是可以消除米勒效應(yīng)的，即在 Vds 為 0 時(shí)開啟溝道，在大功率應(yīng)用時(shí)較多。