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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
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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(jié)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(fā)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(tài)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(tài)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(xù)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(xù)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(xù)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(xù)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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