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1、米勒效應(yīng)的定義

 

 反相放大電路中，輸入與輸出間的分布或寄生電容由于放大器的放大作用。其等效到輸入的電容值會擴(kuò)大1+AV倍，其中AV是該級放大電路的電壓放大倍數(shù)，這一特性稱為米勒效應(yīng)，推理過程如下：

 

圖1：反相放大電路米勒效應(yīng)推理電路

 

根據(jù)MOS管的小信號模型，加入寄生電容等效的電路，MOS管形成了反向電壓放大器，其等效電路如下圖所示：    

 

圖2：MOS管小信號模型與等效反向放大器模型

 

2、米勒效應(yīng)平臺形成機(jī)理

 

MOS管器件在飽和區(qū)，ID電流隨VGS電壓的增大而減小，呈現(xiàn)反相放大器特性，而存在米勒效應(yīng)，CGD則稱為米勒電容。向MOS管G極施加電壓時(shí)，將產(chǎn)生輸入電流IGATE=I1+I2:I1=CGD*d(VGS-VGD)/dt;I2=CGS*dVGS/dt),而AV=-VDS/VGS(飽和區(qū)MOS管上施加VGS，其VDS就會下降),有I1=CGD*(1+AV)dVGS/dt，故IGATE=I1+I2=[CGD*(1+AV)+CGS]dVGS/dt。    

 

圖3：MOS管寄生電容等效

 

MOS管電壓大于VTH進(jìn)入飽和區(qū)后，VDS開始下降，因而CGD開始增大，CISS會急劇增大[（1+AV）*CGD],這樣VGS的電壓斜率幾乎為零，呈現(xiàn)米勒平臺平坦區(qū)域。當(dāng)VDS下降到VGS-VTH值時(shí)，米勒平臺結(jié)束，進(jìn)入MOS線性區(qū)。

 

圖4：MOS管米勒平臺區(qū)域

 

3、米勒效應(yīng)平臺VDS下降拐點(diǎn)的形成機(jī)理

 

由于超結(jié)MOS管在開通開始的縱向擴(kuò)散，比較小的GD電容,所以VDS開始下降的比較快，大約在下降到100V時(shí)，縱向擴(kuò)散完成，變成橫向擴(kuò)散，GD電容變大，VDS下降的斜率變緩。    

 

圖5：米勒平臺VDS電壓拐點(diǎn)圖

 

4、米勒平臺開始時(shí)的尖峰電壓的形成機(jī)理

 

與米勒效應(yīng)無關(guān)，主要有兩個(gè)因素造成：一是MOS管源極（S極）的寄生電感，驟然增加的S極電流在寄生電感上感應(yīng)電壓尖峰；CCM模式體二極管的反向恢復(fù)電流流過MOS管，導(dǎo)致需要更大的VGS電壓。

 

圖6：米勒平臺開始時(shí)電壓尖峰測試波形

 

5、米勒平臺的危害與抑制    

 

開關(guān)損耗影響分析與抑制

 

米勒效應(yīng)會產(chǎn)生米勒平臺，米勒平臺的危害是開通階段阻礙驅(qū)動(dòng)電壓的上升，關(guān)斷階段阻礙驅(qū)動(dòng)電壓的下降，延長了開關(guān)時(shí)間，增加了MOS管的開關(guān)損耗，降低了電路的效率。

 

圖7：MOS管開關(guān)損耗（紅色方框內(nèi)交叉面積）

 

米勒電容阻止了VGS的上升，也就阻止了VDS的下降，使損耗的時(shí)間加長，必須抑制。主要改善方案有：一是降低在開關(guān)切換VDS開始下降時(shí)的點(diǎn)的位置，有助于減小平坦區(qū)域  效應(yīng)，極限情況可以采用ZVS電路設(shè)計(jì)，讓MOS管開始導(dǎo)通時(shí)其VDS已經(jīng)到0V，消除了輸入電容瞬間變大的過程。二是使用CGD較小的MOS管元件。    

 

圖8：不同耐壓MOS管米勒平臺對比

 

柵極電壓尖峰產(chǎn)生原因分析與抑制

 

米勒效應(yīng)會產(chǎn)生米勒平臺，米勒平臺的危害是對于有上下管驅(qū)動(dòng)的電路（LLC電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路），上下管開通關(guān)斷時(shí)，柵極會產(chǎn)生電壓尖峰，尖峰的電壓增加了上下管同時(shí)導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)會造成非常大的電流同時(shí)流過下下管，損壞器件。

 

圖9：VGS驅(qū)動(dòng)信號存在電壓尖峰波形

 

VGS尖峰電壓抑制的方法主要有：一是調(diào)整MOS管柵極驅(qū)動(dòng)電阻參數(shù)；二是選擇CRSS/CISS低的MOS管有助于降低VGS尖峰電壓值，或者在MOS管的柵源之間增加并聯(lián)電容，也會吸收dv/dt產(chǎn)生的柵漏電流。    

 

圖10：VGS驅(qū)動(dòng)信號存在電壓尖峰波形（增加?xùn)怕╇娙荩?/span>

 

米勒振蕩產(chǎn)生原因分析與抑制

 

米勒效應(yīng)會產(chǎn)生米勒平臺，米勒平臺的危害是MOS管的反饋引入了電容，當(dāng)這個(gè)電容足夠大，并且前段信號變化快，后端供電電壓高，三者結(jié)合起來，就會引起積分過沖振蕩，也叫米勒振蕩。

 

圖11：MOS管的米勒振蕩    

 

米勒振蕩主要改善措施：一是減緩驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，主要措施包含加大G極輸入串聯(lián)電阻的阻抗，在MOS管G-S極間并聯(lián)瓷片電容。二是加快MOS管關(guān)斷速度，主要措施包含增加二極管關(guān)斷電路，增加三極管快速關(guān)斷電路。