米勒效应分析

Mos 管米勒效应分析‐dengdexing
1、元器件参数 IRFBL3703
VDSS RDS(on) max ID 30V 0.0025Ω 260A
ID @ TC = 25°C,Continuous Drain Current, VGS @ 10V 260A ID @ TC = 100°C Continuous Drain Current, VGS @ 10V 180 dv/dt Peak Diode Recovery, 5.0 V/ns Ciss Input Capacitance ––– 8250pf Coss Output Capacitance ––– 3000pf
Crss Reverse Transfer Capacitance 10360pf Coss Output Capacitance 3060pf
其他参数请见IR 官网IRFBL3703datasheet 。

2、mos 门极灌电流（驱动源电压幅值）对驱动波形的影响
图1
在图1的电路条件下，从图2可以看出，驱动波形输入后约300ns 后进入米勒平台，平台电压在4.5V 左右，平台持续时间约650ns ，在进入米勒平台约20ns 后ds 压降开始急剧下降，功率管mos 开始导通，功率管流通电流开始增大，在平台期间的前200ns ds 压降下降迅速，在平台持续期间mos 并未完全进入饱和区，在此区间功率管损耗较大，平台结束后mos 开始进入饱和，ds 饱和导通，ds 压降非常小。

TD = 0TF = 50ns PW = 50us V1 = 0TR = 50ns V2 = 15V L1
图2
当驱动电压输入到mos 的GAT 脚后，驱动波形开始个mos 门极和源极之间的电容充电，在充电过程中会有米勒平台出现，平台的出现时间根据mos 的型号有所区别，只有当驱动电压降mos GAT 脚电压冲到米勒平台建立的电压4.5V 左右后mos 才开始导通，并且平台会持续一定时间，ds 压降急剧下降，开始导通。

Time
0s
0.5us
1.0us 1.5us
2.0us 2.5us
3.0us
V(R7:1)
V(M4:D)
-I(R1)
-I(L1)
V(R5:2)
010
20
30
40
平台电压在4.5V 左右
300ns 后开始进入米勒平台
感抗越大上升越慢
取决于功率回路的感抗
功率管电流的上升取速度200ns 后降到5V 左右
米勒平台结束后ds 压降降到饱和导通电压
米勒平台持续600ns
开始快速下降
4.5V,20ns 以后，ds 电压
米勒平台电压
mos 门极电压达到
驱动脉冲源
米勒平台
功率管电流mos 门极电压波形
漏源极压降
米勒平台分析-IRFBL3703
图3
驱动PWM 波形幅值变为7V
图3较图1,驱动源幅值由15V 变为7V,mos 的充电电流也相应减少，从图4可以看出，300ns 后mos 门极开始进入米勒平台，ds 压降在进入米勒平台的20ns 左右急剧下降，功率管流过电流相应上升，平台持续时间约2600ns ，在进入平台的前800ns 的时间断ds 压降下降迅速，剩余平台时间段ds 电压下降较前一段较慢，米勒平台结束后ds 压降到达饱和压降电压。

TD = 0TF = 50ns PW = 50us V1 = 0TR = 50ns V2 = 7V L1
图4 米勒效应分析‐ GATE=7V
在此可以得到结论，充电电流的大小（驱动电压的幅值，当然驱动电阻的作用也是等效的，驱动电阻越小，驱动源灌入GATE 门极的电流越大）影响
到mos 管GATE 门极的上升速度，决定了ds 压降下降的速度，以及mos 管ds 电压应力的伏秒数。

Time
0s
1us
2us 3us
4us 5us 6us 7us 8us 9us 10us
V(M4:G)
V(M4:D)
-I(R1)
V(V1:+)
010
20
30
40
GATE=7V
IRFBL3703米勒效应分析2
驱动源，7V
3100ns 后到达饱和压降
电流波形
到达米勒平台
300ns 左右
平台持续时间600ns
米勒平台
门极驱动波形
ds 压降波形
图5 驱动电阻R5=10 ohm
上面有提到，在门极驱动源电压幅值不超过mos 的门极电压范围、驱动源供电能力充足的前提下，增加驱动源幅值同减小驱动电阻的作用类似，都可以增加单位时间灌入mos 门极电容的电流，从而减小mos 门极充电时间，缩短导通过程中ds 压降到饱和压降的时间，这样有利于降低在卡通过程中的损耗。

图4中驱动电阻变为R5=10 ohm ，图6所示，在驱动信号到达的60ns 后就开始米勒效应，米勒平台宽度变为70ns ，米勒平台结束后，ds 压降下降到饱和导通电压附近。

TD = 0TF = 50ns PW = 50us V1 = 0TR = 50ns V2 = 15V L1
图6 mos 门极GATE=15V,R5=10 ohm
门极驱动电阻R5=10 ohm ，电流上升时间缩短，mos 米勒平台缩短，ds 压降下降更为迅速，功率管在驱动信号到来后迅速打开；同时功率管ds 电压应
力增加，参数设计尤其是需要软开关设计的场合时需要重点关注。

Time
0s
0.5us
1.0us
1.5us
2.0us
2.5us
3.0us
V(M4:G)
V(M4:D)
-I(R1)
V(V1:+)
010
20
30
40
电流波形
mos 门极
ds 漏源极电压
mos IRFBL3703米勒效应分析
驱动源15V,驱动电阻R5=10ohm
米勒平台
驱动源信号15V
Mos 管的开通过程实际上是电容的充电过程，充电的快慢由驱动和充电电容共同决定，时间参数τ=R*C ，尤其是包括mos 自身的Ciss 电容以及门极并联电容的充电，前边分析了驱动电阻对米勒平台以及mos 门极信号的影响。

可以预见，充电电容的大小同样影响mos 驱动门极上升波形。

如图7，C1=42nf 、图8为驱动波形.
图7 C1=42nf
TD = 0TF = 50ns PW = 50us V1 = 0TR = 50ns V2 = 15V L1
图8 C1=45nf 时驱动信号和ds 电压波形
Time
0s
0.5us
1.0us
1.5us
2.0us
2.5us
3.0us
V(M5:G)
V(M5:D)
-I(R1)
V(V1:+)
010
20
30
40
mos 驱动门极信号波形
电流波形
米勒平台
驱动源信号
ds 漏源极电压
3、总结
米勒效应或者米勒平台是mos本身固有的特性，mos管从外部电特性看，存在几个极间电容，门极和源极之间的Ciss电容，也叫输入电容，漏极和源极之间的Coss也叫输出电容，漏极与门极之间存在Crss电容习惯脚反馈电容。

这几个等效电容的存在对mos驱动性能、开关速度，功率等级、开关损耗、效率分析直接相关，甚至关系到整个系统的性能。

输入电容Ciss的存在以及习惯上在门极GATE和源极之间并联的外部输入电容，直接关系到开关速度，决定门极驱动信号的上升波形，由于两个输入电容的存在，当外部驱动源信号输入到mos的GATE极上时，mos管漏极和源极不会立即导通，所以此时ds压差很大，当输入电容被充电到特定程度后，驱动波形上出现一定时间的平台电压专业术语称之为米勒平台或米勒效应，常见的mos管米勒平台电压在4‐6V左右，在米勒平台未结束期间mos并未完全打开，只是部分打开，所以ds之间的电压只是在迅速下降，直到米勒效应结束，ds之间的导通阻抗降低到标称值的Rdson，ds压降下降到饱和压降值，功率管完全打开。

米勒平台以及驱动波形上升的时间的长短还与外部驱动电路相关，同时mos自身的Ciss更是起决定作用，通常功率级别越大Rdson越小，Ciss越大，米勒平台和上升时间就越长，反之依然。

由于τ=R*C的原因，外部输入电阻通常叫做驱动电阻也影响米勒平台和驱动上升波形的快慢。

在米勒效应未结束期间，mos未完全打开，这里的特性同三极管的放大区域类似，功率损耗非常大，属于开关损耗的一部分，作为功率开关的mos，这当然是要尽量避免的。

在允许的前提下，从前面的分析可知，可以减小驱动电阻或者提高驱动波形幅值，加快ds压差降低的速度，减小驱动波形在上升过程的损耗。

另外方面，ds压差下降速度加快必然导致ds电压应力剧增，这将给mos选型以及EMC特性带来不利影响。

从驱动波形尤其是米勒效应的分析可知，在mos斩波设计参考中如BLDC驱动设计，全桥电源、逆变等功率电路设计中，驱动波形直接的决定了死区参数等，避开mos的损耗或误导通区间；此外米勒平台波形还决定了mos导通电流的时序关系，在大功率电路中流行的ZCS、ZVS软开关技术的实现也是必然要考虑到的。