一文詳解，MOS管米勒效應電容問(wèn)題該如何處理-KIA MOS管

MOS管米勒效應電容問(wèn)題

米勒效應是三極管工作中常見(jiàn)的一種作用現象,然而, MOS管中由于門(mén)極和漏極間存在米勒電容，則會(huì )影響整體的開(kāi)啟時(shí)間。那么問(wèn)題來(lái)了:遇到這種情況,在柵極和源極間并聯(lián)一個(gè)小電容有沒(méi)有效果 ?在什么情況下才考慮米勒電容?米勒電容影響的時(shí)間怎么計算?就讓高級工程師告訴你,遇到米勒效應電容時(shí)你應該怎么處理。

據工程師介紹,米勒電容不是個(gè)實(shí)在存在MOSFET中的電容,它是由MOSFET棚漏極間的電容反映到輸入(即棚源間)的等效電容。由米勒定理可知,這個(gè)等效電容比棚漏間的實(shí)際電容要大許多,隨增益變化,而由該效應所形成的等效電容稱(chēng)為米勒電容。由此可見(jiàn),在棚源極間并-個(gè)電容無(wú)助于減小米勒電容,反之更會(huì )降低MOSFET的開(kāi)啟速度,增加開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間。

所以,正確的處理方式是在關(guān)斷感性負載時(shí),如果驅動(dòng)電路內阻不夠小，可以在MOS的GS間并聯(lián)一個(gè)適當的電容 ,而不是并聯(lián)一個(gè)越小越好的電容。這樣做可以防止關(guān)斷時(shí)因米勒電容影響出現的漏極電壓塌陷。

至于遇到了MOS管米勒效應電容后如何計算的問(wèn)題,工程師們可以查詢(xún)數據手冊中的Cgd ,然后根據具體電路的電壓增益計算。一般情況下，功率MOS管往往給出一定條件下管子開(kāi)通所需要的電量和充電曲線(xiàn)，可以作為驅動(dòng)設計的參考。

總結

工程師在進(jìn)行測試的過(guò)程中,一旦遇到米勒效應電容問(wèn)題,首先要依據查詢(xún)數據手冊進(jìn)行計算,在估算出電容數值后選取適當電容進(jìn)行電路系統修改調整。除此之外,依據米勒定理進(jìn)行合理運用,也是能夠幫助I程師讀懂波紋并找出問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

如何減輕米勒電容所引起的寄生導通效應

當在開(kāi)關(guān)時(shí)普遍會(huì )遇到的一個(gè)問(wèn)題即寄生開(kāi)通期間的米勒平臺。米勒效應在單電源門(mén)極驅動(dòng)的應用中影響是很明顯的。基于門(mén)極G與集電極C之間的耦合，在關(guān)斷期間會(huì )產(chǎn)生一個(gè)很高的瞬態(tài)dv/dt，這樣會(huì )引發(fā)門(mén)極VGE間電壓升高而導通，這是一個(gè)潛在的風(fēng)險(如圖1)。

MOS管米勒效應電容

寄生引起的導通

在半橋拓撲中，當上管IGBT(S1)正在導通，產(chǎn)生變化的電壓dV/dt加在下管IGBT(S1)C-E間。電流流經(jīng)S2的寄生米勒電容CCG 、門(mén)極驅動(dòng)電阻RG 、內部集成門(mén)極驅動(dòng)電阻RDRIVER ，如圖1所示。電流大小大致可以如下公式進(jìn)行估算：

MOS管米勒效應電容

這個(gè)電流產(chǎn)生使門(mén)極電阻兩端產(chǎn)生電壓差，這個(gè)電壓如果超過(guò)IGBT的門(mén)極驅動(dòng)門(mén)限閾值，將導致寄生導通。設計工程師應該意識到IGBT節溫上升會(huì )導致IGBT門(mén)極驅動(dòng)閾值會(huì )有所下降，通常就是mv/℃級的。當下管IGBT(S2)導通時(shí)，寄生米勒電容引起的導通同樣會(huì )發(fā)生在S1上。

減緩米勒效應的解決方法

通常有三種傳統的方法來(lái)解決以上問(wèn)題：種方法是改變門(mén)極電阻(如圖2);第二種方法是在在門(mén)極G和射極E之間增加電容(如圖3);第三種方法是采用負壓驅動(dòng)(如圖4)。除此之外，還有一種簡(jiǎn)單而有效的解決方案即有源鉗位技術(shù)(如圖5)。

獨立的門(mén)極開(kāi)通和關(guān)斷電阻

門(mén)極導通電阻RGON影響IGBT導通期間的門(mén)極充電電壓和電流;增大這個(gè)電阻將減小門(mén)極充電的電壓和電流，但會(huì )增加開(kāi)通損耗。寄生米勒電容引起的導通通過(guò)減小關(guān)斷電阻RGOFF可以有效抑制。越小的RGOFF同樣也能減少IGBT的關(guān)斷損耗，然而需要付出的代價(jià)是在關(guān)斷期間由于雜散電感會(huì )產(chǎn)生很高的過(guò)壓尖峰和門(mén)極震蕩。

MOS管米勒效應電容

增加G-E間電容以限制米勒電流

G-E間增加電容CG將影響IGBT開(kāi)關(guān)的特性。CG分擔了米勒電容產(chǎn)生的門(mén)極充電電流，鑒于這種情況，IGBT的總的輸入電容為CG||CG’。門(mén)極充電要達到門(mén)極驅動(dòng)的閾值電壓需要更多的電荷(如圖3)。

MOS管米勒效應電容

因為G-E間增加電容，驅動(dòng)電源功耗會(huì )增加，相同的門(mén)極驅動(dòng)電阻情況下IGBT的開(kāi)關(guān)損耗也會(huì )增加。

采用負電源以提高門(mén)限電壓

采用門(mén)極負電壓來(lái)安全關(guān)斷，特別是IGBT模塊在100A以上的應用中，是很典型的運用。在IGBT模塊100A以下的應用中，處于成本原因考慮，負門(mén)極電壓驅動(dòng)很少被采用。典型的負電源電壓電路如圖4。

MOS管米勒效應電容

增加負電源供電增加設計復雜度，同時(shí)也增大設計尺寸。

有源米勒鉗位解決方案

為了避免RG優(yōu)化問(wèn)題、CG的損耗和效率、負電源供電增加成本等問(wèn)題，另一種通過(guò)門(mén)極G與射極E短路的方法被采用來(lái)抑制因為寄生米勒電容導致的意想不到的開(kāi)通。

這種方法可以在門(mén)極G與射極E之間增加三級管來(lái)實(shí)現，在VGE電壓達到某個(gè)值時(shí)，門(mén)極G與射極E的短路開(kāi)關(guān)(三級管)將觸發(fā)工作。這樣流經(jīng)米勒電容的電流將通過(guò)三極管旁路而不至于流向驅動(dòng)器引腳VOUT。這種技術(shù)就叫有源米勒鉗位技術(shù)(如圖5)。

MOS管米勒效應電容