詳解MOS管的米勒效應|圖文解析,必看-KIA MOS管

MOS管的米勒效應

如下是一個(gè)NMOS的開(kāi)關(guān)電路，階躍信號VG1設置DC電平2V，方波（振幅2V，頻率50Hz），T2的開(kāi)啟電壓2V，所以MOS管T2會(huì )以周期T=20ms進(jìn)行開(kāi)啟和截止狀態(tài)的切換。

MOS管的米勒效應

首先仿真Vgs和Vds的波形，會(huì )看到Vgs=2V的時(shí)候有一個(gè)小平臺，為什么Vgs在上升時(shí)會(huì )有一個(gè)小平臺？

MOS管的米勒效應

MOS管Vgs小平臺

帶著(zhù)這個(gè)疑問(wèn)，我們嘗試將電阻R1由5K改為1K，再次仿真，發(fā)現這個(gè)平臺變得很小，幾乎沒(méi)有了，這又是為什么呢？

MOS管的米勒效應

MOS管Vgs小平臺有改善，為了理解這種現象，需要理論知識的支撐。

MOS管的米勒效應

MOS管的米勒效應：MOS管的等效模型，我們通常看到的MOS管圖形是左邊這種，右邊的稱(chēng)為MOS管的等效模型。其中：Cgs稱(chēng)為GS寄生電容，Cgd稱(chēng)為GD寄生電容，輸入電容Ciss=Cgs+Cgd，輸出電容Coss=Cgd+Cds，反向傳輸電容Crss=Cgd，也叫米勒電容。

米勒效應的罪魁禍首就是米勒電容，米勒效應指其輸入輸出之間的分布電容Cgd在反相放大的作用下，使得等效輸入電容值放大的效應，米勒效應會(huì )形成米勒平臺。

首先我們需要知道的一個(gè)點(diǎn)是：因為MOS管制造工藝，必定產(chǎn)生Cgd，也就是米勒電容必定存在，所以米勒效應不可避免。

那MOS管的米勒效應的缺點(diǎn)是什么呢？MOS管的開(kāi)啟是一個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程，MOS管D極和S極重疊時(shí)間越長(cháng)，MOS管的導通損耗越大。因為有了米勒電容，有了米勒平臺，MOS管的開(kāi)啟時(shí)間變長(cháng)，MOS管的導通損耗必定會(huì )增大。

仿真時(shí)我們將G極電阻R1變小之后，發(fā)現米勒平臺有改善？原因我們應該都知道了。

MOS管的開(kāi)啟可以看做是輸入電壓通過(guò)柵極電阻R1對寄生電容Cgs的充電過(guò)程，R1越小，Cgs充電越快，MOS管開(kāi)啟就越快，這是減小柵極電阻，米勒平臺有改善的原因。那在米勒平臺究竟發(fā)生了一些什么？

以NMOS管來(lái)說(shuō)，在MOS管開(kāi)啟之前，D極電壓是大于G極電壓的，隨著(zhù)輸入電壓的增大，Vgs在增大，Cgd存儲的電荷同時(shí)需要和輸入電壓進(jìn)行中和，因為MOS管完全導通時(shí)，G極電壓是大于D極電壓的。

所以在米勒平臺，是Cgd充電的過(guò)程，這時(shí)候Vgs變化則很小，當Cgd和Cgs處在同等水平時(shí)，Vgs才開(kāi)始繼續上升。我們以下右圖來(lái)分析米勒效應，這個(gè)電路圖是一個(gè)什么情況？

MOS管的米勒效應

MOS管D極負載是電感加續流二極管，工作模式和DC-DC BUCK一樣，MOS管導通時(shí)，VDD對電感L進(jìn)行充電，因為MOS管導通時(shí)間極短，可以近似電感為一個(gè)恒流源，在MOS管關(guān)閉時(shí)，續流二極管給電感L提供一個(gè)泄放路徑，形成續流。

MOS管的開(kāi)啟可以分為4個(gè)階段。 t0~t1階段從t0開(kāi)始，G極給電容Cgs充電，Vgs從0V上升到Vgs(th)時(shí)，MOS管都處于截止狀態(tài)，Vds保持不變，Id為零。

t1~t2階段從t1后，Vgs大于MOS管開(kāi)啟電壓Vgs(th)，MOS管開(kāi)始導通，Id電流上升，此時(shí)的等效電路圖如下所示，在IDS電流沒(méi)有達到電感電流時(shí)，一部分電流會(huì )流過(guò)二極管，二極管DF仍是導通狀態(tài)，二極管的兩端處于一個(gè)鉗位狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候Vds電壓幾乎不變，只有一個(gè)很小的下降（雜散電感的響）。

MOS管的米勒效應

t1~t2階段等效電路 t2~t3階段隨著(zhù)Vgs電壓的上升，IDS電流和電感電流一樣時(shí)，MOS管D極電壓不再被二極管DF鉗位，DF處于反向截止狀態(tài)，所以Vds開(kāi)始下降，這時(shí)候G極的驅動(dòng)電流轉移給Cgd充電，Vgs出現了米勒平臺，Vgs電壓維持不變，Vds逐漸下降至導通壓降VF。

MOS管的米勒效應

t2~t3階段等效電路 t3~t4階段當米勒電容Cgd充滿(mǎn)電時(shí)，Vgs電壓繼續上升，直至MOS管完全導通。結合MOS管輸出曲線(xiàn)，總結一下MOS管的導通過(guò)程 t0~t1，MOS管處于截止區；

t1后，Vgs超過(guò)MOS管開(kāi)啟電壓，隨著(zhù)Vgs的增大，ID增大，當ID上升到和電感電流一樣時(shí)，續流二極管反向截止，t2~t3時(shí)間段，Vgs進(jìn)入米勒平臺期，這個(gè)時(shí)候D極電壓不再被續流二極管鉗位，MOS的夾斷區變小，t3后進(jìn)入線(xiàn)性電阻區，Vgs則繼續上升，Vds逐漸減小，直至MOS管完全導通。

MOS管的米勒效應