引言

本文主要介紹了米勒效應(yīng)的由來，并詳細(xì)分析了MOSFET開關(guān)過程米勒效應(yīng)的影響，幫助定性理解米勒平臺(tái)的形成機(jī)制。最后給出了場(chǎng)效應(yīng)管柵極電荷的作用。

什么是米勒效應(yīng)？

假設(shè)一個(gè)增益為-Av 的理想反向電壓放大器

在放大器的輸出和輸入端之間連接一個(gè)阻值為Z 的阻抗。容易得到，

把阻抗Z 替換為容值為C 的電容，

由此可見，反向電壓放大器增加了電路的輸入電容，并且放大系數(shù)為（1+Av）。

這個(gè)效應(yīng)最早由John Milton Miller 發(fā)現(xiàn)，稱為米勒效應(yīng)。

以下來自維基百科的解釋：

米勒效應(yīng)（Miller effect）是在電子學(xué)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(huì)擴(kuò)大1+K倍，其中K是該級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)。雖然一般密勒效應(yīng)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(yīng)改變放大器的輸入阻抗。

米勒效應(yīng)分析

MOSFET中柵-漏間電容，構(gòu)成輸入（GS）輸出（DS）的反饋回路，MOSFET中的米勒效應(yīng)就形成了。

在t0-t1 時(shí)間內(nèi)，VGS上升到MOSFET 的閾值電壓VG(TH)。

在t1-t2時(shí)間內(nèi)，VGS繼續(xù)上升到米勒平臺(tái)電壓， 漏極電流ID 從0 上升到負(fù)載電流 。

（注：在漏極電流 IDS 未到負(fù)載電流 ID 時(shí)，一部分的負(fù)載電流（ IDS-ID ）流過二極管D，二極管導(dǎo)通MOSFET的漏極電壓 VDS 被VDD鉗位，保持不變，驅(qū)動(dòng)電流只給 CGS 充電， VGS 電壓升高。一旦 IDS 達(dá)到負(fù)載電流 ID , 二極管D反向截止，MOSFET的漏極電壓 VDS 開始下降，驅(qū)動(dòng)電流全部轉(zhuǎn)移給 CGD 充電，VGS 也就保持米勒平臺(tái)電壓不變。）

在t2-t3 時(shí)間內(nèi)， VGS 一直處于平臺(tái)電壓， VDS 開始下降至正向?qū)妷篤F。

在t3-t4 時(shí)間后， VGS繼續(xù)上升。

柵極電荷

首先，我們看一下MOSFET 寄生電容的大體情況。在MOSFET 的DATASHEET

中，采用的定義方法如圖所示。需要注意的是，Crss 就是我們所說的 CGD 。

一般在MOSFET 關(guān)閉狀態(tài)下， CGS比CGD 要大很多。以IRFL4310 為例，

IRFL4310中， Ciss=CGS+CGD=330pF  , Crss=CGD=54pF，則，CGS=Ciss-CGD=276pF 。需要指出的是兩者的值都與電容兩端的電壓相關(guān)，這也就是為什么在DATASHEET 中會(huì)標(biāo)明測(cè)試的條件。

幾乎所有的MOSFET規(guī)格書中，會(huì)給出柵極電荷的參數(shù)。柵極電荷讓設(shè)計(jì)者很容易計(jì)算出驅(qū)動(dòng)電路開啟MOSFET所需要的時(shí)，Q=I*t間。例如一個(gè)器件柵極電荷Qg為20nC，如果驅(qū)動(dòng)電路提供1mA充電電流的話，需要20us來開通該器件；如果想要在20ns就開啟，則需要把驅(qū)動(dòng)能力提高到1A。如果利用輸入電容的話，就沒有這么方便的計(jì)算開關(guān)速度了。

下圖是柵極電荷波形， QGS被定義為原點(diǎn)與 Miller Plateau ( VGP) 起點(diǎn)之間的電荷值 ; QGD被定義為從 VGP 到效應(yīng)平臺(tái)末端之間的電荷值；QG被定義為從原點(diǎn)到波曲線頂點(diǎn)之間的電壓，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓值 VGS與裝置的實(shí)際柵極電壓值相等。
備注

參考文獻(xiàn)

1. Power MOSFET Basics By Vrej Barkhordarian, International Rectifier, El Segundo, Ca.

2. Miller effect - Wikipedia en.wikipedia.org/wiki/M

3. Power MOSFET Basics: Understanding Gate Charge and Using it to Assess Switching Performance.