一、引言

   說到米勒電容不得不談到米勒效應(yīng)，這對于電子工程師來說是一個(gè)復(fù)雜的課題。米勒效應(yīng)在1920年由 John Milton Miller 提出來的，米勒效應(yīng)牽扯到電路分析相關(guān)知識，在電子技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域，往往初學(xué)者對于電路分析的基礎(chǔ)不是特別理解，在調(diào)試過程中遇到米勒效應(yīng)帶來的麻煩時(shí)不知道從哪里下手，解決手段也比較有限。本文所要展示的是米勒效應(yīng)形成的原因以及目前常用的解決手段。

二、現(xiàn)象及危害

   電子工程師在調(diào)試過程中會遇到如圖所示的問題：

   圖中的CH1為MOS管G極驅(qū)動波形，CH2為控制IC輸出的驅(qū)動波形，CH3為MOS管Vds波形，我們可以看出，MOS管G極的啟動波形有一個(gè)凸起的震蕩波形，而不是一個(gè)平臺，跟我們理解的米勒平臺效果不一致，這個(gè)問題我們在后面文章進(jìn)行分析討論。

   在功率MOSFET應(yīng)用中會出現(xiàn)寄生或誤導(dǎo)通的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)中會更頻繁地發(fā)生，并且可能造成更大的損害。 它的出現(xiàn)通常會導(dǎo)致MOSFET的損壞，而且由于寄生參數(shù)的影響，高頻導(dǎo)通會出現(xiàn)震蕩，不利于EMC性能，降低產(chǎn)品可靠性。 

三、米勒電容器引起的寄生導(dǎo)通

   MOSFET在開關(guān)時(shí)面臨的常見問題之一是由于米勒電容器引起的寄生導(dǎo)通。 在單電源柵極驅(qū)動器（0至+ 12V）中，這種影響非常明顯。 由于這種柵極-集電極耦合，在MOSFET關(guān)斷期間產(chǎn)生的高dV / dt瞬變會引起寄生導(dǎo)通（柵極電壓，VGS），這具有潛在的危險(xiǎn)，如下圖所示。

   當(dāng)變換器發(fā)生開關(guān)動作時(shí)，MOS管S1兩端會發(fā)生電壓變化dVds/dt。電流流過MOS管寄生米勒電容器Cdg，柵極電阻Rg和內(nèi)部驅(qū)動器。該電流值大小為：

   該電流在柵極電阻兩端產(chǎn)生電壓降。 如果該電壓超過MOSFET柵極閾值電壓，則會發(fā)生寄生導(dǎo)通。 設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意，溫度升高會導(dǎo)致柵極閾值電壓略有降低，通常在mV /°C范圍內(nèi)。

四、寄生導(dǎo)通解決方案

   對于上述問題，有三種經(jīng)典的解決方案： 首先是改變柵極電阻，其次是在柵極和源極之間增加一個(gè)電容器，第三是使用負(fù)柵極驅(qū)動， 第四種簡單有效的解決方案是有源鉗位技術(shù)。下面會對這四種方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

1、單獨(dú)的導(dǎo)通關(guān)斷回路電阻

   柵極導(dǎo)通電阻Rgon影響MOSFET導(dǎo)通期間的電壓和電流變化。 增加該電阻可減少電壓和電流變化，但會增加開關(guān)損耗。可以通過減小關(guān)斷柵極電阻Rgoff來防止寄生導(dǎo)通。較小的Rgoff還將減少M(fèi)OSFET關(guān)斷期間的開關(guān)損耗。但是，由于雜散電感，需要權(quán)衡較高的過沖Vds和關(guān)斷期間的振蕩。由于上述原因，將需要對兩個(gè)柵極電阻進(jìn)行一些設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2、增加分流電容

   柵極和源極之間的附加電容器Cgs將影響MOS管的開關(guān)狀態(tài)。Cgs將承擔(dān)來自Miller電容的額外電流。由于MOS的總輸入電容為Cgs || Cdg，因此達(dá)到閾值電壓所需的柵極電荷會增加。由于使用了這個(gè)額外的電容器，因此對于相同的Rg，所需的驅(qū)動器功率會增加，并且MOSFET的開關(guān)損耗會更高。

3、負(fù)壓驅(qū)動

   該方法通常在額定電流較高的應(yīng)用中使用負(fù)柵極電壓來安全地關(guān)斷和阻斷MOSFET或者IGBT?？紤]到驅(qū)動成本，在較低電流應(yīng)用場合通常不使用負(fù)柵極電壓。不過目前寬禁帶半導(dǎo)體時(shí)代的到來，市面上不少氮化鎵產(chǎn)品還是需要負(fù)壓關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)可靠關(guān)斷。

4、有源米勒鉗位

   為了避免Rg優(yōu)化問題，Cgs導(dǎo)致的效率損失以及負(fù)電源電壓的額外成本，提出了另一種措施，即通過將柵極到發(fā)射極之間的路徑短路來防止MOSFET誤導(dǎo)通。這可以通過在柵極和源極之間增加一個(gè)晶體管來實(shí)現(xiàn)。達(dá)到一定的Vgs后，此“開關(guān)”會使柵極-源極區(qū)域短路。 米勒電容上出現(xiàn)的電流被晶體管分流，而不是流過輸出驅(qū)動器gate引腳。

   以上是針對米勒效應(yīng)抑制的措施，尤其在硬開關(guān)電路中，該現(xiàn)象會比較明顯，若是軟開關(guān)應(yīng)用拓?fù)渲忻桌招?yīng)也會有一定影響，但是更多的是由于電路設(shè)計(jì)本身的寄生參數(shù)所導(dǎo)致，后面還會談一談關(guān)于在ZVS開關(guān)電路中如何避免米勒效應(yīng)的影響。