MOS管米勒效应电容问题该如何处理-KIA MOS管

引自，http://www.kiaic.com/article/detail/2411.html

米勒效应是三极管工作中常见的一种作用现象,然而, MOS管中由于门极和漏极间存在米勒电容，则会影响整体的开启时间。那么问题来了:遇到这种情况,在栅极和源极间并联一个小电容有没有效果 ?在什么情况下才考虑米勒电容?米勒电容影响的时间怎么计算?就让高级工程师告诉你,遇到米勒效应电容时你应该怎么处理。

据工程师介绍,米勒电容不是个实在存在MOSFET中的电容,它是由MOSFET棚漏极间的电容反映到输入(即棚源间)的等效电容。由米勒定理可知,这个等效电容比棚漏间的实际电容要大许多,随增益变化,而由该效应所形成的等效电容称为米勒电容。由此可见,在棚源极间并-个电容无助于减小米勒电容,反之更会降低MOSFET的开启速度,增加开通关断时间。

所以,正确的处理方式是在关断感性负载时,如果驱动电路内阻不够小，可以在MOS的GS间并联一个适当的电容 ,而不是并联一个越小越好的电容。这样做可以防止关断时因米勒电容影响出现的漏极电压塌陷。

至于遇到了MOS管米勒效应电容后如何计算的问题,工程师们可以查询数据手册中的Cgd ,然后根据具体电路的电压增益计算。一般情况下，功率MOS管往往给出一定条件下管子开通所需要的电量和充电曲线，可以作为驱动设计的参考。

总结

工程师在进行测试的过程中,一旦遇到米勒效应电容问题,首先要依据查询数据手册进行计算,在估算出电容数值后选取适当电容进行电路系统修改调整。除此之外,依据米勒定理进行合理运用,也是能够帮助I程师读懂波纹并找出问题的关键所在。

如何减轻米勒电容所引起的寄生导通效应

当在开关时普遍会遇到的一个问题即寄生开通期间的米勒平台。米勒效应在单电源门极驱动的应用中影响是很明显的。基于门极G与集电极C之间的耦合，在关断期间会产生一个很高的瞬态dv/dt，这样会引发门极VGE间电压升高而导通，这是一个潜在的风险(如图1)。

寄生引起的导通

在半桥拓扑中，当上管IGBT(S1)正在导通， 产生变化的电压dV/dt加在下管IGBT(S1)C-E间。电流流经S2的寄生米勒电容CCG 、门极驱动电阻RG 、内部集成门极驱动电阻RDRIVER ，如图1所示。电流大小大致可以如下公式进行估算：

这个电流产生使门极电阻两端产生电压差，这个电压如果超过IGBT的门极驱动门限阈值，将导致寄生导通。设计工程师应该意识到IGBT节温上升会导致IGBT门极驱动阈值会有所下降，通常就是mv/℃级的。当下管IGBT(S2)导通时，寄生米勒电容引起的导通同样会发生在S1上。

减缓米勒效应的解决方法

通常有三种传统的方法来解决以上问题：种方法是改变门极电阻(如图2);第二种方法是在在门极G和射极E之间增加电容(如图3);第三种方法是采用负压驱动(如图4)。除此之外，还有一种简单而有效的解决方案即有源钳位技术(如图5)。

独立的门极开通和关断电阻

门极导通电阻RGON影响IGBT导通期间的门极充电电压和电流;增大这个电阻将减小门极充电的电压和电流，但会增加开通损耗。寄生米勒电容引起的导通通过减小关断电阻RGOFF可以有效抑制。越小的RGOFF同样也能减少IGBT的关断损耗，然而需要付出的代价是在关断期间由于杂散电感会产生很高的过压尖峰和门极震荡。

增加G-E间电容以限制米勒电流

G-E间增加电容CG将影响IGBT开关的特性。CG分担了米勒电容产生的门极充电电流，鉴于这种情况，IGBT的总的输入电容为CG||CG’。门极充电要达到门极驱动的阈值电压需要更多的电荷(如图3)。

因为G-E间增加电容，驱动电源功耗会增加，相同的门极驱动电阻情况下IGBT的开关损耗也会增加。

采用负电源以提高门限电压

采用门极负电压来安全关断，特别是IGBT模块在100A以上的应用中，是很典型的运用。在IGBT模块100A以下的应用中，处于成本原因考虑，负门极电压驱动很少被采用。典型的负电源电压电路如图4。

增加负电源供电增加设计复杂度，同时也增大设计尺寸。

有源米勒钳位解决方案

为了避免RG优化问题、CG的损耗和效率、负电源供电增加成本等问题，另一种通过门极G与射极E短路的方法被采用来抑制因为寄生米勒电容导致的意想不到的开通。

这种方法可以在门极G与射极E之间增加三级管来实现，在VGE电压达到某个值时，门极G与射极E的短路开关(三级管)将触发工作。这样流经米勒电容的电流将通过三极管旁路而不至于流向驱动器引脚VOUT。这种技术就叫有源米勒钳位技术(如图5)。

增加三级管将增加驱动电路的复杂度。

结论

以上阐述的四种技术的对比如下表

在近几年时间里，高度集成的门极驱动器已经包含有源米勒钳位解决方案并带有饱和压降保护、欠电压保护，对产品设计者和工业/消费生产商来说，这将降低设计的复杂度和产品尺寸。