米勒效应分析

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1、Mos 管米勒效应分析管米勒效应分析dengdexing 1、元器件参数、元器件参数 IRFBL3703 VDSS RDS(on) max ID 30V 0.0025 260A ID TC = 25C,Continuous Drain Current, VGS 10V 260A ID TC = 100C Continuous Drain Current, VGS 10V 180 dv/dt Peak Diode Recovery, 5.0 V/ns Ciss Input Capacitance 8250pf Coss Output Capacitance 3000pf Crss Reverse

2、 Transfer Capacitance 10360pf Coss Output Capacitance 3060pf 其他参数请见 IR 官网 IRFBL3703datasheet。 2、mos 门极灌电流（驱动源电压幅值）对驱动波形的影响门极灌电流（驱动源电压幅值）对驱动波形的影响 图 1 在图 1 的电路条件下，从图 2 可以看出，驱动波形输入后约 300ns 后进入米勒平台，平 台电压在 4.5V 左右，平台持续时间约 650ns，在进入米勒平台约 20ns 后 ds 压降开始急剧下 降，功率管 mos 开始导通，功率管流通电流开始增大，在平台期间的前 200ns ds 压降下降 迅

3、速，在平台持续期间 mos 并未完全进入饱和区，在此区间功率管损耗较大，平台结束后 mos 开始进入饱和，ds 饱和导通，ds 压降非常小。 M4 IRFBL3703 V1 TD = 0 TF = 50ns PW = 50us PER = 100us V1 = 0 TR = 50ns V2 = 15V R1 0.001 2 1 R5 100 21 V4 30Vdc 0 R7 10K 2 1 C1 1nf R9 2000k 2 1 L1 10uH 12 V VV I I 图 2 当驱动电压输入到 mos 的 GAT 脚后，驱动波形开始个 mos 门极和源极之间的电容充电，在充电过程中会有米勒平台

4、出现，平台的出现时间根据 mos 的型号有所区别，只有当驱动电压降 mos GAT 脚电压冲到米勒平台建立的电压 4.5V 左右后 mos 才开始导通，并且平台会持续一定时间，ds 压降急 剧下降，开始导通。 Time 0s0.5us1.0us1.5us2.0us2.5us3.0us V(R7:1)V(M4:D)-I(R1)-I(L1)V(R5:2) 0 10 20 30 40 平台电压在4.5V左右 300ns后开始进入米勒平台 感抗越大上升越慢 取决于功率回路的感抗 功率管电流的上升取速度 200ns后降到5V左右 米勒平台结束后ds压降降到饱和导通电压 米勒平台持续600ns 开始快速下

5、降 4.5V,20ns以后，ds电压 米勒平台电压 mos门极电压达到 驱动脉冲源 米勒平台 功率管电流 mos 门极电压波形 漏源极压降 米勒平台分析米勒平台分析-IRFBL3703 图 3 驱动 PWM 波形幅值变为 7V 图 3 较图 1,驱动源幅值由 15V 变为 7V,mos 的充电电流也相应减少， 从图 4 可以看出， 300ns 后 mos 门极开始进入米勒平台，ds 压降在进入米勒平台的 20ns 左右急剧下降，功率管流过 电流相应上升， 平台持续时间约 2600ns， 在进入平台的前 800ns 的时间断 ds 压降下降迅速， 剩余平台时间段 ds 电压下降较前一段较慢，米勒

6、平台结束后 ds 压降到达饱和压降电压。 M4 IRFBL3703 V1 TD = 0 TF = 50ns PW = 50us PER = 100us V1 = 0 TR = 50ns V2 = 7V R1 0.001 2 1 R5 100 21 V4 30Vdc 0 R7 10K 2 1 C1 1nf R9 2000k 2 1 L1 10uH 12 VV I V 图 4 米勒效应分析 GATE=7V 在此可以得到结论，充电电流的大小（驱动电压的幅值，当然驱动电阻的作用也是等效的，驱动电阻越小，驱动源灌入 GATE 门极的电流越大）影响 到 mos 管 GATE 门极的上升速度，决定了 ds

7、压降下降的速度，以及 mos 管 ds 电压应力的伏秒数。 Time 0s1us2us3us4us5us6us7us8us9us10us V(M4:G)V(M4:D)-I(R1)V(V1:+) 0 10 20 30 40 GATE=7V IRFBL3703米勒效应分析米勒效应分析2 驱动源，7V 3100ns后到达饱和压降 电流波形 到达米勒平台 300ns左右 平台持续时间600ns 米勒平台 门极驱动波形 ds压降波形 图 5 驱动电阻 R5=10 ohm 上面有提到，在门极驱动源电压幅值不超过 mos 的门极电压范围、驱动源供电能力充足 的前提下，增加驱动源幅值同减小驱动电阻的作用类似，

8、都可以增加单位时间灌入 mos 门 极电容的电流，从而减小 mos 门极充电时间，缩短导通过程中 ds 压降到饱和压降的时间， 这样有利于降低在卡通过程中的损耗。图 4 中驱动电阻变为 R5=10 ohm，图 6 所示，在驱动 信号到达的 60ns 后就开始米勒效应，米勒平台宽度变为 70ns，米勒平台结束后，ds 压降下 降到饱和导通电压附近。 M4 IRFBL3703 V1 TD = 0 TF = 50ns PW = 50us PER = 100us V1 = 0 TR = 50ns V2 = 15V R1 0.001 2 1 R5 10 21 V4 30Vdc 0 R7 10K 2 1

9、C1 1nf R9 2000k 2 1 L1 10uH 12 V I V V 图 6 mos 门极 GATE=15V,R5=10 ohm 门极驱动电阻 R5=10 ohm，电流上升时间缩短，mos 米勒平台缩短，ds 压降下降更为迅速，功率管在驱动信号到来后迅速打开；同时功率管 ds 电压应 力增加，参数设计尤其是需要软开关设计的场合时需要重点关注。 Time 0s0.5us1.0us1.5us2.0us2.5us3.0us V(M4:G)V(M4:D)-I(R1)V(V1:+) 0 10 20 30 40 电流波形 mos门极 ds漏源极电压 mos IRFBL3703米勒效应分析米勒效应分

10、析 驱动源15V,驱动电阻R5=10ohm 米勒平台 驱动源信号15V Mos 管的开通过程实际上是电容的充电过程， 充电的快慢由驱动和充电电容共同决定， 时间 参数=R*C，尤其是包括 mos 自身的 Ciss 电容以及门极并联电容的充电，前边分析了驱动 电阻对米勒平台以及 mos 门极信号的影响。可以预见，充电电容的大小同样影响 mos 驱动 门极上升波形。如图 7，C1=42nf、图 8 为驱动波形. 图 7 C1=42nf V1 TD = 0 TF = 50ns PW = 50us PER = 100us V1 = 0 TR = 50ns V2 = 15V R1 0.001 2 1 R

11、5 10 21 V4 30Vdc 0 R7 10K 2 1 C1 42nf R9 2000k 2 1 L1 10uH 12 M5 IRFB59N10D V I V V 图 8 C1=45nf 时驱动信号和 ds 电压波形 Time 0s0.5us1.0us1.5us2.0us2.5us3.0us V(M5:G)V(M5:D)-I(R1)V(V1:+) 0 10 20 30 40 mos 驱动门极信号波形驱动门极信号波形 电流波形 米勒平台 驱动源信号 ds漏源极电压 3、总结、总结 米勒效应或者米勒平台是 mos 本身固有的特性，mos 管从外部电特性看，存在几个极间 电容， 门极和源极之间的

12、 Ciss 电容， 也叫输入电容， 漏极和源极之间的 Coss 也叫输出电容， 漏极与门极之间存在 Crss 电容习惯脚反馈电容。这几个等效电容的存在对 mos 驱动性能、 开关速度，功率等级、开关损耗、效率分析直接相关，甚至关系到整个系统的性能。输入电 容 Ciss 的存在以及习惯上在门极 GATE 和源极之间并联的外部输入电容，直接关系到开关速 度，决定门极驱动信号的上升波形，由于两个输入电容的存在，当外部驱动源信号输入到 mos 的 GATE 极上时，mos 管漏极和源极不会立即导通，所以此时 ds 压差很大，当输入电容 被充电到特定程度后， 驱动波形上出现一定时间的平台电压专业术语称之

13、为米勒平台或米勒 效应， 常见的 mos 管米勒平台电压在 46V 左右， 在米勒平台未结束期间 mos 并未完全打开， 只是部分打开，所以 ds 之间的电压只是在迅速下降，直到米勒效应结束，ds 之间的导通阻 抗降低到标称值的 Rdson，ds 压降下降到饱和压降值，功率管完全打开。米勒平台以及驱动 波形上升的时间的长短还与外部驱动电路相关，同时 mos 自身的 Ciss 更是起决定作用，通 常功率级别越大 Rdson 越小，Ciss 越大，米勒平台和上升时间就越长，反之依然。 由于=R*C 的原因，外部输入电阻通常叫做驱动电阻也影响米勒平台和驱动上升波形 的快慢。 在米勒效应未结束期间，m

14、os 未完全打开，这里的特性同三极管的放大区域类似，功率 损耗非常大，属于开关损耗的一部分，作为功率开关的 mos，这当然是要尽量避免的。在允 许的前提下，从前面的分析可知，可以减小驱动电阻或者提高驱动波形幅值，加快 ds 压差 降低的速度，减小驱动波形在上升过程的损耗。另外方面，ds 压差下降速度加快必然导致 ds 电压应力剧增，这将给 mos 选型以及 EMC 特性带来不利影响。 从驱动波形尤其是米勒效应的分析可知，在 mos 斩波设计参考中如 BLDC 驱动设计，全 桥电源、逆变等功率电路设计中，驱动波形直接的决定了死区参数等，避开 mos 的损耗或 误导通区间；此外米勒平台波形还决定了 mos 导通电流的时序关系，在大功率电路中流行 的 ZCS、ZVS 软开关技术的实现也是必然要考虑到的。