【经验】如何理解MOS管开关时的米勒效应

时间： 2019-05-15 来源：世强

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很多电子工程师在使用MOS管时都忽略了米勒效应，但是米勒效应引发的开通损耗时间增长现象明显，给MOS管正常工作带来非常不利的影响，本文将结合SILICON LABS的SI828X系列隔离驱动芯片，就MOS管开关时的米勒效应及减缓米勒效应的解决方法作一个简单的总结。

MOS管开关时的米勒效应，应从MOS管栅极驱动原理开始理解。MOS管的栅极驱动过程，可以简单的理解为驱动源对MOS管的输入电容（主要是栅源极电容C_GS）的充放电过程，如图1所示，当 C_GS达到门槛电压V_GS(TH)之后， MOSFET就会进入开通状态；当MOSFET开通后，V_DS开始下降，I_D开始上升，此时MOSFET进入饱和区；但由于米勒效应，V_GS会持续一段时间不再上升，此时Id已经达到最大，而V_DS还在继续下降，直到米勒电容充满电，V_GS又上升到驱动电压的值，此时MOSFET进入电阻区，此时V_DS彻底降下来，开通结束。

图1 MOSFET驱动开通过程中V_GS_、V_DS_，I_G_，I_D的波形图

可以看出由于米勒电容阻止了V_GS上升，从而也就阻止了V_DS的下降，可以变相理解为阻止了导通电阻R_DS_（ON）的下降，这样就会使损耗的时间加长，严重增加了MOSFET的开通损耗。

缓解米勒效应的解决方法一般有以下四种：

第一种方法是改变MOS管的门极电阻（R_GON和R_GOFF）,增大R_GON将减小门极充电的电压和电流，但会增加开通损耗，减小R_GOFF可以有效抑制寄生米勒电容引起的导通，但会引起杂散电感产生很高的过压尖峰和门极震荡；

第二种方法是在MOS管的GS之间增加电容，此方法驱动电源的功耗会增加；

第三种方法是采用负压驱动，但会增加电源设计的复杂程度，同时也会增大电路PCB板的设计尺寸和材料成本；

第四种方法是一种简单而有效的解决方案，就是采用有源米勒钳位技术，Silicon Labs针对这一应用推出了SI828X系列隔离驱动芯片，在其内部增加一个三极管用以钳位集电极电压，又称有源米勒钳位技术，如图2所示，即将米勒电容C_CG的电压通过CLMP引脚连接内部三极管快速释放，与方法一和方法二比较，有源米勒钳位技术能有效减小导通电阻，从而降低开关损耗。

图2 SI828X系列内部米勒钳位结构图

除此之外，Silicon Labs SI828x系列隔离驱动芯片可提供4A驱动电流，主要用于驱动功率管MOS管，被变频器、电机控制等广泛采用的。该隔离栅极驱动器基于Silicon Labs专有的CMOS隔离技术，可支持高达5KV的隔离电压，满足汽车级AEC-Q100标准；且内部带有DSAT去饱和检测功能，可立即关闭驱动的控制模式。

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