Part 01

前言

三極管是流控型器件，通過電流控制三極管的工作區，而MOSFET與之相對是壓控型器件，柵-源阻抗非常大，我們一般認為MOSFET柵-源工作電流可以忽略，那既然MOSFET是壓控型器件，為什么設計MOFET驅動電路時，柵極驅動電流要大呢？ 要想回答上面的問題，就不得不聊聊MOSFET中的米勒平臺電壓，也就是Miller Plateau Voltage，它是指在MOSFET開關過程中，由于MOSFET寄生電容的米勒效應，MOSFET的柵極-源極電壓 (VGS) 會保持在一個固定電壓水平的現象。這一現象與MOSFET的寄生電容、以及驅動電路密切相關。

Part 02

米勒效應的基本原理

MOSFET的寄生電容包括柵極-漏極電容 (Cgd) 和柵極-源極電容 (Cgs)。雖然柵源電容很重要，但柵漏電容實際上更重要。并且更難以處理，因為它是一個隨電壓變化的非線性電容。其中，Cgd是導致米勒效應的主要因素。當MOSFET開關狀態發生變化時，漏極電壓 (VDV) 會發生大幅度的變化，Cgd的存在導致柵極需要提供更多的電荷或移除更多的電荷來應對這種變化。

1.開通過程:

t1:gs電容開始充電，gs電壓開始抬升，電壓達到Vth之前，沒有電流流過D。柵極驅動電壓 (VGS) 逐漸上升并達到閾值電壓 (Vth) 。

t2:當柵極驅動電壓 (VGS) 超過MOSFET的閾值電壓 (Vth) 后，Cgs繼續充電，Vgs繼續抬升，Ids電流成比例增大，在此階段由于Rds較大，所以雖然Cgd也能通過G->D->S進行充電，但是電流較小，可以忽略.

t3:之后drain電流達到Id，Vd電壓不再和VDD保持一致，并開始下降，Id不再發生變化，此時Vg電壓也不再變化，此時Ig電流基本都用于給Cdg充電。在此過程中，漏極電壓 (VDV) 開始下降，導致Cgd兩端的電壓變化，從而引發米勒效應。由于柵極電流 (IG) 的一部分用于驅動Cgd，VGS會暫時停止增加，形成“米勒平臺”。

t4:Vd電壓降低為：Id*Rds(on)，MOS開始進入飽和區，此時Vd不再受傳輸特性限制（與Id有關），并開始自由增加。到達t4時間點，Vg電壓達到gate電流源電壓。在此階段，Vgs正比于Q=I*t(I恒定，由恒流源提供)，t3之后的充電不是用于MOS開關的充電，簡單來說就是過充，是由驅動電路導致的，這是由于Vgate的驅動電壓一般會高于完成MOS由關到開的切換所需最小電壓。

2.關斷過程:

在關斷時，漏極電壓 (VDV) 開始從低電位上升到高電位，同樣引發米勒效應。

柵極電壓 (VGS) 在米勒平臺電壓附近保持穩定，直到漏極電壓變化完成。

Part 03

總結

通過上面的分析，我們發現米勒平臺的持續時間有很多影響，米勒平臺形成的根本原因是MOSFET的寄生電容導致的，而電容的電荷Q=I*t，在Q一定的情況下，I越大，t就越小，這個I就是MOSFET的柵極驅動電流。 所以米勒平臺的持續時間取決于柵極驅動電流和寄生電容的值。驅動電流越大，平臺持續時間越短。所以我們可以通過選擇合適的柵極驅動器，提供足夠的電流以快速跨越米勒平臺，米勒平臺期間的開關損耗是總損耗的重要組成部分，特別是在高頻開關應用中減少米勒平臺持續時間，來減小MOSFET的開關損耗。這也是為什么MOSFET明明是壓控型器件，倒是我們還是設計MOSFET驅動電路時還是要追求柵極驅動電路要大的原因。

并且米勒效應引起的漏極電壓變化可能導致電磁干擾（EMI）問題。在設計中可以通過緩沖電路或柵極電阻優化開關波形，所以如果你發現你的MOSFET柵極波形有振蕩，就需要考慮了。

審核編輯 黃宇