臭名昭著的MOS管米勒效應(yīng)

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MOS 管 Vgs 小平臺(tái)有改善

MOS 管的等效模型

我們通常看到的 MOS 管圖形是左邊這種，右邊的稱為 MOS 管的等效模型。

其中：Cgs 稱為 GS 寄生電容，Cgd 稱為 GD 寄生電容，輸入電容 Ciss=Cgs+Cgd，輸出電容 Coss=Cgd+Cds，反向傳輸電容 Crss=Cgd，也叫米勒電容。

首先我們需要知道的一個(gè)點(diǎn)是：因?yàn)?MOS 管制造工藝，必定產(chǎn)生 Cgd，也就是米勒電容必定存在，所以米勒效應(yīng)不可避免。

那米勒效應(yīng)的缺點(diǎn)是什么呢？

MOS 管的開啟是一個(gè)從無到有的過程，MOS 管 D 極和 S 極重疊時(shí)間越長，MOS 管的導(dǎo)通損耗越大。因?yàn)橛辛嗣桌针娙荩辛嗣桌掌脚_(tái)，MOS 管的開啟時(shí)間變長，MOS 管的導(dǎo)通損耗必定會(huì)增大。

仿真時(shí)我們將 G 極電阻 R1 變小之后，發(fā)現(xiàn)米勒平臺(tái)有改善？原因我們應(yīng)該都知道了。

MOS 管的開啟可以看做是輸入電壓通過柵極電阻 R1 對(duì)寄生電容 Cgs 的充電過程，R1 越小，Cgs 充電越快，MOS 管開啟就越快，這是減小柵極電阻，米勒平臺(tái)有改善的原因。

那在米勒平臺(tái)究竟發(fā)生了一些什么？

以 NMOS 管來說，在 MOS 管開啟之前，D 極電壓是大于 G 極電壓的，隨著輸入電壓的增大，Vgs 在增大，Cgd 存儲(chǔ)的電荷同時(shí)需要和輸入電壓進(jìn)行中和，因?yàn)?MOS 管完全導(dǎo)通時(shí)，G 極電壓是大于 D 極電壓的。

所以在米勒平臺(tái)，是 Cgd 充電的過程，這時(shí)候 Vgs 變化則很小，當(dāng) Cgd 和 Cgs 處在同等水平時(shí)，Vgs 才開始繼續(xù)上升。

我們以下右圖來分析米勒效應(yīng)，這個(gè)電路圖是一個(gè)什么情況？

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MOS 管 D 極負(fù)載是電感加續(xù)流二極管，工作模式和 DC-DC BUCK 一樣，MOS 管導(dǎo)通時(shí)，VDD 對(duì)電感 L 進(jìn)行充電，因?yàn)?MOS 管導(dǎo)通時(shí)間極短，可以近似電感為一個(gè)恒流源，在 MOS 管關(guān)閉時(shí)，續(xù)流二極管給電感 L 提供一個(gè)泄放路徑，形成續(xù)流。

MOS 管的開啟可以分為 4 個(gè)階段。

t0~t1 階段

從 t0 開始，G 極給電容 Cgs 充電，Vgs 從 0V 上升到 Vgs(th)時(shí)，MOS 管都處于截止?fàn)顟B(tài)，Vds 保持不變，Id 為零。

t1~t2 階段

從 t1 后，Vgs 大于 MOS 管開啟電壓 Vgs(th)，MOS 管開始導(dǎo)通，Id 電流上升，此時(shí)的等效電路圖如下所示，在 IDS 電流沒有達(dá)到電感電流時(shí)，一部分電流會(huì)流過二極管，二極管 DF 仍是導(dǎo)通狀態(tài)，二極管的兩端處于一個(gè)鉗位狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候 Vds 電壓幾乎不變，只有一個(gè)很小的下降（雜散電感的影響）。

t1~t2 階段等效電路

t2~t3 階段

隨著 Vgs 電壓的上升，IDS 電流和電感電流一樣時(shí)，MOS 管 D 極電壓不再被二極管 DF 鉗位，DF 處于反向截止?fàn)顟B(tài)，所以 Vds 開始下降，這時(shí)候 G 極的驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)移給 Cgd 充電，Vgs 出現(xiàn)了米勒平臺(tái)，Vgs 電壓維持不變，Vds 逐漸下降至導(dǎo)通壓降 VF。

t2~t3 階段等效電路

t3~t4 階段

當(dāng)米勒電容 Cgd 充滿電時(shí)，Vgs 電壓繼續(xù)上升，直至 MOS 管完全導(dǎo)通。

結(jié)合 MOS 管輸出曲線，總結(jié)一下 MOS 管的導(dǎo)通過程

t0~t1，MOS 管處于截止區(qū)；t1 后，Vgs 超過 MOS 管開啟電壓，隨著 Vgs 的增大，ID 增大，當(dāng) ID 上升到和電感電流一樣時(shí)，續(xù)流二極管反向截止，t2~t3 時(shí)間段，Vgs 進(jìn)入米勒平臺(tái)期，這個(gè)時(shí)候 D 極電壓不再被續(xù)流二極管鉗位，MOS 的夾斷區(qū)變小，t3 后進(jìn)入線性電阻區(qū)，Vgs 則繼續(xù)上升，Vds 逐漸減小，直至 MOS 管完全導(dǎo)通。

MOS 管輸出曲線

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