MOSFET开时米勒平台的形成过程的详细解析！

适配器设计计算23步骤

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闲话少说，那个，先来一张MOSFET的符号图：

 

为了描述方便，放一个boost电路先：其中S就是我们的MOSFET啦。

 

MOS开通过程我们主要看3个信号：Vgs，Vds，Id，他们三个啥意思我就不解释了。

我又笨手笨脚的画了一个图，我们来看图说话吧

 

从0时刻开始，Vgs开始上升的时候，Vds和Id保持不变，这个过程中驱动电流ig为Cgs充电，Vgs上升。一直到t1时刻，Vgs上升到Vg(th)，也就是门极开启电压时候。在t1时刻以前，MOS处于截止区。

从t1时刻开始，MOS就要开始导通啦，它开始导通的标志就是Id要开始上升啦！就是原来电流从电感L出来流经二极管D，现在开始要慢慢的向S换流啦。所以MOS的漏极电流Id在慢慢上升，二极管的电流在慢慢减小，但是他俩的和始终等于电感电流，在开关开通的这个过程中可以认为电感电流是没有变化的。这个时间段内驱动电流仍然是为Cgs充电。在t1到t2的这段时间里，Id只是在安安静静的上升，到t2时刻，Id上升到电感电流，换流结束。在电感电流上升的这个过程中Vds会稍微有一些下降，这是因为下降的di/dt在杂散电感上面形成一些压降，所以侧到的Vds会有一些下降。从t1时刻开始，MOS进入了饱和区。

还是要把图挪过来。

 

在Id上升到最大时候（t2），即刻就进入了米勒平台时期。米勒平台就是Vgs在一段时间几乎维持不动的一个平台。前面说了，从t1时刻开始，MOS进入了饱和区，在饱和有转移特性：Id=Vgs*Gm。其中Gm是跨导。那么可以看出，只要Id不变Vgs就不变。Id在上升到最大值以后，也就是MOS和diode换流结束后，Id就等于电感电流IL了，而此时又处于饱和区，所以Vgs就会维持不变，也就是维持米勒平台的电压。

那么从这个时候（t2）开始Vgs的驱动电流给谁充了电呢？答案是Cgd。驱动的电流ig为Cgd充电（从另一个方向来说，可以叫放电），然后Vds就开始下降了。由于超级结在开通伊始的纵向扩散，比较小的GD电容，所以Vds一开始下降的比较快，大约在下降到100V左右的时候，纵向扩散完成，变成横向扩散，GD电容变大，所以Vds下降的斜率变缓。

那么miller平台什么时候结束呢？miller平台要想结束，必须进入线性区，不然继续在饱和区待下去，就会被和Id“绑”在一起，所以当MOS进入线性区之后，miller平台结束。那么什么时候进入线性呢？根据MOS的特性曲线，在Vds下降到等于此时的Vgs-Vg(th)这个值的时候，MOS进入线性区（t4时刻之后）。此时Vds的大小会由Rds*Id决定，驱动电流开始继续为Cgs和Cgd充电。而Vgs也开始恢复继续上升。MOS基本导通。

上面大概描述了MOS的开通过程的波形图。

现在重点说一下这个miller平台。详细说一下这其中的过程。

把MOS图在摆过来。

 

在t2时刻开始，处在饱和区的MOS转移特性公式，真实为Ich=Vgs*Gm，Ich为沟道电流，即上图中DS之间红色部分的电流。于是当驱动电流为Cgs充一点电，Vgs增加Δvgs，那么Ich增加Δich，而Ich增加的部分只能由Cds放电提供，（因为从电路中的来的那部分电流已经固定），于是Cds放电为Ich提供增加的电流。于是Vds就下降，也就是Vgd会下降，那么Δigd=Cgd*ΔVgd/Δt，igd就会增加，然后igs就会下降，所以Vgs就不能增加只能这样动态的维持在米勒平台附近。可以看出这是一个负反馈的过程。所以Cgd也叫反馈电容。

通常测到的米勒平台并不是这么平，而是在米勒平台开始的地方有一个突起，然后慢慢回归到米勒平台。通常可能有2个原因：

1：二极管的反向恢复导致Id电流大于电感电流IL，因此Vgs需要提供更大的驱动电压；

2：源极杂散电感在Id变化时形成的压降，叠加在Vgs上面。

而Id也会有一部分超出IL，就是二极管的反向恢复电流叠加。

当然，如果是断续模式，二极管的反向恢复就小得多。

我们实验室测试平台得到的开通波形图（管子是我们的4A/700V的超级结MOS）：

绿色：Vgs；

黄色：Vds；

紫色：Id；

 

仿真波形：

依次为Id、Vds、Vgs

 

从前面的分析可以看出，MOS的开通损耗主要是在t1到t3这两段时间内：

t1到t2这段时间内是Vds大电压高压，Id下上升的过程；

t2到t3这段时间内是Id大电流，Vds下降的过程；

所以开关损耗主要集中在这两段时间内。

我来解释一下这个波形里面白色圆圈画出来的部分是怎么回事。

说一下我们测试用的二极管是几乎没有反向恢复的，但是它有结电容。

所以在MOS的Vds下降的过程中，二极管的阳极电压就会随着下降，那么在二极管的结电容两端就会形成一个dv/dt，这个dv/dt在二极管的结电容上形成的电流就会和电感电流一起形成MOS的漏极电流。所以，就可以看到白色圆圈里面的电流比后面稳定之后的电流大一点。