米勒电容与米勒效应

米勒效应

Ciss= CGE+ CGC 输入电容
Coss= CGC+ CEC 输出电容
Crss= CGC 米勒电容

下面我们以MOS中的米勒效应来展开说明：

米勒效应在MOS驱动中臭名昭著，它是由MOS管的米勒电容引发的米勒效应，在MOS管开通过程中，GS电压上升到某一电压值后GS间电压会经过一段不变值的过程，过后GS间电压又开始上升直至完全导通，如下图中最粗的曲线所示：

绿色：Vgs；黄色：Vds；紫色：Id；

1. MOSFET的栅极驱动过程，可以简单的理解为驱动源对MOSFET的输入电容（主要是栅源极电容Cgs）的充放电过程；
2. 当Cgs达到导通阈值电压之后， MOSFET就会进入开通状态；当MOSFET开通后，Vds开始下降，Id开始上升，此时MOSFET进入饱和区；
3. 但由于米勒效应，Vgs会持续一段时间不再上升，此时Id已经达到最大，而Vds还在继续下降，直到米勒电容充满电，Vgs又上升到驱动电压的值，此时MOSFET进入电阻区，
4. 此时Vds彻底降下来，开通结束。(由于米勒电容阻止了Vgs的上升，从而也就阻止了Vgs的下降，这样就会使损耗的时间加长,从而增加了损耗。）

米勒平台
在第一个转折点处: Vds开始导通。Vds的变化通过Cgd和驱动源的内阻形成一个微分。因为Vds近似线性下降，线性的微分是个常数，从而在Vgs处产生一个平台。
米勒平台是由于mos管的gd两端的电容引起的，即MOS管datasheet中的Crss, 这个过程是在给Cgd充电，所以Vgs变化很小，当Cgd充到Vgs水平时，Vgs才开始继续上升。
Cgd在MOS刚开通的时候，通过MOS快速放电，然后被驱动电压反向充电，分担了驱动电流，使得Cgs上的电压上升变缓，出现平台。

Mos主要损耗也对应这几个状态，
开关损耗（开通过程和关断过程，与管子的开关频率乘正比，米勒平台，由于Vbus电压和负载电流不能改变，开关损耗由米勒平台的时间决定）。
导通损耗（Rdson，可以通过选型降低损耗），
续流损耗（体二极管，损耗大小由负载电流决定，不是所有系统都有），
还有雪崩能量损耗。只要把这些损耗控制在mos承受规格之内，mos即会正常工作，超出承受范围，即发生损坏。而开关损耗往往大于导通状态损耗，不同mos这个差距可能很大。

米勒效应的形成原理及分析

1. t0-t1: 驱动电流Ig为Cgs充电，Vgs上升，Vds和Id保持不变，一直到t1时刻，Vgs上升到导通阈值电压Vgs(th)，在t1时刻以前，MOS处于截止区。
   
2. t1-t2: MOS管开始导通，也就标志着Id开始上升。在这个时间段内，驱动电流仍然是为Cgs充电，Id逐渐上升，在上升的过程中，Vds会稍微有一些下降，这时因为下降的di/dt在杂散的电感上形成一些压降。从t1时刻开始，MOS管进入饱和区。在饱和有固有转移特性：Id=Vgs*Gm，其中Gm为跨导，只要Id不变，Vgs就不变。Id在上升到最大值以后，而此时又处于饱和区，所以Vgs会维持不变。
   
3. t2-t3: 从t2时刻开始，进入米勒平台期，米勒平台就是Vgs在一段时间几乎维持不变的一个平台，此时漏电流Id最大，且Vgs的驱动电流转移给Cgd充电，出现了米勒平台，Vgs电压维持不变，然后Vds就开始下降了。
   MOSFET中的米勒平台其实就是MOSFET处于“放大区”的典型标志。 只要电路工作在放大区，功耗比较大，需要放大时间特别短，MOS管也是在这个区域坏的最多。电子器件，三极管和MOS管在从关断到完全饱和的过程中必然会经过一个放大区。三极管经过放大区的时间极短，相对MOS管不那么容易坏。
   放大区功耗大的问题举例：
   
4. t3-t4: 当米勒电容Cgd充满时，Vgs电压开始继续上升，直到MOS管完全导通。所以，在米勒平台，是Cgd充电的过程，这时候Vgs变化很小，当Cgd和Cgs处在同等水平时，Cgs才开始继续上升。

Crss不是一成不变的，与漏极电压有关，电压越高，米勒效应越明显。高压系统的管子要更注意米勒效应。

米勒效应的危害和改进

米勒效应会产生米勒平台，也就是开通阶段阻碍驱动电压的上升，关断阶段阻碍驱动电压的下降，延长了开关时间，导致损耗严重，降低了电路的效率。另外，MOS管不能快速的开关，容易造成稳定性降低。

对于有上下管驱动的电路，有上下管同时导通的风险。如下分析：

1. 上管开通，下管关断时的情况
   在上管开通和关断时，下管栅极上会产生一个尖峰，尖峰的电压增加了上下管同时导通的风险，严重时会造成非常大的电流同时流过上下管，损坏器件。
   在下管关断后，上管米勒平台结束时，桥臂中点电压由0V升到VDD, MOS管的源极和漏极之间产生陡峭的dv/dt。由此，在Cgd电容产生的电流会流到栅极，经栅极电阻到地，这样就会在栅极电阻上产生电压降。这种情况，可能发生上下管导通的风险。
   
2. 上管关断下管开通时的波形
   下管开通关断出现的这种波形是由Cgd电容导致的寄生开通现象。
   
   但因为MOS管的制造工艺，一定会产生Cgd，也就是米勒电容一定会存在，所以米勒效应不能避免。当MOS管的输入信号频率较高时，米勒电容会显著影响MOS管的开关速度，产生一个延迟时间，称为米勒平台时间。因此，在高频应用中，需要考虑米勒平台时间对系统性能的影响。

改进措施：

1. 降低栅极电阻的阻值，使Igs的电流增大，栅极驱动极的电流能力要大。
2. 提高栅极驱动极的电压，±20V内