Part 01

前言

MOSFET米勒效應(yīng)是指在MOSFET的開關(guān)過程中，由于柵極-漏極之間的電容Cgd的存在，漏極電壓的變化會(huì)通過該電容耦合到柵極，導(dǎo)致柵極電壓出現(xiàn)不希望的變化。 在MOSFET開關(guān)的過程中，特別是當(dāng)漏極電壓發(fā)生快速變化時(shí)，柵極電壓需要經(jīng)歷一個(gè)過渡階段，這一階段通常表現(xiàn)為柵極電壓變化的“平臺(tái)”部分，稱為米勒平臺(tái)電壓。這時(shí)，盡管柵極驅(qū)動(dòng)電壓仍在增加或減少，但柵極電流主要用于充電或放電柵極-漏極電容Cgd，使得柵極電壓變化緩慢。由于電容的充放電特性，柵極電壓和漏極電壓之間的關(guān)系呈現(xiàn)出一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的平臺(tái)。米勒平臺(tái)的存在通常會(huì)使得MOSFET的開關(guān)過程變得較慢，因?yàn)闁艠O電壓在米勒平臺(tái)上變化較慢，主要是由于電容充電的時(shí)間。而在其他階段（如柵極電壓的上升或下降階段），柵極電壓變化較快，表明MOSFET正在經(jīng)歷柵極電流的快速變化。

米勒效應(yīng)使得柵極電壓的變化變得較慢從而會(huì)影響MOSFET的開關(guān)速度，其次米勒效應(yīng)導(dǎo)致的柵極電流的增加和電容充電過程會(huì)增加開關(guān)損耗，特別是在高頻開關(guān)電路中，因?yàn)槊看伍_關(guān)過程中都會(huì)有一定量的能量被浪費(fèi)在電容的充電和放電上，從而會(huì)增加開關(guān)損耗。柵極電壓的變化可能導(dǎo)致MOSFET的不穩(wěn)定工作，特別是在高頻或快速開關(guān)時(shí)，這可能導(dǎo)致振蕩、過沖、甚至導(dǎo)致MOSFET損壞。

那么如何獲取MOSFET米勒平臺(tái)電壓呢？有些人第一反應(yīng)是用示波器去測(cè)，示波器當(dāng)然可以測(cè)出來，但是在前期原理圖設(shè)計(jì)或者器件選型階段，有沒有更快捷的方法獲取或者計(jì)算出米勒平臺(tái)電壓的值呢？當(dāng)然是有的，今天我們就介紹兩種米勒平臺(tái)電壓的獲取方式，一種是讀圖，一種是計(jì)算。

Part 02

方式1：讀圖

打開MOSFET的datasheet，我們可以在后面的特性曲線中找到Vgs-Qg曲線，橫坐標(biāo)是總柵極電荷Qg，縱坐標(biāo)是柵源電壓Vgs，比如下圖，當(dāng)柵源極電壓<4.5V時(shí)，隨著柵極電壓的增加，柵源gs寄生電容不斷充電，柵極電荷也是不斷增加的，當(dāng)柵源極電壓=4.5V以后，此時(shí)，MOSFET的柵源gs寄生電容充滿電了，開始給柵漏gd寄生電容充電，此時(shí)柵極電壓基本不變，當(dāng)柵漏gd寄生電容充滿電后，柵極電壓繼續(xù)增加，因此米勒平臺(tái)電壓大概是4.5V。

這種獲取米勒平臺(tái)電壓的方式存在弊端，原因是曲線是特定測(cè)試條件下得到的，比如溫度是25℃，ID是75A，VDS電壓是20V或者32V，當(dāng)我們的MOSFET電路參數(shù)以及溫度跟這個(gè)不同的時(shí)候，就會(huì)存在偏差，所以接下來介紹計(jì)算的方式，計(jì)算出的米勒平臺(tái)電壓偏差會(huì)更小，更符合電路的實(shí)際情況。

Part 03

方式2：計(jì)算

米勒平臺(tái)電壓的計(jì)算公式是：Vgs_miller=Vth+(Id/K)^0.5

K：MOSFET的K值，通常也稱為跨導(dǎo)參數(shù)

Vth：MOSFET的開啟電壓

Id：MOSFET的漏極電流

所以知道得到K，Vth，Id就能得到米勒平臺(tái)電壓。


MOSFET規(guī)格書會(huì)給出Id-Vgs的傳輸特性曲線，以結(jié)溫25℃的Id-Vgs的傳輸特性曲線為例，我們可以通過曲線得到兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，（Vgs1,Id1）,（Vgs2,Id2），比如（3V，4A)和（5V，300A)

基于Id=K*（Vgs-Vth)^2方程進(jìn)行計(jì)算，這個(gè)方程大家應(yīng)該很熟悉了。把上面兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)帶入Id=K*（Vgs-Vth)^2方程就能求解出K值，以及Vth值。這樣我們就能計(jì)算出我們實(shí)際不同漏極電流下的米勒平臺(tái)電壓了。

當(dāng)然以上結(jié)算對(duì)應(yīng)MOSFET的結(jié)溫是25℃，由于MOSFET的開啟電壓Vth隨溫度變化比較大，溫度越高，MOSFET的開啟電壓Vth越低，溫度系數(shù)典型值是7mV/°C（規(guī)格書一般不會(huì)給，這是個(gè)參考值），我們可以通過這個(gè)值進(jìn)一步校正米勒平臺(tái)電壓。

比如如果我們算出的25℃，Vth值是1V，那125℃ Vth的值就是：

Vth_125℃=1V-0.007V/°C*（125℃-25℃）=0.3V。

然后我們就可以通過Vgs_miller=Vth+(Id/K)^0.5計(jì)算出125℃時(shí)的米勒平臺(tái)電壓了。