浅谈MOS管开通过程的米勒效应及应对措施
在现在使用的mos和igbt等开关电源应用中，所需要面对一个常见的问题 — 米勒效应，本文将主要介绍mos管在开通过程中米勒效应的成因、表现、危害及应对方法。
1
米勒效应的成因
在讲这个之前需要先回顾下mos的开通过程。
图一
从t1开始时刻，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结束，vgs上升到vg(th)，也就是门极开启电压时候。在整个t1时间，mos处于截止区。
从t2时刻开始，mos就开始导通了，标志就是id开始上升。电流从原来的电感出来流经二极管，现在开始要慢慢的向mos换流。所以mos的漏极电流id在逐渐上升，二极管的电流在逐渐减小，但是电流之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t2这段时间里，id只是在线性上升，到t2结束时刻，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t2开始时刻，mos进入了饱和区。
在id上升至最大（t2结束），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t2开始时刻，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和二极管换流结束后，id就等于电感电流了，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。
从t2结束驱动的电流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，纵向扩散完成后，变成横向扩散，gd电容变大，所以vds下降的斜率变缓。那么米勒平台什么时候结束呢？
米勒平台要想结束，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，米勒平台结束。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开始时刻）。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。
下面来详细说明下米勒平台形成的过程。
图二
在t2开始的时刻，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。
2
米勒电容在mos开通过程中带来的问题
1. dv/dt 限制
当mos管 ds两端电压迅速上升的时，通过cgd所产生电流在mos管gs两端寄生电阻上产生的压降大于开启电压时，会使mos打开。所以在使用前需要根据实际情况计算相关参数，以保证在各类工况下都不出来mos误打开的情况。这里面又分三种情况：
（1）可以看到通过cgs和cgd两个电容分压可得到gs两端电压
图三
所以，最ds极两端里高电压应为：
在低压应用中一般由这个等式即可判定mos是否会存在误打开的动作
（2）高压应用中还需要确定mos的本身dv/dt 极限。这一特性对应于在外部驱动阻抗为零的理想情况下，设备在不开机的情况下所能承受的最大dv/dt。
图四
这个公式所计算得到的结果在评估mos在特定应用中的适应性很重要。
（3）实际应用中，还需要考虑驱动的寄生电阻及所外加的驱动电阻。
图五
需要注意的是mos管的开启电压是一个与温度正相关的参数，在计算上述公式时要考虑到开启电压随温度的偏移量。
2. 米勒振荡
我们知道，mos管的输入与输出是相位相反，恰好180度，也就是等效于一个反相器，也可以理解为一个反相工作的运放，所以当输入电阻较大时，开关速度比较缓慢，图二中cgd这颗积分电容影响不明显，但是当开关速度比较高，而且vdd供电电压比较高，比如310v下，通过cgd的电流比较大，强的积分很容易引起振荡，这个振荡叫米勒振荡。
如下图中蓝色线
图六
因为mos管的反馈引入了电容，当这个电容足够大，并且前段信号变化快，后端供电电压高，三者结合起来，就会引起积分过充振荡，要想解决解决这个米勒振荡，在频率和电压不变的情况下，一般可以提高mos管的驱动电阻，减缓开关的边沿速度，其次比较有效的方式是增加cgs电容。在条件允许的情况下，可以在cds之间并上低内阻抗冲击的小电容，或者用rc电路来做吸收电路。
一般si mos的vgs电压工作范围为正负20v，超过这个电压，栅极容易被击穿，所以在米勒振荡严重的场合，需要加限压的稳压二极管。但更严重的问题来自米勒振荡容易引起mos管的二次开关或多次开关引起的mos损耗加剧，最终可能烧毁。
3
米勒振荡的应对
1. 减缓驱动强度
a. 提高mos管g极的输入串联电阻，一般该电阻阻值在1~100欧姆之间，具体值看mos管的特性和工作频率，阻值越大，开关速度越缓。
b. 在mos管gs之间并联瓷片电容，一般容量在1nf~10nf附近，看实际需求。调节电阻电容值，提高电阻和电容，降低充放电时间，减缓开关的边沿速度，这个方式特别适合于硬开关电路，消除硬开关引起的振荡，但是这两种措施都会引起mos损耗的上升，取值需要结合实际电路应用。
2. 加强关闭能力
a. 差异化充放电速度，采用二极管加速放电速度
b. 当第一种方案不足时，关闭时直接把gs短路
米勒振荡还有可能是mos源极对地寄生电感偏大，在mos进入开启状态从二极管换流至mos的瞬态电流在mos源极对地的寄生电感上产生一个压降，所以在pcb布板的要遵守开关电源布板的基本要求。
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米勒效应的成因
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图一
从t1开始时刻，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结束，vgs上升到vg(th)，也就是门极开启电压时候。在整个t1时间，mos处于截止区。
从t2时刻开始，mos就开始导通了，标志就是id开始上升。电流从原来的电感出来流经二极管，现在开始要慢慢的向mos换流。所以mos的漏极电流id在逐渐上升，二极管的电流在逐渐减小，但是电流之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t2这段时间里，id只是在线性上升，到t2结束时刻，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t2开始时刻，mos进入了饱和区。
在id上升至最大（t2结束），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t2开始时刻，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和二极管换流结束后，id就等于电感电流了，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。
从t2结束驱动的电流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，纵向扩散完成后，变成横向扩散，gd电容变大，所以vds下降的斜率变缓。那么米勒平台什么时候结束呢？
米勒平台要想结束，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，米勒平台结束。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开始时刻）。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。
下面来详细说明下米勒平台形成的过程。
图二
在t2开始的时刻，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。
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1. dv/dt 限制
当mos管 ds两端电压迅速上升的时，通过cgd所产生电流在mos管gs两端寄生电阻上产生的压降大于开启电压时，会使mos打开。所以在使用前需要根据实际情况计算相关参数，以保证在各类工况下都不出来mos误打开的情况。这里面又分三种情况：
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