MOSFET密勒效應的計算與分析

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MOSFET密勒效應的計算與分析

先上個University of Cambridge課程中的MOS圖：

MOSFET密勒效應的計算與分析

本文主要介紹下利用MOS管的密勒效應來設計沖擊電流控制電路，通過定量分析較為精確的控制上電電流。

所謂沖擊電流，電源電路上電時會對負載電容進行充電，相當于一個RC充電電路的電阻為零，理論上充電電流為無窮大。即使考慮導線的電阻和電容的ESR，這也是一個很大的沖擊電流。網上有不少資料介紹密勒平臺控制沖擊電流的電路，但大多不滿足硬件工程師的應用要求，即沒有給出如何根據電流限制值，確定電路中器件參數。

一、什么是密勒效應

以增強型N溝道MOSFET為例介紹。

注：下文圖中MOSFET符號是耗盡型，圖暫時不做修改了。
MOSFET密勒效應的計算與分析

情形一

假設N溝道MOSFET的漏源之間存在電容Cds，Cds充滿電。

此時在柵極加電壓，則Ugs瞬間變為Vg并保持不變；MOS管打開，Cds開始放電，放電電流恒定不變，Uds線性降低，直到為0。

情形二

在情形一的基礎上，再假設MOS管的柵源間存在電容Cgs。

此時在柵極加電壓，Cgs開始充電，Ugs上升，由于Rg的作用，充電電流越來越小，Ugs上升的速度越來越慢，即dUgs/dt越來越小。

Ids越來越大，到較大后保持不變；Uds下降，下降速度越來越快，較后一較大速度線性下降直到為0；

情形三

在情形二的基礎上，再假設MOS管的柵漏之間存在電容Cdg。

這就相當于引入了一個電壓負反饋，由于Uds下降，帶動Ugs下降，Uds下降越來越快，引起Ugs下降速度越來越快。
此時有兩個因素會引起Ugs電壓的變化：

Vg的充電作用，引起Ugs上升，但上升的速度越來越慢；
Cdg的電壓負反饋，引起Ugs下降，且下降速度越來越快；
后面上升的速度與下降的速度相等，導致Ugs保持不變，即dUgs/dt=0，這就是密勒效應。

電流分析

下文從電流的角度，分析整個密勒效應的過程，電流方向如下圖所示：
MOSFET密勒效應的計算與分析

首先，需要判斷Idg的方向。Ugs上升，上升速度下降；Uds下降，下降速度上升；則，Cdg兩端電壓Udg是下降的，且下降的速度上升；因此，電容Cdg是向MOS管的漏極放電，Idg的方向，是通過Cdg從柵極流向漏極，且Idg越來越大，即：Ig=Idg+Igs。
Ig越來越小，Idg越來越大，后面Ig=Idg，此時Igs=0；即dUgs/dt=0。

再從MOS管的轉移特性曲線上，分析情形三時，MOS管開啟的整個過程。

MOS管開啟后，Uds慢慢下降，后面由于密勒效應，進入恒流區，Ids保持不變，Uds繼續下降，當Uds下降到一定值后，進入可變電阻區，Ugs開始上升。

可以看出，Ugs存在一個平臺，所以密勒效應也叫密勒平臺。

這是一個動態平衡的過程，當Ugs上升，Id變大，Uds下降，由于Cgd引入了電壓負反饋，Ugs下降；從而Ig變大，Cgs充電，Ugs又上升。

基爾霍夫電壓定律：Uds=Udg+Ugs

取導數：dUds/dt=dUdg/dt+dUgs/dt=dUdg/dt

又根據電容公式：Q=UC

即：dQds/Cdsdt=dQdg/Cdgdt

電荷對時間的變化率為電流

即：Ids/Cds=Idg/Cdg

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| 發布時間：2018.06.21 來源：電源適配器廠家

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