精品文檔-下載后可編輯MOS管的開(kāi)通過(guò)程以及米勒平臺(tái)的形成分析-基礎(chǔ)電子對(duì)于MOSFET而言，米勒效應(yīng)（MillerEffect）指其輸入輸出之間的分布電容（柵漏電容）在MOSFET開(kāi)關(guān)過(guò)程中，會(huì)使驅(qū)動(dòng)信號(hào)形成平臺(tái)電壓，引起開(kāi)關(guān)時(shí)間變長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗增加，給MOS管的正常工作帶來(lái)非常不利的影響。

本文將以網(wǎng)上了解到的相關(guān)資料為基礎(chǔ)并結(jié)合自己的理解，分析MOS管開(kāi)通過(guò)程以及米勒平臺(tái)的形成。首先我們先看一下MOSFET的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖：

圖一MOSFET的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

通過(guò)圖一可知：N溝道增強(qiáng)型MOS管以一塊低摻雜的P型硅片為襯底，利用擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜的N+區(qū)，并引出兩個(gè)電極，分別為源極s和漏極d，半導(dǎo)體上制作一層SiO2絕緣層，再在SiO2之上制作一層金屬鋁，引出電極，作為柵極g。通常將襯底與源極接在一起使用。這樣，柵極和襯底各相當(dāng)于一個(gè)極板，中間是絕緣層，形成電容當(dāng)柵—源電壓變化時(shí)，將改變襯底靠近絕緣層處感應(yīng)電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。

MOSFET的寄生電容主要包括柵源電容（Cgs）、柵漏電容（Cgd）以及漏源電容（Cds）。圖二是MOSFET內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖及等效電路。

圖二MOSFET結(jié)構(gòu)圖及等效電路

一般器件的手冊(cè)中，都會(huì)以下列形式給出MOSFET的寄生電容，

而米勒平臺(tái)的形成恰恰和MOSFET的寄生電容存在千絲萬(wàn)縷的關(guān)系，下面介紹米勒平臺(tái)的形成過(guò)程。考慮到電感負(fù)載的廣泛應(yīng)用，本文以電感負(fù)載來(lái)分析米勒平臺(tái)的形成。由于MOS管開(kāi)關(guān)的時(shí)間極短，電感電流可以認(rèn)為不變（不明白的同學(xué)可以翻一翻前面的文章/斜眼笑），當(dāng)作恒流源來(lái)處理。圖三是柵極驅(qū)動(dòng)電路以及開(kāi)通時(shí)MOS管的電流電壓波形。

圖三柵極驅(qū)動(dòng)電路及其波形

結(jié)合圖三，MOSFET的開(kāi)通過(guò)程大致分為三個(gè)階段。

t0-t1階段：從t0時(shí)刻開(kāi)始，柵極驅(qū)動(dòng)電流給柵源電容Cgs充電。電容兩端的電壓的Vgs從0V上升到Vgs（th），在這段時(shí)間內(nèi)MOS管處于截止區(qū)，Vds兩端的電壓保持不變，Id為0，其等效電路如圖四：

圖四t0-t1階段的等效電路

t1-t2階段：從t1時(shí)刻開(kāi)始，因?yàn)閂gs超過(guò)MOS管的閾值電壓進(jìn)而開(kāi)始導(dǎo)通。所以Id開(kāi)始上升，并且隨著流經(jīng)續(xù)流二極管的電感電流不斷減小，到t2時(shí)刻，Id上升到和電感電流一樣，換流結(jié)束。這段時(shí)間內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電流仍然只給柵源電容Cgs充電，其等效電路如圖五：

圖五t1-t2階段的等效電路

在t1-t2這段時(shí)間內(nèi)，隨著電流Id上升，MOS管漏極和源極兩端的電壓Vds會(huì)稍微下降。這個(gè)階段，MOS管工作于飽和區(qū)。

t2-t3階段：從t2時(shí)刻開(kāi)始，隨著MOSFET中的電流已經(jīng)上升達(dá)到流經(jīng)二極管的續(xù)流電流，MOS管兩端的電壓會(huì)緩慢減小，即Vds開(kāi)始降低，又Vds和Vgs都是相對(duì)于源極s來(lái)定義的，則又Vds的減小換句話說(shuō)就是漏極Vd的減小，這會(huì)使柵極驅(qū)動(dòng)電流開(kāi)始給Cgd充電。因?yàn)镃gd遠(yuǎn)大于Cgs，所以驅(qū)動(dòng)電流此時(shí)全部用來(lái)給Cgd充電，在這段時(shí)間內(nèi)柵極電壓Vgs保持不變呈現(xiàn)出一段平臺(tái)期，這個(gè)平臺(tái)就稱為米勒平臺(tái)。等效電路如圖六所示：

圖六t2-t3階段的等效電路

漏源電壓在MOSFET進(jìn)入米勒平臺(tái)后開(kāi)始下降，這是因?yàn)樵谶M(jìn)入米勒平臺(tái)前，漏源電壓被鉗位保持VDD不變，MOS管的導(dǎo)電溝道處于夾斷狀態(tài)。當(dāng)MOSFET的電流和電感電流相同時(shí)，MOSFET的漏極不再被鉗位。這也就意味著，導(dǎo)電溝道由于被VDD鉗位而導(dǎo)致的夾斷狀態(tài)被解除，導(dǎo)電溝道靠近漏極側(cè)的溝道漸漸變寬，從而使溝道的導(dǎo)通電阻降低。在漏極電流Id不變的情況下，漏源電壓Vds就開(kāi)始下降。

當(dāng)漏源電壓Vds下降后，柵極驅(qū)動(dòng)電流就開(kāi)始給米勒電容Cgd充電。幾乎所有的驅(qū)動(dòng)電流都用來(lái)給Cgd充電，所以柵極電壓保持不變。這個(gè)狀態(tài)一直維持到，溝道剛好處于預(yù)夾斷狀態(tài)，MOS管進(jìn)入線性電阻區(qū)。圖七為MOSFET在不同漏極電壓減小時(shí)，導(dǎo)電溝道的變化狀況。

圖七M(jìn)OSFET在不同漏極電壓時(shí)，導(dǎo)電溝道的變化情況

t3-t4階段：從t3時(shí)刻開(kāi)始，MOSFET工作在線性電阻區(qū)。柵極驅(qū)動(dòng)電流同時(shí)給Cgs和Cgd充電，柵極電壓又開(kāi)始繼續(xù)上升。由于柵極電壓增加，MOSFET的導(dǎo)電溝道又會(huì)開(kāi)始變寬，導(dǎo)通壓降會(huì)進(jìn)一步降低。當(dāng)Vgs增加到一定電壓時(shí)，MOS管就會(huì)進(jìn)入完全導(dǎo)通狀態(tài)。等效電路如圖八所示：

圖八t3-t4階段的等效電路

至此，MOS管的導(dǎo)通工作過(guò)程及米勒平臺(tái)的形成就講完了，看不明白的同學(xué)沒(méi)有關(guān)系，告訴你一個(gè)方法：拿出童詩(shī)白老人家的那本模電書(shū)，將P45-47中關(guān)于N溝道增強(qiáng)型MOS管的內(nèi)容好好認(rèn)真看三遍（別問(wèn)我是怎么知道的/狗頭），然后就會(huì)恍然大悟，茅塞頓開(kāi)，幡然醒悟。。。。。。。

總結(jié)一下：圖九展示了MOSFET在開(kāi)通時(shí)不同階段對(duì)應(yīng)輸出特性曲線的位置。當(dāng)Vgs超過(guò)其閾值電壓（t1）后，Id電流隨著Vgs的增加而上升。當(dāng)Id上升到電感電流值時(shí)，進(jìn)入米勒平臺(tái)期（t2-t3）。這個(gè)階段Vds會(huì)慢慢變小，MOSFET的夾