MOS管的米勒效應(yīng)：如何平衡抑制米勒效應(yīng)和抑制EMI風(fēng)險的關(guān)系

關(guān)于MOS管的米勒效應(yīng)，已經(jīng)輸出了8篇，今天這一篇是MOS管章節(jié)的最后一篇，下一篇就開始整理運(yùn)放相關(guān)的內(nèi)容。我個人認(rèn)為今天聊的這個話題至關(guān)重要：抑制米勒效應(yīng)和抑制EMI之間如何平衡。

一道問題

在前面文章《MOS管的米勒效應(yīng)(3)--如何減小米勒平臺》中有提到：如何抑制米勒效應(yīng)，三種優(yōu)化策略其中之一就是減小柵極串阻Rg。但是在文章中沒有提及減小到多少才算是合適。

照例，先拋出來一道連環(huán)問題：想要抑制米勒效應(yīng)，減小柵極串阻Rg，減小到什么程度才算合適？如何衡量？減小Rg會不會引入其他問題，比如EMI問題？

這道題，大概率不會在技術(shù)面試中出現(xiàn)，太細(xì)，也太考驗(yàn)基本功。但是，我覺得搞研發(fā)的硬件小伙伴想要設(shè)計出高質(zhì)量的電路，有必要花精力研究下。

仿真模型的升級

上圖，看過前面幾篇文章的同學(xué)應(yīng)該不陌生，我們就只用阻性負(fù)載，MOS管驅(qū)動也很簡單，就一個R1=100Ω。VG1設(shè)置成5V的階躍，上升變壓為1us。用示波器捕捉波形，如下圖所示，示波器的具體設(shè)置方法在第(3)篇文章中講過，這里不做重復(fù)。

我們嘗試調(diào)整不同的R1（1Ω/10Ω/50Ω/100Ω），則對應(yīng)有不同的米勒平臺，如下圖所示，R1=1Ω時米勒平臺時間最短。

我們把上面的阻性負(fù)載換成感性負(fù)載，則有如下模型：

仿真出來是這樣，前面文章詳細(xì)分解過，這里不展開。

這里需要考慮，在咱們的實(shí)際電路中，元器件引腳會有寄生電感和寄生電容，PCB走線會有分布電感和分布電容，而MOS管引腳之間還有結(jié)電容Cgs、Cgd、Cds等，這些都會對電路的實(shí)際性能產(chǎn)生影響。

考慮到寄生/分布電容、寄生/分布電感，還有結(jié)電容，那上面感性負(fù)載的模型可能就要適當(dāng)發(fā)生變化。我們對仿真模型稍作調(diào)整，如下圖所示：

L3是柵極驅(qū)動信號上寄生電感和分布電感的總和，約為1uH。C1為柵極驅(qū)動信號上PCB走線的分布電感。這里Cgs、Cgd、Cds都沒有畫出來。

L1為MOS寄生電感和PCB分布電感的總和。

注意：這里的模型調(diào)整可能未必合適，僅供理論分析參考和趨勢判斷。

仿真驗(yàn)證

基于上述模型的調(diào)整，如果給VG1一個擺幅為0~5V，頻率10kHz的方波信號，此時我們把R1(Rg)設(shè)置為變量，分別去1~1kΩ中不同的值，我們看下仿真結(jié)果會是怎樣的。

上圖給出的是VF1(即Vgs)的波形，能總結(jié)出什么結(jié)論么？

①當(dāng)R1=1Ω，Vgs上發(fā)生了劇烈的振蕩，而且振蕩幅值(能量)很高；

②隨著R1的增大，振蕩幅值逐漸減小；

③隨著R1的增大，米勒平臺時間卻在增大；

④當(dāng)R1=1kΩ時，振蕩幅值最小，但米勒平臺時間最大。

我們再看下VF2(即Vds)的波形，如下圖所示：

從VF2(Vds)的變化趨勢，能總結(jié)出什么結(jié)論呢？

①當(dāng)R1=1Ω，Vds上發(fā)生了劇烈的振蕩，而且振蕩幅值(能量)很高；

②隨著R1的增大，振蕩幅值逐漸減?。?/p>

③當(dāng)R1=1kΩ時，振蕩幅值最小。

我們再換一個角度，只看R1=1Ω的情況下，如下圖所示：

VF1(Vgs)和VF2(Vds)都發(fā)生了強(qiáng)烈振蕩，說明在此過程中有LC諧振發(fā)生，這期間高次諧波能量必然被放大，必然會增加EMI問題的風(fēng)險。但是我們也注意到此時米勒平臺持續(xù)時間卻是最短的，這樣MOS管的開關(guān)損耗則可以降低。

我們再看下R1=1kΩ的情況下，如下圖所示：

VF1(Vgs)和VF2(Vds)振蕩不明顯，但此時米勒平臺的時間則大大延長，這樣MOS管的開關(guān)損耗會增大。

審核編輯：湯梓紅