米勒平台是什么?

文摘   科技   2024-08-20 19:02   浙江  

米勒效应是米勒老先生发现:通过运放将相关反馈电容容值增加了n+1倍

但这也还没扯到MOS管,那到底跟米勒平台有什么关系呢?

如下图所示为MOS管的共源电路(common source):D为输出端,S接地,G为输入端。

1. 根据 MOS的小信号模型(具体可参考“半导体物理”相关书籍中的MOS管小信号分析章节), 形成一个反向电压放大器,其等效电路可以由右下图来表示

2. CGD是跨接在输入(G)和输出(D)上的反馈电容,不同MOS管放大系数不同,最大可达几百倍

MOS管的开启过程就是MOS共源电路工作模式,此时CGD将会被放大n倍,变成米勒电容。

所以正常情况下CGSCGD要大很多,但一旦进入米勒平台时CGD反而远大于CGS了。

如下图所示,为什么CGD很大,CGS小就会导致VGS保持不变呢?

我们看到大多解释:在米勒平台阶段CGS相比CGS大很多,导致同时对CGSCGD充电时,绝大多数电流通过CGS->D->S端这条路径,而CGS只有非常小的电流流过,所以VGS基本保持不变,这个解释大家自行理解,我持保留意见。

那关于MOS管米勒平台,我是怎么去更感性理解它的呢?

我们假设负载电流在米勒平台阶段需求电流保持不变,分如下几个步骤来分析:

1. 首先,MOS管在米勒平台阶段,输入VGS和输出电压VDS是一个负反馈系统(输入VGS和输出电流ID是一个正反馈系统)。

2. 其次,当VDS电压开始变小,MOS管进入米勒平台阶段,在这个电路中我们看到VS是GND不变的,所以是VD电压开始减小,一直到VDS为0时米勒平台结束。

3. 一旦VD减小,我们看到CGD两端的电压开始变小(接VD端电压大,VG端电压小),从VG的角度来看CGD开始充电,所以G端的驱动电流是有通道的。

4. 但是如何确定电流是全部流过CGD而不会流过CGS呢?

5. 我们可以看到:在VDS电压开始变化时,ID电流已经达到最大(根据负载需求,不取决于MOS管本身)。

1, 如果VDS电压下降速度过快(不能维持VGS不变),VGS电压下降(下降速度超过电容电压充电速度),此时MOS管将会被稍微闭合一点,导致RDS增加,那么VDS电压下降速度会减缓,VGS电压会上升

2, 如果VDS电压下降速度过慢,则必然会导致VGS电压上升(上升速度慢于电容电压充电速度),此时MOS管将会被打开大一点,导致RDS减小,那么VDS电压下降速度加快,VGS电压会下降

3, 所以正常情况下VGS电压保持固定电平,由MOS管CGS寄生电容和负载电流的大小决定了VDS电压变化速度

6. 那么如果VG电压突变,是否会导致米勒平台的混乱或变化呢?我们来看如下两个假设:

1, 假设VGS突然变大(RDS变小),此时VDS会突然变小(相对原VDS变化的速度);由于CGD电容两端的电压不能突变,VG电压就会变小。

2, 假设VGS突然变小(RDS变大),此时VDS会突然变大(相对原VDS变化的速度);由于CGD电容两端的电压不能突变,VG电压就会变大;所以MOS管的反馈机制会调整VGS的变化,就算外界干扰,也能自动调整回平衡状态

所以从我个人对MOS管米勒平台分析来说:米勒平台本身就是由于MOS管开启/关闭阶段的负反馈机制所决定,而非因为米勒效应产生;但米勒效应将这个平台变长、变明显。明显到影响了MOS管的应用:

1. 影响MOS管的开关频率,开关损耗,要通过各种辅助手段极力减小它的影响

2. 用于电源缓启动应用时,要通过辅助手段增加CGD来延长米勒平台

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