2022/3/2 18:48:38
来源:UnitedSiC
物理法则无法击败。电阻必然消耗电能,并产生热量和压降。电容器要消耗时间存储电荷,再花时间释放电荷。电感器要花时间制造电磁场并让其坍塌。我们对此无能为力,因此,自热离子管诞生之日起,电子产品设计师就学会了通过开发巧妙的电路拓扑来解决这些因素。事实表明,物理就是物理,过去对管适用的规则也同样适用于今天的高性能半导体。
米勒认识到,如图1所示将两个三极管串联(如级联型三极管或共源共栅拓扑)可能会降低从输入到输出的总电容。鉴于上管排电压固定,上三极管的阴极电压通过下三极管控制。当开发出带有内部帘栅的四极管后,这种内部电容及其相关效应会降低,从而可以构建可以在数百兆赫下运行的单管放大器。
【图1:原始的联级三极管或共源共栅电路】
米勒效应的回归
【图2:关闭和打开时的MOSFET输入电容相同】
MOSFET栅极开关波形正向部分的平台期(参见图3)代表两个输入电容状态间的转换,因为驱动器突然必须努力工作,从而使开关转换变慢。为了加剧效应,如漏极压降,它会尝试“推动”栅极负压经过CGD,与正的开态电压命令相抗。当驱动MOSFET关闭时,此过程会反过来。CGD会尝试“拉动”栅极正压,这就是为什么鼓励处理MOSFET和IGBT的设计师使用负的关态栅极电压抵消这种效应。这会转而提高驱动栅极所需的功率。
【图3:栅极驱动电压的米勒电容“平台”】
控制栅漏电容器件的栅漏电容CGD会受到半导体器件的体系结构的影响,因此会因横向或纵向构建而异。可以尽量降低CGD以获得低压MOSFET,但是在高压下它可以变成一个问题,尤其是当设计师想要使用碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)等材料构建宽带隙器件时。有些物理规律是无法规避的:这些技术的开关速度仍受其米勒电容的限制,对抗米勒效应的最佳方式是使用共源共栅电路拓扑。
现代化的共源共栅
【图4:硅/碳化硅共源共栅】
当MOSFET栅极和源极电压为0V时,漏极电压升高。JFET栅极也为0V,因此当源极电压从MOSFET漏极电压升高到10 V时,JFET会见证栅极和源极之间出现-10 V电压,因此开关关闭。当MOSFET栅极电压为正时,它会打开,因此让JFET的栅极和源极短接,从而打开JFET。这个电路拓扑会创建所需的常关型器件,MOSFET栅极电压为0V。该拓扑还意味着串联的输入输出电容包括CDS,以实现JFET,它的值接近于零,从而降低了米勒效应,以及它对高频增益的影响。
其他优势
在开关时,Si MOSFET漏极电压是JFET漏极电压经过几乎为零的JFET漏源电容CDS和MOSFET的非零CDS“倾泻而下”,因此MOSFET漏极保持低压。这意味着,MOSFET可以是低压类型,且漏极和源极之间维持非常低的导通电阻,且栅极驱动更加容易。还有一个优势,那就是低压MOSFET的体二极管的前向压降非常低,且恢复速度快。JFET没有体二极管,因此当需要第三象限反向开关导电时,如在换流桥电路或同步整流中,MOSFET体二极管会导电。这会将JFET栅源限制到约+0.6 V,从而确保它在最大程度上打开,这可实现反向电流和低压降。
米勒效应的终结
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