采用零电压开关消除米勒效应

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1、采用零电压开关消除米勒效应

2、第1内容显示中图1MOSFET导通和关断时的典型栅电流500)this.style.ouseg(this)">图2MOSFET中的寄生电容500)this.style.ouseg(this)">图3典型MOSFET的栅电荷500)this.style.ouseg(this)">图4基于专用控制器的简单QR转换器500)this.style.ouseg(this)">图5ZVS技术消除米勒效应MOSFET导通和关断时的典型栅电流如图1所示。在导通期间，流经控制器Vcc引脚的

3、峰值电流对Vcc充电；在关断期间，存储的电流流向芯片的接地端。如果在相应的面积上积分，即进行篿gate(t)dt，则可得到驱动晶体管的栅电荷Qg。将其乘以开关频率FsA×12V=120mOSFET的物理结构中有多种寄生单元，其中电容的作用十分关键，如图2所示。产品数据表中的三个参数采取如下定义：当源-漏极短路时，令Ciss=Cgs+Cgd；当栅-源极短路时，令Coss=Cds+Cgd；Crss=Cgd。驱动器实际为栅-源极连接。当斜率为dt的电压V施加到电容C上时(如驱动器的输出电压)，将会增大电容

4、内的电流：I=C×dV/dt(2)因此，向MOSFET施加电压时，将产生输入电流Igate=I1+I2，如图2所示。在右侧电压节点上利用式(2)，可得到：I1=Cgd×d(Vgs-Vds)/dt=Cgd×(dVgs/dt-dVds/dt)(3)I2=Cgs×d(Vgs/dt)(4)如果在MOSFET上施加栅-源电压Vgs，其漏-源电压Vds就会下降(即使是呈非线性下降)。因此，可以将连接这两个电压的负增益定义为：Av=-Vds/Vgs(5)将式(5)代入式(3)和式(

5、4)中，并分解dVgs/dt，可得：I1=Cgd×dVgs/dt×(1-Vds/Vgs)=Cgd×dVgs/dt×(1-Av)(6)在转换(导通或关断)过程中，栅-源极的总等效电容Ceq为：Igate=(Cgd×(1-Av)+Cgs)×dVgs/dt=Ceq×dVgs/dt(7)式中(1-Av)这一项被称作米勒效应，它描述了电子器件中输出和输入之间的电容反馈。当栅-漏电压接近于零时，将会产生米勒效应。典型功率MOSFET的栅电荷如图3所示，该图通过用恒定电流对栅极充电

6、并对栅-源电压进行观察而得。根据式(6)，当Ciss突然增大时，电流持续流过。但由于电容急剧增加，而相应的电压升高dVgs却严重受限，因此电压斜率几乎为零，如图3中的平坦区域所示。图3也显示出降低在转换期间Vds(t)开始下降时的点的位置，有助于减少平坦区域效应。Vds=100V时的平坦区域宽度要比Vds=400V时窄，曲线下方的面积也随之减小。因此，如果能在Vds等于零时将MOSFET导通，即利用ZVS技术，就不会产生米勒效应。在准谐振模式(QR)中采用反激转换器是消除米勒效应较经济的方法,它无需

7、在下一个时钟周期内使开关处于导通状态，只要等漏极上的自然振荡将电压逐渐降至接近于零。与此同时，通过专用引脚可以检测到控制器再次启动了晶体管。通过在开关打开处反射的足够的反激电压(N×[Vout+Vf])，即可实现ZVS操作，这通常需要800V(通用范围)的高压MOSFET。基于安森美的NCP1207的QR转换器如图4所示，它可以直接使用高压电源供电。该转换器在ZVS下工作时的栅-源电压和漏极波形如图5所示。总之，如果需要Qg较大的MOSFET，最好使反激转换器在ZVS下工作，这样可以减少平均驱动电流

8、带来的不利影响。这一技术也广泛应用于谐振转换器中。