作者@@： 赵佳@@，来源@@：英飞凌@@工业半导体@@
搞电力电子@@的@@同学想必经常被@@“米勒效应@@”这个词困扰@@。米勒效应@@增加开关延时@@不说@@，还可能引起寄生导通@@@@，增加器件损耗@@。那么米勒效应@@是@@如何产生的@@@@，我们又该如何应对呢@@？
我们先来看@@IGBT开通时@@@@的@@典型波形@@：
上图中@@，绿色的@@波形是@@@@GE电压@@，蓝色的@@波形是@@@@CE电压@@，红色的@@波形是@@集电极@@电流@@IC。在@@开通过程中@@，GE的@@电压@@从@@-10V开始上升@@，上升至阈值电压@@后@@，IGBT导通@@，开始流过电流@@，同时@@@@CE电压@@下@@降@@。CE电压@@下@@降@@过程中@@，门极电压@@不再上升@@，而是@@维持在@@一定的@@电压@@平台上@@，称为@@米勒平台@@。在@@这期间@@，CE电压@@完全降至@@0V。随后@@GE电压@@继续上升至@@15V，至此整个开通过程完成@@。
IGBT门极电压@@在@@开关过程中展现出来的@@平台称为@@米勒平台@@@@。导致米勒平台的@@@@“罪魁祸首@@”是@@IGBT 集电极@@-门极之间@@寄生电容@@Cgc。由于半导体设计结构@@, IGBT内部存在@@各类寄生电容@@，如下@@图@@所示@@，可分为@@栅极@@@@-发射极电容@@、栅极@@-集电极@@电容和@@集电极@@@@-发射极电容@@。其中门极与集电极@@@@（or漏极@@）之间@@的@@电容就是@@米勒电容@@@@，又叫转移电容@@，即下@@图中的@@@@C2、C5。
IGBT的@@寄生电容@@
在@@IGBT桥式应用中@@，如果关断没有负压@@，或@@者开关速度过快@@，米勒电容@@可能会导致寄生导通@@@@。如下@@图@@，两个@@IGBT组成一个半桥@@，上下@@管交替开通关断@@，两个@@管子不允许同时@@@@导通@@@@，否则不仅会增加系统损耗@@@@，还可能导致失效@@。当@@下@@管@@IGBT开通时@@@@，负载电流从下@@管流过@@，CE间电压@@从母线电压@@降至饱和@@电压@@@@Vcesat。而此时@@@@，上管@@IGBT必须关断@@，CE间电压@@从饱和@@电压@@跳变到母线电压@@@@。上管@@电压@@的@@从低到高跳变@@，产生很大的@@电压@@变化率@@dv/dt。dv/dt作用在@@上管@@米勒电容@@上@@，产生位移电流@@。位移电流经过门极电阻回到地@@，引起门极电压@@抬升@@。如果门极电压@@高于阈值电压@@@@Vth，则上管@@的@@@@IGBT会再次导通@@@@，并流过电流@@，增加系统损耗@@。
怎么判断是@@否发生了寄生导通@@呢@@？
一个实验帮助理解和@@观察寄生导通@@@@。在@@双脉冲测试平台中@@，让上管@@在@@@@0V和@@-5V的@@关断电压@@条件下@@@@，分别作两次测试@@，观察下@@管的@@开通波形@@。当@@Vgs=-5V时@@，下@@管开通电流的@@包裹面积@@，明显小于当@@@@Vge=0V时@@的@@电流包裹面积@@，充分说明@@，当@@Vge=0V时@@，有额外的@@电流参与了开通过程@@。这个电流@@，就是@@来自于上管@@的@@寄生导通@@@@。
如何避免寄生导通@@@@？
从器件角度看@@，有几个重要的@@参数@@：
1. 低米勒电容@@@@ - 米勒电容@@越小@@，相同的@@@@dv/dt下@@，位移电流越小@@。这一点@@，英飞凌@@IGBT7和@@CoolSiC™ MOSFET尤其出色@@。以@@FP25R12W1T7为@@例@@，它的@@米勒电容@@@@Crss仅有@@0.017nF，相比同电流@@IGBT4的@@0.05nF，减少了近@@2/3。
2. 高阈值电压@@@@ - 阈值电压@@如果太低@@，米勒效应@@感应出的@@寄生电压@@就很容易超过阈值@@，从而引起寄生导通@@@@。这一条对于@@IGBT不是@@问题@@，绝大部分@@@@IGBT的@@阈值在@@@@5~6V之间@@，有一定的@@抗寄生导通@@能力@@。但@@SiC MOSFET不一样@@，因为@@@@SiC MOSFET沟道迁移率比较低@@，大部分@@SiC MOSFET会把阈值做得比较低@@（2~4V），这样虽然可以@@提高@@门极有效过驱动电压@@@@Vgs-Vth，进而降低@@SiC MOSFET的@@通态电阻@@，但@@是@@米勒效应@@引起的@@门极电压@@抬升就很容易超过阈值电压@@@@，这一现象在@@高温时@@尤其明显@@，因为@@@@阈值电压@@随温度上升而下@@降@@。英飞凌@@CoolSiC™ MOSFET因为@@@@采用了沟槽型结构@@，垂直晶面的@@沟道迁移率较高@@，所以@@可以@@把阈值做得高一点@@，而不影响其通态压降@@。CoolSiC™ MOSFET阈值电压@@典型值@@ 为@@4.5V，再加上极低的@@米勒电容@@@@，从而具有非常强的@@抗寄生导通@@能力@@。
从驱动的@@角度看@@：
1. 使用负压关断@@。如果米勒电容@@引起的@@门极电压@@抬升是@@@@7V，叠加在@@@@-5V的@@关断电压@@条件下@@@@，门极实际电压@@为@@@@2V，小于阈值电压@@@@，不会发生寄生导通@@@@。而如果@@0V关断的@@话@@，可想而知门极实际电压@@就是@@@@7V，寄生导通@@将@@无法避免@@。一般电流越大@@，需要的@@负压越深@@。
2. 使用带米勒钳位@@的@@驱动芯片@@。米勒钳位@@的@@原理是@@@@，在@@IGBT处于关断状态@@（Vg-VEE低于@@2V）时@@，直接用一个低阻通路@@（MOSFET）将@@IGBT的@@门极连接到地@@，当@@位移电流出现时@@@@，将@@直接通过@@MOSFET流到地@@，不流过门极电阻@@，自然也就不会抬升门极电压@@@@，从而避免了寄生导通@@@@。
3. 开通与关断电阻分开@@。寄生导通@@发生时@@@@，位移电流流过关断电阻@@，从而抬升了门极电压@@@@。如果减小关断的@@门极电阻@@，则可以@@降低门极感应电压@@@@，从而减少寄生导通@@的@@风险@@。
总结@@
总结@@一下@@@@，功率器件@@中的@@米勒效应@@来自于@@IGBT或@@MOSFET 结构中的@@门极@@—集电极@@/漏极@@之间@@寄生电容@@Cgc 或@@Cgd。米勒电容@@可能会引起寄生导通@@@@，从而导致系统损耗上升@@。抑制米勒寄生导通@@@@，要注意选择具有较低米勒电容@@@@@@，或@@者是@@较高阈值电压@@@@的@@器件@@，驱动设计上可以@@选择负压驱动@@、米勒钳位@@、开通及关断电阻分开等多种方式@@。