米勒电容

对于任一个 MOS 来说，可以将其绝缘栅视作为平板电容器的电介质。对栅极施加电压时，会在绝缘栅的另一侧吸引/排斥电荷，这个行为表现出的电容效应即为米勒电容的来源。

开关管的米勒电容主要带来了两个问题：

延长开启时间。
米勒自导通。

接下来分别展开。

原理

时间不太充足，仅进行定性分析，用于定量分析的公式后续再补充，参见参考文献[1]。

MOSFET 的栅极等效电路如下图所示。

下图为理想情况下，MOSFET 导通时的各电压关系。


开通时，可分为下述几个步骤：

当栅极电压超过阈值电压时， MOS 开始导通。此时，漏源电流开始建立；并在短暂延时后，漏源电压开始下降。
进入米勒平台。米勒平台内，栅源电压保持不变。此时，漏源电流已进入稳态，也保持不变。但漏源电压主要的下降过程在米勒平台内完成。
离开米勒平台，此时漏源电压/电流均进入稳态。栅源电压以一阶响应的形式上升至激励值。

关断时，可分为下述几个步骤：

栅源电压下降至米勒平台。该过程漏源电压/电流保持不变。
米勒平台内，漏源电流仍保持不变，但漏源电压逐步上升。
离开米勒平台后，栅源电压以一阶响应的形式逼近激励值。同时，漏源电流开始下降，直至完全关断。尽管漏源电压在离开平台时已经基本建立，但会出现一个过冲。

一些疑问

为什么漏源电流是不同步的？当电流建立时，为什么电压不会同步下降，反而保持稳态？
关断时，为什么会产生一个过冲？该过冲是 MOS 的本身特性还是外电路所引起的？

米勒平台的影响

对开启时间的影响

显然，米勒平台的存在是不利于频率的提高的。
另外，导通电流的建立超前于米勒平台，而导通电流的关断却滞后于米勒平台。如果死区时间不够长，不仅会增加系统损耗，还可能导致失效。

米勒导通

在桥式应用中，当下管开通时，桥臂中点电压从母线电压降至下管饱和电压。而此时，上管必须关断，上管 CE 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 $\frac{dv}{dt}$ 。 $\frac{dv}{dt}$ 作用在上管米勒电容上，产生位移电流。位移电流经过栅极电阻回到地，引起栅极电压抬升。如果栅极电压高于阈值电压，则会触发误导通。

下图是一个实测波形。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Vg s=-5V时，下管开通电流的包裹面积，明显小于当Vg e=0V时的电流包裹面积，充分说明，当Vg e=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？

器件角度：

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Cr s s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SiCMOSFET不一样，因为SiCMOSFET沟道迁移率比较低，大部分SiCMOSFET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SiCMOSFET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

驱动角度

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。
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。
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。