MOS管的米勒效应：如何平衡抑制米勒效应和抑制EMI风险的关系

关于MOS管的米勒效应，已经输出了8篇，今天这一篇是MOS管章节的最后一篇，下一篇就开始整理运放相关的内容。我个人认为今天聊的这个话题至关重要：抑制米勒效应和抑制EMI之间如何平衡。

一道问题

在前面文章《MOS管的米勒效应(3)--如何减小米勒平台》中有提到：如何抑制米勒效应，三种优化策略其中之一就是减小栅极串阻Rg。但是在文章中没有提及减小到多少才算是合适。

照例，先抛出来一道连环问题：想要抑制米勒效应，减小栅极串阻Rg，减小到什么程度才算合适？如何衡量？减小Rg会不会引入其他问题，比如EMI问题？

这道题，大概率不会在技术面试中出现，太细，也太考验基本功。但是，我觉得搞研发的硬件小伙伴想要设计出高质量的电路，有必要花精力研究下。

仿真模型的升级

上图，看过前面几篇文章的同学应该不陌生，我们就只用阻性负载，MOS管驱动也很简单，就一个R1=100Ω。VG1设置成5V的阶跃，上升变压为1us。用示波器捕捉波形，如下图所示，示波器的具体设置方法在第(3)篇文章中讲过，这里不做重复。

我们尝试调整不同的R1（1Ω/10Ω/50Ω/100Ω），则对应有不同的米勒平台，如下图所示，R1=1Ω时米勒平台时间最短。

我们把上面的阻性负载换成感性负载，则有如下模型：

仿真出来是这样，前面文章详细分解过，这里不展开。

这里需要考虑，在咱们的实际电路中，元器件引脚会有寄生电感和寄生电容，PCB走线会有分布电感和分布电容，而MOS管引脚之间还有结电容Cgs、Cgd、Cds等，这些都会对电路的实际性能产生影响。

考虑到寄生/分布电容、寄生/分布电感，还有结电容，那上面感性负载的模型可能就要适当发生变化。我们对仿真模型稍作调整，如下图所示：

L3是栅极驱动信号上寄生电感和分布电感的总和，约为1uH。C1为栅极驱动信号上PCB走线的分布电感。这里Cgs、Cgd、Cds都没有画出来。

L1为MOS寄生电感和PCB分布电感的总和。

注意：这里的模型调整可能未必合适，仅供理论分析参考和趋势判断。

仿真验证

基于上述模型的调整，如果给VG1一个摆幅为0~5V，频率10kHz的方波信号，此时我们把R1(Rg)设置为变量，分别去1~1kΩ中不同的值，我们看下仿真结果会是怎样的。

上图给出的是VF1(即Vgs)的波形，能总结出什么结论么？

①当R1=1Ω，Vgs上发生了剧烈的振荡，而且振荡幅值(能量)很高；

②随着R1的增大，振荡幅值逐渐减小；

③随着R1的增大，米勒平台时间却在增大；

④当R1=1kΩ时，振荡幅值最小，但米勒平台时间最大。

我们再看下VF2(即Vds)的波形，如下图所示：

从VF2(Vds)的变化趋势，能总结出什么结论呢？

①当R1=1Ω，Vds上发生了剧烈的振荡，而且振荡幅值(能量)很高；

②随着R1的增大，振荡幅值逐渐减小；

③当R1=1kΩ时，振荡幅值最小。

我们再换一个角度，只看R1=1Ω的情况下，如下图所示：

VF1(Vgs)和VF2(Vds)都发生了强烈振荡，说明在此过程中有LC谐振发生，这期间高次谐波能量必然被放大，必然会增加EMI问题的风险。但是我们也注意到此时米勒平台持续时间却是最短的，这样MOS管的开关损耗则可以降低。

我们再看下R1=1kΩ的情况下，如下图所示：

VF1(Vgs)和VF2(Vds)振荡不明显，但此时米勒平台的时间则大大延长，这样MOS管的开关损耗会增大。

审核编辑：汤梓红