以前幾篇文章詳細(xì)講述過(guò)功率MOSFET開關(guān)過(guò)程中米勒平臺(tái)以及開關(guān)損耗產(chǎn)生的原因。在開關(guān)過(guò)程中，功率MOSFET跨越放大區(qū)（線性區(qū)），形成電流和電壓的交疊區(qū)，從而產(chǎn)生開關(guān)損耗，米勒平臺(tái)區(qū)就是在這個(gè)過(guò)程中形成的一段時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定的放大區(qū)。
感性負(fù)載的關(guān)斷過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生米勒平臺(tái)，開通過(guò)程只有在連續(xù)CCM模式下才會(huì)形成米勒平臺(tái)。功率MOSFET數(shù)據(jù)表的測(cè)試基于以下的電路：MOSFET先導(dǎo)通，然后關(guān)斷，在一定電流下再次開通后關(guān)斷，使用第二次開關(guān)過(guò)程測(cè)量米勒平臺(tái)。
(a) 測(cè)試電路
(b) 測(cè)試波形
圖1：開關(guān)測(cè)試電路和波形
模式1：t0-t1時(shí)刻
VGS電壓升高到閾值電壓VTH，此過(guò)程VDS、ID維持不變。
模式2：t1-t2時(shí)刻
VGS電壓繼續(xù)升高，電流ID從0開始增加，MOSFET工作在放大區(qū)（線性區(qū)），ID和VGS由跨導(dǎo)gfs限制線性增加：
ID=gfs·(VGS-VTH)
在這個(gè)過(guò)程中理論上MOSFET的VDS電壓不會(huì)變化，但是由于回路有變化的電流di/dt，在雜散電感上感應(yīng)出電壓：
VDD=VDS+VLD+VLS
圖2：寄生電感的感應(yīng)電壓
其中，VLD為漏極回路寄生電感電壓，VLS為源極回路寄生電感電壓，VLD和VLS電壓上正下負(fù)，和VDS方向相同，因此實(shí)際VDS電壓就略有下降，如圖t1-t2時(shí)刻電壓波形。
CGS大，CGD非常小，驅(qū)動(dòng)電流主要給CGS充電，因此，流過(guò)CGS電流大，而流過(guò)CGD電流非常小，幾乎可以忽略。MOSFET開通后，二極管反向恢復(fù)產(chǎn)生反向恢復(fù)電流，因此在t2時(shí)刻有尖峰的脈沖電流，如圖1所示。
模式3：t2-t3時(shí)刻
在t2時(shí)刻，ID電流達(dá)到系統(tǒng)最大電流、也就是電感的最大電流IL，對(duì)應(yīng)的由跨導(dǎo)限制的VGS電壓為VGP，此時(shí)ID電流不可能再繼續(xù)增加，由于跨導(dǎo)限制，VGS電壓也不能增加要維持VGP不變，但是驅(qū)動(dòng)回路仍然提供驅(qū)動(dòng)的電流，試圖迫使VGS電壓上升，如圖3(b)所示。
(a) t1-t2時(shí)刻 (b) t2時(shí)刻
(c) 過(guò)t2時(shí)刻
圖3：米勒平臺(tái)形成
如果VGS電壓增加一點(diǎn)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的ID電流相應(yīng)的也要增加，電感的電流固定不變，不可能提供額外的電流，ID電流增加就只能由G極驅(qū)動(dòng)電源Vcc通過(guò)CGD提供額外的電流ID1，如圖3(c)所示，也就是G極驅(qū)動(dòng)電源Vcc通過(guò)CGD向D極提供額外的這一部分電流。
CGD要流過(guò)這一部分額外的電流，必須滿足二個(gè)條件：
(1)、CGD兩端的電壓必須發(fā)生變化，CGD才能提供額外的電流：i=C·du/dt。
(2)、功率MOSFET內(nèi)部溝道已經(jīng)飽和，額外的電流只能通過(guò)降低EPI外延層N-中耗盡層的寬度、產(chǎn)生復(fù)位的電荷來(lái)提供。
圖4：減小耗盡層寬度產(chǎn)生復(fù)位電荷電流
VDS所加電壓大小對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的耗盡層寬度，耗盡層的寬度降低，VDS電壓也就下降，同時(shí)CGD也就無(wú)法再維持原來(lái)的電壓，VGD的電壓也隨之發(fā)生改變。
VDS和VGD電壓變化共同產(chǎn)生抽取電流，將G極驅(qū)動(dòng)電源所能提供的最大電流通過(guò)米勒電容CGD（Crss）基本上完全抽取干凈，CGS幾乎沒有充電的電流，驅(qū)動(dòng)電流全部流向Crss，VGS的電壓就不再變化，保持一個(gè)平臺(tái)區(qū)，維持平臺(tái)狀態(tài)，形成有名的米勒平臺(tái)，如圖4所示。
在整個(gè)米勒平臺(tái)時(shí)間段t2-t3，器件工作在穩(wěn)定的恒流區(qū)，VGS電壓保持恒定VGP不變，ID電流保持最大的電感電流IL恒定，VGP電壓就是米勒平臺(tái)電壓：
ID=IL=gfs·(VGP-VTH)
米勒平臺(tái)時(shí)間內(nèi)，米勒電容Crss電流為：
ICrss=Crss·dVCrss/dt=
Crss·dVDS/dt=IG=(Vcc–VGP)/RG
其中，RG為驅(qū)動(dòng)器電源Vcc到G極所有串聯(lián)電阻總和，由上式就可以估算米勒平臺(tái)的時(shí)間t2~t3。
若Vcc=5V，VTH=2V，gfs=50，RG=10歐，IL=25A，在t2時(shí)刻得到：
VGP=2.5V。
過(guò)t2時(shí)刻，若VGS電壓增加的微小值為VGS'：
ID(t2)+ID'=gfs·(VGP+VGS'-VTH)
ID(t2)+(Vcc–VGP)/RG=gfs·(VGP+VGS'-VTH)
解得：VGS'=0.005V
VGS僅僅增加0.005V，就可以將驅(qū)動(dòng)電源提供的電流完全抽取，因此在波形上也就看到VGS的電壓基本保持不變。
從上述分析可知，米勒平臺(tái)的電壓在米勒平臺(tái)時(shí)間內(nèi)會(huì)有微小的增加，如圖5所示，這和驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)直接相關(guān)。另外，因?yàn)镃GD、CDS電容值不是固定的，隨著電壓的變化非線性的變化，系統(tǒng)最大電流和驅(qū)動(dòng)回路的參數(shù)也會(huì)變化，因此米勒平臺(tái)電壓也會(huì)變化，甚至?xí)霈F(xiàn)振蕩。
在單位時(shí)間內(nèi)，VDS按dVDS/dt降低一定值，VDS降低，Crss急劇增加，ICrss也急劇增加，由公式：ICrss=Crss·dVDS/dt=(Vcc–VGP)/RG，驅(qū)動(dòng)回路中只有VGP下降、也就是CGS放電VGS下降，才能提供足夠的Crss抽取電流，滿足等式的要求。
VGS下降，跨導(dǎo)限制的電流ID也會(huì)下降，多余的電流IL-ID就會(huì)在圖3(a)中反向從右向左對(duì)Crss、CGD充電，從而將VGS的電壓提高，如此反復(fù)，形成米勒平臺(tái)的振蕩?？梢钥吹剑?/strong>米勒平臺(tái)振蕩的過(guò)程就是因?yàn)榧纳娙莸淖兓?，VGP、Crss、dVDS/dt相應(yīng)的改變自動(dòng)尋找平衡的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程也會(huì)疊加寄生電感的影響。
(a) 米勒平臺(tái)期間VGS電壓微小增加
(b) 米勒平臺(tái)電壓變化
圖5：米勒平臺(tái)電壓變化
隨著VDS電壓不斷降低，EPI外延層N-中耗盡層寬度不斷降低，耗盡層空間電荷區(qū)寬度不斷降低，內(nèi)建電場(chǎng)也不斷減小，直到耗盡層和空間電荷區(qū)完全消失，內(nèi)建電場(chǎng)為0，VDS電壓也就降到最小值，然后不再變化，米勒平臺(tái)結(jié)束，對(duì)應(yīng)時(shí)間為t3。
模式4：t3-t4時(shí)刻
t3時(shí)刻米勒平臺(tái)結(jié)束，VDS電壓降到最小值后不再變化，VGD電壓也不再變化，Crss不再抽取驅(qū)動(dòng)電路的電流，驅(qū)動(dòng)電源又開始對(duì)CGS充電，因此，VGS開始增加，到最大的驅(qū)動(dòng)電壓Vcc。
平面結(jié)構(gòu)的高壓功率MOSFET，通常使用上述方法計(jì)算t1-t2時(shí)間，米勒平臺(tái)時(shí)間t2-t3，然后再計(jì)算開關(guān)損耗：
Psw-On=ID·VDS·(t3-t2+t2-t1)/2·Ts
但是對(duì)于超結(jié)的高壓功率MOSFET，可以發(fā)現(xiàn)：米勒平臺(tái)時(shí)間t2-t3非常長(zhǎng)，遠(yuǎn)大于平面結(jié)構(gòu)，如圖6粗藍(lán)色虛線和t3a所示。實(shí)際上，其開關(guān)損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于平面結(jié)構(gòu)，也就是用上述的計(jì)算方法完全失效，這又是什么原因？
圖6：超結(jié)結(jié)構(gòu)米勒平臺(tái)
從波形可以看到，在米勒平臺(tái)的前部分，VDS電壓很快的降低到較低值，后面很長(zhǎng)的一段米勒平臺(tái)的時(shí)間，VDS很低，使用這個(gè)米勒平臺(tái)時(shí)間用傳統(tǒng)的公式計(jì)算，當(dāng)然就有問(wèn)題。
超結(jié)的高壓功率MOSFET，為什么在VDS很低狀態(tài)，米勒平臺(tái)維持那么長(zhǎng)的時(shí)間？
超結(jié)結(jié)構(gòu)使用橫向電場(chǎng)，在高壓時(shí)，中間N+區(qū)完全耗盡，存儲(chǔ)電荷很小，COSS、Crss都非常小，VDS開始下降非常快。當(dāng)電壓降到50V或更低的電壓，N+和P區(qū)耗盡層寬度減小直到消失，逐漸恢復(fù)到原來(lái)高摻雜狀態(tài)，相當(dāng)于存儲(chǔ)電荷突然增加，因此，電容也就會(huì)突然增加。
耗盡層、內(nèi)建電場(chǎng)及橫向電場(chǎng)，參考文章：高壓超結(jié)的結(jié)構(gòu)和工作原理
如圖7所示，600V/20A、0.199mOhm超結(jié)高壓MOSFET，Coss、Crss在0V偏壓的電容是高壓狀態(tài)時(shí)電容的幾百倍：
Crss(600V)=2pF，Crss(0V)=600pF
Coss(600V)=68pF，Coss(0V)=7000pF
圖7：超結(jié)高壓功率MOSFET電容
Crss和Coss在低電壓時(shí)容值非常大，VDS電壓降低到50V以下其變化非常緩慢，下降斜率也非常緩慢，到完全導(dǎo)通所需要的時(shí)間也比較長(zhǎng)，因此，米勒平臺(tái)在較低VDS電壓維持較長(zhǎng)的時(shí)間，如圖8所示。
圖8：超結(jié)結(jié)構(gòu)高壓MOSFET開通波形
因此，計(jì)算超結(jié)的開關(guān)損耗，只能近似的使用前面一段VDS降到較低值的時(shí)間，而不能使用VGS的整個(gè)平臺(tái)時(shí)間。
開關(guān)過(guò)程中，高壓超結(jié)結(jié)構(gòu)寄生電容的突變非常大，產(chǎn)生急劇的dV/dt突變，容易產(chǎn)生振蕩和EMI的問(wèn)題，這也是超結(jié)結(jié)構(gòu)固有特性，需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路。
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