【導讀】物wu理li法fa則ze無wu法fa擊ji敗bai。電dian阻zu必bi然ran消xiao耗hao電dian能neng，並bing產chan生sheng熱re量liang和he壓ya降jiang。電dian容rong器qi要yao消xiao耗hao時shi間jian存cun儲chu電dian荷he，再zai花hua時shi間jian釋shi放fang電dian荷he。電dian感gan器qi要yao花hua時shi間jian製zhi造zao電dian磁ci場chang並bing讓rang其qi坍tan塌ta。我wo們men對dui此ci無wu能neng為wei力li，因yin此ci
，自zi熱re離li子zi管guan誕dan生sheng之zhi日ri起qi，電dian子zi產chan品pin設she計ji師shi就jiu學xue會hui了le通tong過guo開kai發fa巧qiao妙miao的de電dian路lu拓tuo撲pu來lai解jie決jue這zhe些xie因yin素su。事shi實shi表biao明ming，物wu理li就jiu是shi物wu理li
，過guo去qu對dui管guan適shi用yong的de規gui則ze也ye同tong樣yang適shi用yong於yu今jin天tian的de高gao性xing能neng半ban導dao體ti。

米勒電容如何限製高頻放大

以米勒效應為例。在20世紀20年代，美國電子工程師約翰·彌爾頓·米mi勒le發fa現xian簡jian單dan的de真zhen空kong三san極ji管guan當dang作zuo為wei放fang大da器qi使shi用yong時shi
，由you於yu網wang格ge和he陽yang極ji之zhi間jian存cun在zai內nei部bu電dian容rong，會hui出chu現xian一yi個ge問wen題ti。這zhe個ge電dian容rong通tong過guo在zai電dian容rong的de阻zu抗kang隨sui著zhe不bu斷duan升sheng高gao的de運yun行xing頻pin率lv而er降jiang低di時shi施shi加jia越yue來lai越yue高gao的de負fu反fan饋kui，降jiang低di放fang大da器qi的de帶dai寬kuan。

米勒認識到，如圖1所示將兩個三極管串聯（如級聯型三極管或共源共柵拓撲）kenenghuijiangdicongshurudaoshuchudezongdianrong。jianyushangguanpaidianyaguding，shangsanjiguandeyinjidianyatongguoxiasanjiguankongzhi。dangkaifachudaiyouneibulianzhadesijiguanhou，zhezhongneibudianrongjiqixiangguanxiaoyinghuijiangdi
，congerkeyigoujiankeyizaishubaizhaohexiayunxingdedanguanfangdaqi。

【圖1：原始的聯級三極管或共源共柵電路】

米勒效應的回歸

隨著設計師開始用固態半導體代替熱離子管，米勒效應也回歸了，而這又一次開始限製高頻運行。

為什麼會這樣？在基於MOSFET的開關電路中，米勒效應限製了開關速度，因為驅動電路必須以一種低損耗的可靠方式為輸入電容充電和放電。這種米勒電容（即CGD）的效應會因柵極電壓而異。

例如，考慮增強模式的MOSFET開關，它在柵極電壓為0V時關閉。總的柵極輸入電容表現為一個網絡（請參見圖2），包括CGS、CGD、CDS、負載ZL和散裝電容CBULK。CGD兩端還有正電壓。當MOSFET打開時，漏電壓降至接近零，總電容變成與CGS並聯的CGD，且與關態相比跨CGD有負電壓。在從開到關再從關到開的開關過程中，輸入電容必須在這些條件之間交換。

【圖2：關閉和打開時的MOSFET輸入電容相同】

MOSFET柵極開關波形正向部分的平台期（參見圖3）代表兩個輸入電容狀態間的轉換，因為驅動器突然必須努力工作
，從而使開關轉換變慢。為了加劇效應，如漏極壓降
，它會嚐試“推動”柵極負壓經過CGD，與正的開態電壓命令相抗。當驅動MOSFET關閉時，此過程會反過來。CGD會嚐試“拉動”柵極正壓，這就是為什麼鼓勵處理MOSFET和IGBT的設計師使用負的關態柵極電壓抵消這種效應。這會轉而提高驅動柵極所需的功率。

【圖3：柵極驅動電壓的米勒電容“平台”】

控製柵漏電容

器件的柵漏電容CGD會受到半導體器件的體係結構的影響，因此會因橫向或縱向構建而異。可以盡量降低CGD以獲得低壓MOSFET，但是在高壓下它可以變成一個問題

，尤其是當設計師想要使用碳化矽（SiC）或氮化镓（GaN）等材料構建寬帶隙器件時。有些物理規律是無法規避的：這些技術的開關速度仍受其米勒電容的限製，對抗米勒效應的最佳方式是使用共源共柵電路拓撲。

現代化的共源共柵

基本的SiC開關使用結FET（JFET）結構。如果JFET是作為垂直器件構建的，其CGD可能達到有利的低點，而其漏源電容CDS還可以更低。但是，JFET是常開型器件，其柵極為0V
，需(xu)要(yao)負(fu)的(de)柵(zha)極(ji)電(dian)壓(ya)才(cai)能(neng)關(guan)閉(bi)。這(zhe)是(shi)橋(qiao)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)問(wen)題(ti)

，在(zai)該(gai)電(dian)路(lu)中(zhong)，所(suo)有(you)器(qi)件(jian)默(mo)認(ren)為(wei)開(kai)態(tai)
，適(shi)用(yong)瞬(shun)時(shi)功(gong)率(lv)。使(shi)用(yong)常(chang)關(guan)型(xing)器(qi)件(jian)構(gou)建(jian)此(ci)類(lei)電(dian)路(lu)會(hui)更(geng)好(hao)，該(gai)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)布(bu)置(zhi)共(gong)源(yuan)共(gong)柵(zha)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)的(de)Si MOSFET和SiC JFET（圖4）來實現。

【圖4：矽/碳化矽共源共柵】

當MOSFET柵極和源極電壓為0V時，漏極電壓升高。JFET柵極也為0V
，因此當源極電壓從MOSFET漏極電壓升高到10 V時
，JFET會見證柵極和源極之間出現-10 V電壓，因此開關關閉。當MOSFET柵極電壓為正時，它會打開，因此讓JFET的柵極和源極短接，從而打開JFET。這個電路拓撲會創建所需的常關型器件
，MOSFET柵極電壓為0V。該拓撲還意味著串聯的輸入輸出電容包括CDS，以實現JFET

，它的值接近於零

，從而降低了米勒效應，以及它對高頻增益的影響。

其他優勢

在開關時，Si MOSFET漏極電壓是JFET漏極電壓經過幾乎為零的JFET漏源電容CDS和MOSFET的非零CDS“傾瀉而下”，因此MOSFET漏極保持低壓。這意味著，MOSFET可以是低壓類型，且漏極和源極之間維持非常低的導通電阻，且柵極驅動更加容易。還有一個優勢
，那就是低壓MOSFET的體二極管的前向壓降非常低

，且恢複速度快。JFET沒有體二極管，因此當需要第三象限反向開關導電時
，如在換流橋電路或同步整流中

，MOSFET體二極管會導電。這會將JFET柵源限製到約+0.6 V，從而確保它在最大程度上打開，這可實現反向電流和低壓降。

米勒效應的終結

SiC共源共柵拓撲解決了米勒電容問題
，且同時實現了簡單的柵極驅動、常關運行和高性能體二極管。這與SiC MOSFET不同，在SiC MOSFET中，體二極管特征差，甚至與GaN HEMT也不同
，後者有高CDS。物wu理li特te征zheng的de不bu變bian性xing導dao致zhi熱re離li子zi器qi件jian中zhong產chan生sheng限xian製zhi高gao頻pin增zeng益yi的de米mi勒le效xiao應ying，這zhe也ye適shi用yong於yu半ban導dao體ti器qi件jian。不bu過guo
，這zhe種zhong不bu變bian性xing也ye意yi味wei著zhe基ji於yu共gong源yuan共gong柵zha的de問wen題ti解jie決jue方fang案an在zai現xian代dai化hua的deSiC器件中與在老式管中同樣適用。似乎改變越多，不變的也越多。

來源： UnitedSiC

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