标签: 米勒振荡

上一节讲到 ，米勒振荡是因为强的负反馈引起的开关振荡，导致二次导通，对于后级大功率半桥、全桥等H桥拓扑结构应用中，容易导致上下管子瞬间导通从而炸毁管子，这个是开关电源设计中最核心的一环，所以如何避免米勒振荡可以认为是开关电源设计的核心关键。 A、减缓驱动强度 1、提高MOS管G极的输入串联电阻，一般该电阻阻值在1~100欧姆之间，具体值看MOS管的特性和工作频率，阻值越大，开关速度越缓。 2、在MOS管GS之间并联瓷片电容，一般容量在1nF~10nF附近。看实际需求。 调节电阻电容值，提高电阻和电容，降低充放电时间，减缓开关的边沿速度，这个方式特别适合于硬开关电路，消除硬开关引起的振荡。 B、加强关闭能力 1、差异化充放电速度，采用二极管加速放电速度 2、当第一种方案不足时，关闭时直接把GS短路 3、当第二种方案不足时，引入负压确保关断。 C、增加DS电容 在ZVS软开关电路中，比如UC3875移相电路中，MOS管DS之间，往往并联无感CBB小电容，一般容量在10nF以内，不能太大，有利于米勒振荡，注意该电容的发热量，频率更高的时候，需要用云母电容 D、提高漏极电感方式 相对应方案C的提高DS电容方式，该方案则采用提高漏极的电感方式 1、在漏极串联镍锌磁珠，提高漏极电感，减缓漏极的电流变化，降低米勒振荡，这个方案也是改善EMC的方法之一，效果比较明显，但该方案不适合高频率强电流的场合，否则该磁珠就发热太高而失效。 2、PCB布线时，人为的引入布线电感，增长MOS管漏极、源极的PCB布线长度，比如方案C的图中，适当提高半桥上下MOS管之间的引线，对改善米勒振荡有很大的影响，但这个需要自身的技术水平较高，否则容易失败，此外布线长度提高，需要相应的考虑MOS管的耐压，严重的，需要加MOS管吸收电路。 E、常用的MOS管吸收电路，利于保护MOS管因关闭时产生过高的电压导致DS击穿，对米勒振荡也有帮助，电路形式多样，以下列举四种，应用场合不同，采用不同的方式。 MOS管应用概述(四):基本参数

上一节讲了 MOS管的等效模型 ，引出了米勒振荡，可以这么讲，在电源设计中，米勒振荡是一个很核心的一环，尤其是超过100KHz以上的频率，而作者是做超高频感应加热电源的，工作频率在500K~1MHz范围，功率大于5KW，拓扑结构是LLC电路，H桥输出，此外为了实现功率线性可调节，采用40Hz PWM调制，可以理解为H桥以25mS为周期，不停的开始，关闭，而因为感应加热设备的负载是并联LC谐振环，这样每一次的开始等价于输出短路，所以开始的10来个周期的高频脉冲波形特别难看，米勒振荡很严重，如下图（Infineon C6 MOS管波形）： 大家知道Si MOS的Vgs电压工作范围为正负20V，超过这个电压，栅极容易被击穿，所以在米勒振荡严重的场合，需要加限压的稳压二极管，一般采用15V稳压二极管，有些采用15V的TVS管，响应速度快，但是TVS管相比稳压二极管来说，精度比较差，一致性不是很强，一般情况下还是推荐用稳压二极管。 上图为MOS管GS之间并联了稳压二极管，实现15V驱动电压钳制。稳压二极管一般用于米勒振荡严重的场合，尤其是频率特别高的，对于波形良好的软开关，或者振荡不明显的硬开关，不需要稳压二极管钳制。 0的过程中，有高压，又有电流，所以这个损耗很大，最早开关电源都是采用硬开关的，而开关损耗在硬开关中表现突出，此外开关损耗因为有高的电压和强的电流，瞬间功率很高，比如电压310V，开关时中间电流假设为10A，则瞬间功率就有3100W，冲击性很强，容易导致MOS管局部损伤，所以为了解决硬开关，引入了零电压(ZVS)、零电流(ZCS)的软开关技术，然而虽然软开关技术很好的解决了开关损耗问题，但是开关损耗还是存在，只是大大降低了，但是米勒振荡的多次开关，又提升了开关损耗。 米勒振荡若只是以上两点问题，那还不是问题的根本，最最让设计者头疼的是，在大功率拓扑结构中广泛使用的H桥，米勒振荡会存在一种可能，那就是上下管子恰好在某同一时刻导通，若导通的时间略长一些，则引起上下管子通过的瞬间电流巨大，因为MOS管的内阻都很小，只有百毫欧级别，当310V除以百毫欧姆电阻，产生的瞬间电流都在上百A，哪怕因为布线存在电感，实际这个电流小一些，但这个瞬间产生的功率还是巨大的，假设瞬间100A，则瞬间功率31000W，这么强的瞬间冲击，很容易让功率管损伤甚至烧坏而炸机。很多时候，短时间在公司测试OK，甚至十来天都OK，功率管温度也不高，但是一到客户哪儿就出问题，往往跟这个有关。 总结以上，米勒振荡引起三个问题： 1、击穿GS电压，引入稳压二极管钳制。 2、二次开关，引入软开关。 3、上下管子导通，头大，斗争的重点，下一节讲。 下图为仿真的MOS管驱动波形，大家可以看到里面有一个米勒振荡，信号源为10V，100KHz 米勒振荡的本质是因为在高压和高速开关下，注意是高压和高速开关下，MOS管在高压高速开关下，就是一个典型的高增益负反馈系统，负反馈特别严重(上一节讲到MOS管就是反相器)，高增益负反馈很容易引起振荡，尤其是反馈还是电容，又引入了相位移动，反馈相位接近270度。负反馈180度是稳定点，360度是振荡点，270度处于稳定与振荡点之间，所以强的负反馈会表现为衰减式振荡。（通俗的理解：输入因为有电感和电阻的限流，高压下反馈突变信号通过电容，因为不平衡引起振荡，这个类似热水器的温控PID。） 相同条件下，低压下因为负反馈没有这么剧烈，所以米勒振荡会很小，一般高频电源先用低压100V测试，波形很好，看不到米勒振荡，但是到了300V，波形就变差了。 下期讲解MOS管的米勒振荡应对方法 。