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B009 半桥驱动设计翻车？米勒效应在捣鬼，五招让误导通彻底消失
作者：资深电子工程师（10年消费电子设计经验）
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米勒效应的根本原因
米勒效应是由MOS管的栅漏电容（\(C_{gd}\)，即米勒电容）引起的。当半桥上管导通时，中点电压（下管漏极）的快速变化（高 \(dv/dt\)）通过 \(C_{gd}\) 耦合到下管的栅极，导致其栅极电压瞬间抬升，可能超过阈值电压（\(V_{th}\)），从而引起下管误导通。
消除半桥驱动中的米勒效应需要从电路设计、元件选型、布局优化以及控制策略等多方面综合采取措施。以下是系统性的解决方案及实施步骤：
米勒钳位成本： 中 难度： 低 效果：★★★★
原理：在关断期间，通过低阻抗路径快速泄放栅极耦合电荷。
实现方法：
专用驱动芯片：选用集成米勒钳位功能的驱动芯片。这些芯片在关断时会主动下拉栅极电压至地或负压。
外部钳位电路：若驱动芯片无此功能，可添加钳位二极管和电阻。在栅极和源极间并联快恢复二极管（如1N4148）和电阻（10Ω），在电压尖峰时提供放电回路。
负压关断成本： 高 难度： 中 效果：★★★★★
原理：关断期间对栅极施加负电压，抵消米勒效应引起的电压抬升。
实现方法：
双电源驱动：使用独立负压电源（如-5V）直接供电。
电荷泵电路：通过电荷泵芯片（如TC7660）生成负压，成本低且无需额外绕组。
优化栅极驱动电路成本： 中 难度： 中 效果：★★★★
降低驱动阻抗：减小栅极下拉电阻，加速电荷泄放。使用有源下拉电路（三极管或MOS管）替代电阻，关断时提供更低阻抗路径。
增强驱动能力：选择峰值驱动电流≥2A的驱动芯片，缩短开关时间，减少 (dv/dt) 持续时间。
元件选型优化：低Cgd MOS管，选择(Cgd/Cgs) 比值小的MOS管
增加RC缓冲电路：在半桥中点和地之间并联RC吸收电路（如10Ω+100nF），抑制电压尖峰。
PCB布局优化成本： 低 难度： 高 效果：★★★★ 适用场景： 所有场景（必选）
(1) 关键信号隔离
高 (dv/dt) 节点远离敏感走线：半桥中点（SW节点）与下管栅极驱动走线保持至少5mm间距，避免平行布线。
信号线屏蔽：驱动信号线采用夹层布线，上下层用接地层屏蔽。
地平面分割：将功率地（PGND）与信号地（AGND）单点连接，避免地弹噪声耦合。
(2) 最小化环路电感
驱动回路：驱动芯片尽量靠近MOS管，缩短栅极驱动路径。使用多层板，驱动回路通过过孔直接连接至MOS管源极。
功率回路：上管、下管和输入电容形成最小闭合回路，降低(di/dt) 引起的感应电压。
(3) 滤波与屏蔽
栅极滤波电容：在下管栅源极并联小电容（100pF~1nF），滤除高频噪声（但需注意可能减缓关断速度）。
屏蔽过孔：在驱动信号线两侧密集布置接地过孔，形成法拉第屏蔽。
软件与控制策略优化成本：低 难度： 中 效果： ★★★
(1) 动态死区时间调整
原理：死区时间不足会导致上下管直通，但过长会降低效率。
实现方法：根据负载电流和温度动态调整死区时间（如高负载时延长死区）。
代码示例（基于MCU）：
void set_dead_time(uint16_t load_current) {
if (load_current > 20A) dead_time = 500ns;
else dead_time = 200ns;
PWM_ConfigureDeadTime(dead_time);
}
(2)软开关技术
零电压开关（ZVS）：在MOS管开启前，确保其漏源电压已降至零。需检测中点电压或电流过零点，适用于LLC谐振拓扑。
实现步骤：
1. 通过ADC或比较器检测中点电压。
2. 当电压接近零时触发MOS管开启信号。
(3) 开关斜率控制
调整栅极电阻：增大栅极电阻可降低 (dv/dt)，但会增加开关损耗。
验证与调试方法
(1) 关键测试点
下管栅极波形：使用高压差分探头测量(VGS)，确认电压尖峰是否低于阈值（如
中点电压波形：观测 (dv/dt) 斜率，正常值应低于50V/ns（与MOS管特性相关）。
(2) 热成像与效率测试
热成像仪检测：下管无负载时发热表明存在误导通。
效率对比：优化前后测量半桥效率，确保开关损耗在可接受范围。
权衡开关速度与EMI：2. 负压安全性：负压值通常不超过-10V，避免击穿MOS管栅极。
3. 元件温升：RC缓冲电路中的电阻需根据功率选型，避免过热。
通过上述综合措施，可有效消除或显著降低米勒效应的影响。实际设计中需结合具体应用场景（如开关频率、功率等级）选择最合适的方案。
来源：南风灬知我意