Hiệu ứng Miller là một hiện tượng liên quan đến điện dung ký sinh trong MOSFET, đặc biệt là điện dung giữa hai cực Gate (G) và Drain (D), ký hiệu là Cds. Hiệu ứng này ảnh hưởng đến tốc độ chuyển mạch của MOSFET và có thể gây ra những vấn đề như trễ khi bật/tắt hoặc tổn thất năng lượng trong các ứng dụng tần số cao. Hiệu ứng Miller xảy ra khi điện áp giữa hai cực Drain và Source thay đổi trong quá trình bật hoặc tắt MOSFET. Trong khoảng thời gian chuyển đổi, điện dung Cgd có vai trò như một tụ điện nối giữa cực Gate và cực Drain, gây ra hiện tượng phản hồi ngược (feedback) giữa các cực.
Điện dung Cgd không chỉ nhận trực tiếp điện áp thay đổi mà còn bị khuếch đại bởi sự thay đổi điện áp ở cực Drain (Vds). Kết quả là dòng điện sạc/xả qua Cgd tăng lên đáng kể, làm chậm quá trình chuyển đổi trạng thái của MOSFET.
Điện dung trên các cực của Mosfet
Trong datasheet của mosfet ta sẽ gặp 3 điện dung: Ciss, Coss vàCrss, chúng là sự kết hợp của CGS, CGD và CDS như sau: Ciss = Cgs + Cgd, Coss = Cds + Cgd, Crss = Cgd
Mosfet ở trạng thái ON
Công thức mô tả hiệu ứng Miller:
C_Miller = Cgd * (1 + A)
Trong đó:
– C_Miller: Điện dung hiệu quả của Cgd khi có hiệu ứng Miller.
– A: Độ khuếch đại điện áp (A = d Vds/d Vgs).
Ảnh Hưởng Của Hiệu Ứng Miller
– Khi MOSFET chuyển từ trạng thái bật sang tắt (hoặc ngược lại), sự thay đổi nhanh của Vds làm cho Cgd phải sạc hoặc xả một lượng điện lớn.
– Quá trình này tạo ra trễ chuyển đổi (Switching Delay), làm giảm tốc độ chuyển mạch.
– Trong thời gian trễ do hiệu ứng Miller, MOSFET có thể ở trạng thái chuyển tiếp (không hoàn toàn bật hoặc tắt). Lúc này, cả dòng điện và điện áp đều tồn tại, dẫn đến tổn thất công suất.
– Phản hồi ngược từ Cgd có thể gây dao động hoặc nhiễu không mong muốn tại cực Gate, làm ảnh hưởng đến tín hiệu điều khiển.
Để hạn chế ảnh hưởng của hiệu ứng Miller, các kỹ thuật sau được sử dụng:
– Sử dụng một điện trở nhỏ (Rg) nối tiếp với chân Gate giúp giảm tốc độ thay đổi Vgs, từ đó hạn chế tác động của Cgd. Tuy nhiên, giá trị điện trở phải được chọn cẩn thận để không làm giảm tốc độ chuyển mạch quá nhiều.
– MOSFET Driver có khả năng cung cấp dòng sạc/xả lớn cho Cgs và Cgd, giúp tăng tốc độ chuyển mạch và giảm trễ.
– Thêm mạch snubber (tụ điện và điện trở) giữa Drain và Source để giảm tốc độ thay đổi điện áp d Vds/dt, từ đó làm giảm hiệu ứng Miller.
– Chọn MOSFET có Cgd thấp để giảm thiểu ảnh hưởng của hiệu ứng Miller.
Hiệu ứng Miller thường được quan tâm trong các ứng dụng tần số cao, như:
– Nguồn xung (SMPS): Đòi hỏi tốc độ chuyển mạch cao để tăng hiệu suất.
– Mạch điều khiển động cơ: Ở tần số PWM cao, hiệu ứng Miller có thể gây trễ và tổn thất công suất.
– Bộ biến tần (Inverter): Ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng tín hiệu đầu ra.
Hiệu ứng Miller là một yếu tố quan trọng cần xem xét khi thiết kế mạch sử dụng MOSFET, đặc biệt trong các ứng dụng tần số cao. Hiểu rõ và áp dụng các biện pháp giảm thiểu hiệu ứng này giúp tăng tốc độ chuyển mạch, giảm tổn thất công suất, và cải thiện độ tin cậy của hệ thống.
