在电力电子领域，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）作为一种重要的功率半导体器件，在开关过程中会面临诸多问题，其中米勒电容所引起的寄生导通效应是一个常见且需要解决的难题。接下来，我们将深入探讨如何减轻这种寄生导通效应。

米勒电容寄生导通效应的产生

当 IGBT 在开关时，普遍会遇到寄生米勒电容开通期间的米勒平台问题。米勒效应在单电源门极驱动的应用中影响十分明显。基于门极 G 与集电极 C 之间的耦合，在 IGBT 关断期间会产生一个很高的瞬态 dv/dt，这会引发门极 VGE 间电压升高而导通，这是一个潜在的风险，如图 1 所示。

在半桥拓扑中，当上管 IGBT（S1）正在导通，产生变化的电压 dV/dt 加在下管 IGBT（S2）C - E 间。电流流经 S2 的寄生米勒电容 CCG、门极驱动电阻 RG、内部集成门极驱动电阻 RDRIVER，如图 2 所示。电流大小大致可以通过如下公式进行估算：

这个电流会使门极电阻两端产生电压差，若该电压超过 IGBT 的门极驱动门限阈值，将导致寄生导通。设计工程师需要注意的是，IGBT 节温上升会导致 IGBT 门极驱动阈值有所下降，通常为 mv/℃ 级。当下管 IGBT（S2）导通时，寄生米勒电容引起的导通同样会发生在上管 S1 上。

减缓米勒效应的解决方法

通常有三种传统的方法来解决以上问题，此外，还有一种简单而有效的解决方案即有源钳位技术。

独立的门极开通和关断电阻

门极导通电阻 RGON 影响 IGBT 导通期间的门极充电电压和电流。增大这个电阻将减小门极充电的电压和电流，但会增加开通损耗。而寄生米勒电容引起的导通可以通过减小关断电阻 RGOFF 来有效抑制。较小的 RGOFF 同样也能减少 IGBT 的关断损耗，然而需要付出的代价是在关断期间由于杂散电感会产生很高的过压尖峰和门极震荡。

增加 G - E 间电容以限制米勒电流

在 G - E 间增加电容 CG 将影响 IGBT 开关的特性。CG 分担了米勒电容产生的门极充电电流，鉴于这种情况，IGBT 的总的输入电容为 CG||CG’。门极充电要达到门极驱动的阈值电压需要更多的电荷，如图 3 所示。

因为 G - E 间增加电容，驱动电源功耗会增加，在相同的门极驱动电阻情况下 IGBT 的开关损耗也会增加。

采用负电源以提高门限电压

采用门极负电压来安全关断，特别是在 IGBT 模块 100A 以上的应用中，是很典型的运用。在 IGBT 模块 100A 以下的应用中，出于成本原因考虑，负门极电压驱动很少被采用。典型的负电源电压电路如图 4 所示。

增加负电源供电会增加设计复杂度，同时也会增大设计尺寸。

有源米勒钳位解决方案

为了避免 RG 优化问题、CG 的损耗和效率、负电源供电增加成本等问题，另一种通过门极 G 与射极 E 短路的方法被采用来抑制因为寄生米勒电容导致的意想不到的开通。这种方法可以在门极 G 与射极 E 之间增加三极管来实现，在 VGE 电压达到某个值时，门极 G 与射极 E 的短路开关（三极管）将触发工作。这样流经米勒电容的电流将通过三极管旁路而不至于流向驱动器引脚 VOUT。这种技术就叫有源米勒钳位技术，如图 5 所示。

不过，增加三极管将增加驱动电路的复杂度。

结论

以上阐述的四种技术的对比如下表 1 所示。

在近几年时间里，高度集成的门极驱动器已经包含有源米勒钳位解决方案并带有饱和压降保护、欠电压保护。这为解决米勒电容寄生导通效应提供了更加便捷和可靠的途径。在实际应用中，工程师需要根据具体的电路要求和成本等因素，综合考虑选择合适的方法来减轻米勒电容所引起的寄生导通效应，以确保 IGBT 电路的稳定和可靠运行。