栅极驱动为什么要用负压关断和米勒钳位 - 电力元件展

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半桥中的一只器件已经收到关断指令，栅极驱动输出也在低电平，另一只器件快速开通时，它的栅压却可能向上跳。原因是漏源极电压急剧变化，通过栅漏电容注入一股米勒电流。关断回路若阻抗较大，这股电流会在栅极上建立电压，严重时造成误开通。负压关断和米勒钳位，都是为这股电流安排更可靠的去路。

漏极电压变化会穿过栅漏电容

功率器件的栅极并非只对源极有电容，它与漏极之间也存在栅漏电容。半桥换流时，关断器件的漏源极电压快速上升，位移电流通过栅漏电容流入栅极节点。电流大小与电容和 dv/dt 相关。器件开得越快，关断侧受到的耦合越强。

这股电流要沿关断栅极电阻、驱动芯片下拉管、源极回路返回。路径上的阻抗会形成电压。共源电感还会因主电流变化让源极参考跳动，使驱动器看到的电压与芯片真实栅源电压不同。栅极波形中的尖峰，因此是电容耦合与回路阻抗共同作用的结果。

负压关断提供的是阈值裕量

若关断电平为零，米勒电流只需把栅压抬到器件阈值附近，就可能形成沟道。把关断电平设为适度负值，相当于增加了一段电压距离。同样幅度的栅极尖峰，不再轻易跨过阈值。高温下阈值可能变化，负压裕量也能减弱这种敏感性。

负压并非越深越好。器件栅极有允许的负向电压边界，回路振铃还可能叠加在直流负压上。过深负压会增加栅极应力，反向导通过程的损耗也可能变化。负压电源的启动与掉电顺序若失控，还会在系统上电阶段制造异常栅压。

米勒钳位只在关断后半程接管

器件刚开始关断时，驱动器需要快速抽走栅极电荷，普通下拉输出承担主要电流。当栅压降到设定阈值后，米勒钳位晶体管导通，把栅极更直接地连接到源极。这样可以绕开较大的外部关断电阻，让后续 dv/dt 耦合电流就近回流。

钳位开启过早，可能干扰正常关断波形；开启过晚，米勒尖峰已经发生。钳位回路本身也要短，若引线电感很大，名义上的低阻抗在高频下并不低。集成钳位的价值很大一部分来自距离，而不只是开关导通电阻。

误开通会带来直通和额外热量

关断器件被短暂抬开时，上下桥臂形成交叉导通，电流不经过负载而直接穿过母线。脉冲持续时间很短，峰值却可能很高，并叠加在正常换流电流上。示波器上可能只看到一个窄尖峰，反复发生后会变成器件温升和电磁干扰。

负压关断和米勒钳位并不能替代良好布局。减小功率回路与驱动回路耦合、使用独立源极参考、控制开通速度，都会降低根源处的米勒电流或栅极抬升。驱动功能是在剩余耦合上增加防线。

栅极驱动加入负压关断和米勒钳位，是为了控制高速换流产生的耦合电流。负压扩大阈值裕量，钳位缩短回流路径，开尔文连接稳定参考点。三者配合，才能让已经关断的器件在邻管快速动作时仍保持安静。

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    文章来源：PCIM电力元件可再生能源管理展

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