怎樣降低開關(guān)管的開關(guān)損耗？

以下是一些降低開關(guān)管開關(guān)損耗的有效方法：

一、選用合適的開關(guān)管 采用寬禁帶半導(dǎo)體材料開關(guān)管 碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬禁帶半導(dǎo)體材料制成的開關(guān)管是很好的選擇。與傳統(tǒng)的硅基開關(guān)管相比，它們具有更高的電子遷移率、更低的導(dǎo)通電阻和更快的開關(guān)速度。例如，碳化硅 MOSFET 的導(dǎo)通電阻可以比相同耐壓等級(jí)的硅基 MOSFET 低很多，這在降低導(dǎo)通損耗的同時(shí)，由于其開關(guān)速度快，能夠減少開關(guān)過(guò)程中的電壓和電流交疊時(shí)間，從而降低開關(guān)損耗。

這些寬禁帶半導(dǎo)體開關(guān)管還能在更高的溫度和頻率下工作，有助于提高開關(guān)電源的功率密度和效率。例如，在高頻開關(guān)電源應(yīng)用中，氮化鎵開關(guān)管可以在幾百 kHz 甚至數(shù) MHz 的頻率下有效工作，而傳統(tǒng)硅基開關(guān)管在這樣的高頻下，開關(guān)損耗會(huì)變得非常大。

二、優(yōu)化開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路

調(diào)整驅(qū)動(dòng)電阻 驅(qū)動(dòng)電路中的驅(qū)動(dòng)電阻對(duì)開關(guān)管的開關(guān)速度有重要影響。通過(guò)適當(dāng)增大驅(qū)動(dòng)電阻，可以減緩開關(guān)管的開通和關(guān)斷速度，減少開關(guān)過(guò)程中的電壓和電流變化率（dv/dt 和 di/dt），從而降低開關(guān)損耗。但是，驅(qū)動(dòng)電阻過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷延遲增加，影響電源的工作效率。因此，需要根據(jù)開關(guān)管的特性和具體的電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

例如，在一個(gè)以 MOSFET 為開關(guān)管的開關(guān)電源中，原始驅(qū)動(dòng)電阻為 10Ω，開關(guān)損耗較高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)將驅(qū)動(dòng)電阻調(diào)整為 20Ω 后，發(fā)現(xiàn)開關(guān)管的開通和關(guān)斷速度變慢，開關(guān)損耗降低了約 30%，但同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷延遲略有增加，需要綜合考慮對(duì)電源性能的整體影響。

 采用有源鉗位驅(qū)動(dòng)技術(shù) 有源鉗位驅(qū)動(dòng)電路可以有效控制開關(guān)管在關(guān)斷過(guò)程中的電壓尖峰，減少開關(guān)損耗。在開關(guān)管關(guān)斷瞬間，有源鉗位電路能夠?qū)㈤_關(guān)管的電壓限制在一個(gè)安全范圍內(nèi)，避免過(guò)高的電壓尖峰導(dǎo)致開關(guān)管的損耗增加。

例如，在一些反激式開關(guān)電源中，采用有源鉗位驅(qū)動(dòng)技術(shù)后，開關(guān)管的關(guān)斷電壓尖峰可以從原來(lái)的幾百伏降低到合理范圍內(nèi)，大大降低了開關(guān)管的關(guān)斷損耗，同時(shí)提高了開關(guān)管的可靠性。

三、軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用

零電壓開關(guān)（ZVS）和零電流開關(guān)（ZCS） 零電壓開關(guān)技術(shù)是指讓開關(guān)管在電壓為零時(shí)開通，零電流開關(guān)技術(shù)是指讓開關(guān)管在電流為零時(shí)關(guān)斷。實(shí)現(xiàn) ZVS 或 ZCS 可以顯著降低開關(guān)損耗。例如，在諧振變換器中，通過(guò)合理設(shè)計(jì)諧振電路的參數(shù)，使開關(guān)管在零電壓或零電流條件下進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。

以 LLC 諧振變換器為例，它利用變壓器漏感和諧振電容組成諧振網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)。在這種變換器中，開關(guān)管在開通時(shí)，其兩端電壓已經(jīng)下降到零，此時(shí)開通開關(guān)管，幾乎沒有電壓和電流的交疊，開關(guān)損耗可以降低到很低的水平。

準(zhǔn)諧振技術(shù)

準(zhǔn)諧振技術(shù)是一種在傳統(tǒng)硬開關(guān)電路基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的軟開關(guān)技術(shù)。它通過(guò)在開關(guān)管的開關(guān)過(guò)程中引入諧振，使開關(guān)管在接近零電壓或零電流的條件下進(jìn)行開關(guān)。例如，在準(zhǔn)諧振反激變換器中，在開關(guān)管關(guān)斷后，利用變壓器的漏感和寄生電容形成諧振，使開關(guān)管在下次開通時(shí)，其兩端電壓已經(jīng)諧振到較低的值，從而降低了開通損耗。

四、優(yōu)化電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 采用雙開關(guān)管結(jié)構(gòu) 在一些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，如雙管正激變換器，使用兩個(gè)開關(guān)管串聯(lián)。這種結(jié)構(gòu)可以在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，將電壓分?jǐn)偟絻蓚€(gè)開關(guān)管上，降低每個(gè)開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力，從而減少關(guān)斷損耗。同時(shí)，雙管結(jié)構(gòu)還可以提高變換器的可靠性，因?yàn)閮蓚€(gè)開關(guān)管同時(shí)出現(xiàn)故障的概率相對(duì)較低。

選用合適的變換器拓?fù)?/p>

不同的變換器拓?fù)鋵?duì)開關(guān)管的開關(guān)損耗影響不同。例如，相移全橋變換器能夠通過(guò)控制橋臂之間的相移，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)，降低開關(guān)損耗。與傳統(tǒng)的硬開關(guān)全橋變換器相比，相移全橋變換器在中大功率應(yīng)用中，開關(guān)損耗可以降低 30% - 50% 左右，有效提高了電源的效率。