怎样降低开关管的开关损耗？

以下是一些降低开关管开关损耗的有效方法：

一、选用合适的开关管 采用宽禁带半导体材料开关管 碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料制成的开关管是很好的选择。与传统的硅基开关管相比，它们具有更高的电子迁移率、更低的导通电阻和更快的开关速度。例如，碳化硅 MOSFET 的导通电阻可以比相同耐压等级的硅基 MOSFET 低很多，这在降低导通损耗的同时，由于其开关速度快，能够减少开关过程中的电压和电流交叠时间，从而降低开关损耗。

这些宽禁带半导体开关管还能在更高的温度和频率下工作，有助于提高开关电源的功率密度和效率。例如，在高频开关电源应用中，氮化镓开关管可以在几百 kHz 甚至数 MHz 的频率下有效工作，而传统硅基开关管在这样的高频下，开关损耗会变得非常大。

二、优化开关管的驱动电路

调整驱动电阻 驱动电路中的驱动电阻对开关管的开关速度有重要影响。通过适当增大驱动电阻，可以减缓开关管的开通和关断速度，减少开关过程中的电压和电流变化率（dv/dt 和 di/dt），从而降低开关损耗。但是，驱动电阻过大也会导致开关管的导通和关断延迟增加，影响电源的工作效率。因此，需要根据开关管的特性和具体的电路参数进行优化调整。

例如，在一个以 MOSFET 为开关管的开关电源中，原始驱动电阻为 10Ω，开关损耗较高。通过实验将驱动电阻调整为 20Ω 后，发现开关管的开通和关断速度变慢，开关损耗降低了约 30%，但同时导通和关断延迟略有增加，需要综合考虑对电源性能的整体影响。

 采用有源钳位驱动技术 有源钳位驱动电路可以有效控制开关管在关断过程中的电压尖峰，减少开关损耗。在开关管关断瞬间，有源钳位电路能够将开关管的电压限制在一个安全范围内，避免过高的电压尖峰导致开关管的损耗增加。

例如，在一些反激式开关电源中，采用有源钳位驱动技术后，开关管的关断电压尖峰可以从原来的几百伏降低到合理范围内，大大降低了开关管的关断损耗，同时提高了开关管的可靠性。

三、软开关技术的应用

零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS） 零电压开关技术是指让开关管在电压为零时开通，零电流开关技术是指让开关管在电流为零时关断。实现 ZVS 或 ZCS 可以显著降低开关损耗。例如，在谐振变换器中，通过合理设计谐振电路的参数，使开关管在零电压或零电流条件下进行开关动作。

以 LLC 谐振变换器为例，它利用变压器漏感和谐振电容组成谐振网络，能够实现开关管的零电压开关。在这种变换器中，开关管在开通时，其两端电压已经下降到零，此时开通开关管，几乎没有电压和电流的交叠，开关损耗可以降低到很低的水平。

准谐振技术

准谐振技术是一种在传统硬开关电路基础上进行改进的软开关技术。它通过在开关管的开关过程中引入谐振，使开关管在接近零电压或零电流的条件下进行开关。例如，在准谐振反激变换器中，在开关管关断后，利用变压器的漏感和寄生电容形成谐振，使开关管在下次开通时，其两端电压已经谐振到较低的值，从而降低了开通损耗。

四、优化电路拓扑结构 采用双开关管结构 在一些拓扑结构中，如双管正激变换器，使用两个开关管串联。这种结构可以在开关管关断时，将电压分摊到两个开关管上，降低每个开关管承受的电压应力，从而减少关断损耗。同时，双管结构还可以提高变换器的可靠性，因为两个开关管同时出现故障的概率相对较低。

选用合适的变换器拓扑

不同的变换器拓扑对开关管的开关损耗影响不同。例如，相移全桥变换器能够通过控制桥臂之间的相移，实现开关管的软开关，降低开关损耗。与传统的硬开关全桥变换器相比，相移全桥变换器在中大功率应用中，开关损耗可以降低 30% - 50% 左右，有效提高了电源的效率。