电源开关的作用是为 PTC 负载提供和调节电流。PTC 负载的电流被切断可能是由于用户关闭了车辆加热系统、PTC 负载上发生短路故障、开关驱动器发生故障或其中一个开关本身出现故障。

高压汽车应用通常会使用以下三种电源开关中的至少一种：硅金属氧化物场效应晶体管 (Si MOSFET)、绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 和碳化硅金属氧化物场效应晶体管 (SiC MOSFET)。氮化镓 (GaN) 也正在一些汽车应用中崭露头角，具体取决于所使用的电池电压。PTC 加热器的额定输出功率通常至少为 5kW，超过了传统 Si MOSFET 的限制。因此，实际上有两个选项可供选择：IGBT 和 SiC。关于不同电源开关类型适用的功率级别可以参考图 3-15。SiC 和 GaN 非常适合高频开关应用。但是，在 PTC 加热器中，开关损耗并不是需要重点缓解的问题。此外，快速开关可能会在系统中引入更多的 EMI，这是 PTC 加热系统中更需要考虑的因素。SiC 和 GaN 的成本也远高于 IGBT，而 IGBT 目前是 PTC 加热器最合适的解决方案。

IGBT 广泛用于开关频率为 5kHz 至 20kHz 的高功率应用，因此适合用于典型的 PTC 加热器控制模块设计。IGBT 往往具有非常低的导通电阻，能够实现低导通损耗，从而具有良好的效率。

流经电源开关的电流取决于当时 PTC 负载的阻抗和高压电池电量。对于高侧开关，设计人员必须选择一个额定电压高于高压电池电平的电源开关。建议电源开关的额定电流要高于预计通过其各自 PTC 负载的最大电流。这可以通过将电池电压除以正常工作状态下 PTC 负载的最小电阻来确定。要了解典型 PTC 负载何时预计处于最小阻抗状态，请参阅节 3.9。

在将电源开关设计到应用中时，设计人员必须做出的一个重要决策是确定开关驱动器所需的驱动强度。影响这一决策的因素包括：电源开关导通和关断时间、效率和电压过冲风险缓解。峰值驱动强度越高，电源开关的导通速度就越快，因为会更快地达到电源开关的栅极阈值，从而也能降低开关损耗。不过，设计人员可能需要考虑增加驱动强度的影响。如果漏源电压随时间的变化过大，可能会使电源开关面临由系统中寄生电感引起的电压过冲风险。建议将驱动强度设定为可避免这种情况的水平。降低驱动强度可减小 V_DS 过冲的风险，并减少栅源电压 (V_GS) 的振铃和电源开关的辐射噪声。然而，系统中电源开关的上升时间会受到 PTC 负载电阻的缓解，因此一定程度的电压过冲会在应用中自然地得到抑制。另一方面，较低的驱动强度可能导致更高的开关损耗。为了达到电源开关所需的适当驱动强度，设计人员必须进行一些测试，以在系统效率、时间和风险缓解之间取得适当平衡。

此外，设计人员必须考虑驱动开关栅极所需的功率、开关驱动器的功率额定值，以及开关频率。如需有关如何选择足够栅极驱动强度的指导，MOSFET 和 IGBT 栅极驱动器电路的基本原理 是一个不错的资源。

设计人员可以更改初始栅极电阻，直到达到所需的驱动强度。如需有关如何选择栅极电阻的指导，栅极驱动器的外部栅极电阻器设计指南 可能是一个不错的资源。