電源開關的作用是為 PTC 負載提供和調節電流。PTC 負載的電流被切斷可能是由于用戶關閉了車輛加熱系統、PTC 負載上發生短路故障、開關驅動器發生故障或其中一個開關本身出現故障。

高壓汽車應用通常會使用以下三種電源開關中的至少一種：硅金屬氧化物場效應晶體管 (Si MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 和碳化硅金屬氧化物場效應晶體管 (SiC MOSFET)。氮化鎵 (GaN) 也正在一些汽車應用中嶄露頭角，具體取決于所使用的電池電壓。PTC 加熱器的額定輸出功率通常至少為 5kW，超過了傳統 Si MOSFET 的限制。因此，實際上有兩個選項可供選擇：IGBT 和 SiC。關于不同電源開關類型適用的功率級別可以參考圖 3-15。SiC 和 GaN 非常適合高頻開關應用。但是，在 PTC 加熱器中，開關損耗并不是需要重點緩解的問題。此外，快速開關可能會在系統中引入更多的 EMI，這是 PTC 加熱系統中更需要考慮的因素。SiC 和 GaN 的成本也遠高于 IGBT，而 IGBT 目前是 PTC 加熱器最合適的解決方案。

IGBT 廣泛用于開關頻率為 5kHz 至 20kHz 的高功率應用，因此適合用于典型的 PTC 加熱器控制模塊設計。IGBT 往往具有非常低的導通電阻，能夠實現低導通損耗，從而具有良好的效率。

流經電源開關的電流取決于當時 PTC 負載的阻抗和高壓電池電量。對于高側開關，設計人員必須選擇一個額定電壓高于高壓電池電平的電源開關。建議電源開關的額定電流要高于預計通過其各自 PTC 負載的最大電流。這可以通過將電池電壓除以正常工作狀態下 PTC 負載的最小電阻來確定。要了解典型 PTC 負載何時預計處于最小阻抗狀態，請參閱節 3.9。

在將電源開關設計到應用中時，設計人員必須做出的一個重要決策是確定開關驅動器所需的驅動強度。影響這一決策的因素包括：電源開關導通和關斷時間、效率和電壓過沖風險緩解。峰值驅動強度越高，電源開關的導通速度就越快，因為會更快地達到電源開關的柵極閾值，從而也能降低開關損耗。不過，設計人員可能需要考慮增加驅動強度的影響。如果漏源電壓隨時間的變化過大，可能會使電源開關面臨由系統中寄生電感引起的電壓過沖風險。建議將驅動強度設定為可避免這種情況的水平。降低驅動強度可減小 V_DS 過沖的風險，并減少柵源電壓 (V_GS) 的振鈴和電源開關的輻射噪聲。然而，系統中電源開關的上升時間會受到 PTC 負載電阻的緩解，因此一定程度的電壓過沖會在應用中自然地得到抑制。另一方面，較低的驅動強度可能導致更高的開關損耗。為了達到電源開關所需的適當驅動強度，設計人員必須進行一些測試，以在系統效率、時間和風險緩解之間取得適當平衡。

此外，設計人員必須考慮驅動開關柵極所需的功率、開關驅動器的功率額定值，以及開關頻率。如需有關如何選擇足夠柵極驅動強度的指導，MOSFET 和 IGBT 柵極驅動器電路的基本原理 是一個不錯的資源。

設計人員可以更改初始柵極電阻，直到達到所需的驅動強度。如需有關如何選擇柵極電阻的指導，柵極驅動器的外部柵極電阻器設計指南 可能是一個不錯的資源。