揭示双管正激效率瓶颈：设计与损耗的平衡难题

双管正激（Dual Active Bridge, DAB）变换器作为一种具有双向能量传输能力的高频功率变换拓扑，被广泛应用于电动汽车充电桩、储能系统、服务器供电模块、光伏逆变器以及直流微电网等中高功率场景中。DAB结构具有拓扑简洁、能量双向流动、适配软开关、高功率密度等优点，理论上转换效率可以达到96%甚至更高。

然而，理想与现实之间总存在差距。即使采用先进控制策略与高性能器件，双管正激的实测效率仍常常低于设计预期。这背后隐藏着多个“效率杀手”，它们既来自器件本身的物理特性，也来自控制系统、PCB结构和热管理的综合影响。

一、双管正激基本工作原理

DAB 拓扑主要由两个全桥变换器组成，一个连接在输入侧，另一个连接在输出侧，二者之间通过一个高频隔离变压器耦合能量。两个全桥分别由4个开关管（通常为MOSFET或SiC）构成，变压器原边和副边各串联一个电感或集成漏感，以调控电流波形和功率流动方向。

工作核心是通过调整输入桥和输出桥之间的移相角来控制输出功率。例如，当输入桥先导通而输出桥滞后导通时，能量从输入流向输出；移相角越大，能量传输越强，反之则弱。由于电流是近似矩形波，而电压是方波，因此DAB在理论上具有非常高的ZVS（零电压开通）适应性。

但问题就在于，这一切的“高效率”前提是理想元件、精确控制和理想工作条件。在实际电路中，这些前提很难完全满足。

二、开关器件损耗分析

1. 导通损耗

MOSFET或SiC器件导通时存在导通电阻Rds(on)，其导通损耗可以用 P_on = I² × Rds(on) 计算。当功率增大、电流上升时，导通损耗会迅速上升。为了降低该损耗，一般选择Rds(on)尽量小的功率管。

2. 开关损耗

MOSFET每次导通或关断都伴随着一定的电压与电流交叠，形成瞬时能量耗散，尤其在高频率下更为显著。此类损耗主要与器件的输出电容（Coss）、门极电荷（Qg）和驱动能力有关。SiC MOSFET 虽然具备快开快关的优点，但其驱动要求高，若未配合合适驱动芯片与布局，很容易产生过冲或振荡。