2.6 软开关的开关过程

相对功率半导体器件的硬开关而言，软开关的特点是其开关过程的功率损耗近乎为零。

2.6.1 软开关

功率半导体开关器件的硬开关存在三个主要弊害：开关损耗大，开关频率受限，d i /d t 和d u /d t 对开关的电应力冲击及其产生的电磁干扰。为了减少或消除硬开关的弊害，提出了软开关的概念，即功率半导体开关在导通或关断过程的功耗近乎为零。软开关有两类基本的开关型式，即零电压开关（Zero Voltage Switch，ZVS）和零电流开关（Zero Current Switch，ZCS）。在开关开通或关断过程中，ZVS是指功率半导体开关的端电压为0，ZCS是指流过功率半导体开关的电流为0。它们既可用于开关的开通过程，也可用于开关的关断过程。

2.6.2 ZCS的开关过程

大电感负载的理想开关（见图2.23）的导通电流从零线性上升，导通功耗近乎为0，这可以称为ZCS的开通过程。对于图2.31所示的斩波电路，假设在功率开关S导通前感性负载的电流 i _L 为0，而且认为负载的电感量足够大，那么开关S的导通电压、电流、功率曲线如图2.34所示。与图2.32不同，开关电流呈现缓慢上升的过程，在开关电压下降到通态压降前保持了一个小电流状态。大电感延迟了开关电流的峰值时间。因此，开关功耗也明显减小。

对于图2.31的开关S，在导通状态时，开关的电压、电流和功率不为0。如果采用硬开关关断，则必将引起大的开关关断功耗。如果能确保开关S在关断时的电流近似为0，那么开关的关断功率几乎为0，这就是期望的ZCS关断过程，如图2.35所示。

①ZCS处于通态时，使开关电流减小为零，并维持开关的零电流状态。

②ZCS开始关断，ZCS电压快速回升。

③ZCS进入开关的截止状态。

2.6.3 ZVS的开关过程

电容负载的理想开关（见图2.25）的关断电压为零，导通功耗为零，这就是ZVS的关断过程。ZVS电压呈现缓慢上升的过程，在开关电流下降到几乎为零的断态电流前保持了一个小电压状态。大电容能够延迟开关电压的峰值时间，使得开关功率明显减小，如图2.36所示。

无论怎样的开关电路，如果能确保半导体功率开关在导通时的电压为零，那么开关的导通功率为零，这就是期望的ZVS开通过程，如图2.37所示。

①ZVS开始导通时，使开关电压快速减小为零，并维持开关的零电压状态。

②ZVS使开关电流迅速上升。

③ZVS进入通态，仅存在通态损耗。