（一）软开关的基本概念

软开关及其特点，在了解前先介绍相关定义。

①硬开关定义：开关器件在其端电压不为零时开通（硬开通），在其电流不为零时关断（硬关断），硬开通、硬关断统称为硬开关。特点：开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化，产生较大的开关损耗和开关噪声。

②软开关定义：开关器件在开通过程中端电压很小，在关断过程中其电流也很小，这种开关过程的功率损耗不大，称为软开关。特点：不存在电压和电流的交迭，降低开关损耗、开关噪声。提高开关频率。

零电压开通、零电流关断如图6.15所示。

（1）理想软开关

器件开通：器件两端电压uT首先下降为零，然后施加驱动信号ug，器件的电流iT才开始上升。

器件关断：通过某种控制方式使器件中电流iT下降为零后，撤除驱动信号ug，电压uT才开始上升。

图6.15　零电压开通、零电流关断波形

（2）实际软开关

器件开通：对开关管施加驱动信号，在电流上升的开通过程中，电压不大且迅速下降为零。

器件关断：撤除驱动信号，电流下降的关断过程中，电压不大且上升很缓慢。

软开关、软关断波形图如图6.16所示。

图6.16　软开关、软关断波形图

（二）软开关的分类

①根据开关元件开通和关断时电压电流状态，适应于DC／DC和DC／AC变换器的软开关技术大体上可分为两类。

a.零电压开关（ZVS）。

b.零电流开关（ZCS）。

②根据软开关技术发展的历程软开关电路可分为下述3种。

a.准谐振变换电路。零电压开关准谐振变换电路（ZVS QRC）零电流开关准谐振变换电路（ZCS QRC）零电压多谐振开关电路（ZVS MRC）。(www.daowen.com)

b.零开关PWM变换电路。零电压（开通）开关PWM变换电路（ZVS PWM）零电流（关断）开关PWM变换电路（ZCS PWM）。

c.零转换PWM变换电路。零电流转换开关PWM变换电路（ZCT PWM）零电压转换开关PWM变换电路（ZVT PWM）。

（三）电路特点

①变换电路中谐振元件只参与能量变换的某一阶段而不是全过程，且只能改善变换电路中一个开关元件（如开关管VT或二极管VD）的开关特性。

②准谐振变换电路中谐振周期随输入电压、负载变化而改变，只能采用脉冲频率调制（PFM）调控输出电压和输出功率，即调频方式。

③准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称为准谐振。

（四）基本的软开关逆变主电路

1）零电流开关（ZCS）

零电流开关（图6.17）是指通过辅助的LC谐振元件、整型功率器件上的电流波形，使得功率器件在零电流的条件下自然关断，实现器件的自然换流。零电流开关技术的优点在于降低了器件的关断损耗，对具有少子导电的功率器件如IGBT、BJT等，效果很好。此外，由于谐振电路的配置关系，使得电路对分布参数的敏感性降低。其缺点是流过有源开关的电流是正弦波，导致有较高的电流有效值和电流峰值，另外，谐振电路的环流也产生了附加的导电损耗。在开通时，断态时存在于器件输出电容的能量，在器件内部损耗掉，影响高频工作时的效率。大电压开通时的di／dt经密勒电容与门极驱动电路耦合，引起对门极电路的干扰。

图6.17　零电流开关

2）零电压开关（ZVS）

零电压开关（图6.18）是指通过辅助的谐振元件电感和电容，整型功率器件上的电压波形，使得功率器件的输出电容电压在器件开通前降为零，为元件的开通创造零电压条件，并消除器件寄生输出电容相关的开通损耗，使得开关频率大大提高。但是ZVS有两个缺点，一个缺点是器件过大的电压应力，此应力与电压范围成正比，使得很难实现负载大范围的ZVS。另一个缺点是由与谐振电容一起谐振的整流二极管引起，若是阻尼振荡，则在高频下一起过大的损耗，若是非阻尼振荡，则对逆变器的电压增益有一定的影响，因而可能引起闭环振荡。

图6.18　零电压开关

3）多谐振（MRC）

多谐振逆变主电路是指在一个开关结构中综合零电压与零电流开关的特性，谐振电容既与开关器件并联，又与二极管相并联，使开关器件和二极管都形成零电压开关，其主要优点是把所有的主要的寄生参数（功率器件的输出电容、二极管的结电容和变压器的漏感等）都并入谐振电路内，使得电路中的器件均在零电压时导通，从而降低了开关损耗，提高了工作效率。以上3种电路缺点是调频工作时，器件所受的电压电流应力大。

多谐振开关如图6.19所示。

图6.19　多谐振开关