高壓功率器件的開關技術簡單的包括硬開關技術和軟開關技術：

如圖所示，典型的硬開關過程中，電壓和電流的變化雖然存在時間差，而且開關過程無法做到絕對的零延遲開關，此過程勢必導致開關損耗。

所謂的軟開關包括零電壓開啟（Zero voltage switching）即在器件處于關斷狀態時，通過額外的LC振蕩電路支路，轉移器件上的電壓，以實現零電壓開啟。

另一種為零電流關斷（Zero current switching）即在器件處于開啟狀態時，通過額外的LC振蕩電路支路，轉移器件上的電流，以實現零電流關斷。

高壓功率器件常用的場合是用來控制傳輸送到電感負載的功率，如應用于電機驅動，電力電機，高壓直流傳輸等，因此在對器件進行測試時往往是加入一個大電感作為負載。

硬開啟

如圖，測試電路采用典型的電感負載測試電路，L在實際應用中可為大的電感。

在硬開啟過程中，IL基本不變，在DUT的關斷穩態時，I L =I D1 ，V DUT ≈V IN ，DUT開啟瞬間，I DUT =I L -I D1 ，V DUT ~ ≈ V IN ，隨著DUT的開啟，IDUT逐漸增大，ID1~減小為負（反向恢復），直到D1反偏之前，I DUT =I L +I D1 ，V DUT ≈V IN ,當DUT完全開啟后D1承受外界電壓。

此時V D1 =V IN ，I DUT =I L ，I D1 =0，VDUT遠小于V IN ，DUT上的電壓只有正向導通電壓。

此過程即為典型的硬開啟過程，由于電壓和電流擁有同時存在的區間，導致了相對大的開啟損耗Eon，如圖中虛線所示區間。

硬關斷

如圖，在DUT開啟穩態時，I L =I DUT ，V DUT ＜V IN ，I D1 =0。在DUT關斷瞬間，I L =I DUT ,VDUT增大直到超過V IN ，IDUT繼續減小，同時ID1增加，在這個過程中，I L =I D1 +I DUT ，V DUT ≈V IN ，最終I L =I D1 ，I DUT =0，V DUT ≈V IN 。

此過程即為典型的硬關斷過程，由于電壓和電流擁有同時存在的區間，導致了相對大的關斷損耗Eoff，如圖中虛線所示區間。

軟開關的基本思想

了解軟開關的過程，首先應該對LC振蕩電路有所熟悉：

如圖所示，電容能量E C =1/2CU ^2^ ,電感能量為E L =1/2LI ^2^ 。一旦開關S閉合，電感和電容之間的能量就會相互轉移，同時滿足：

電壓和電流的變化屬于正余弦變化方式，其周期，存在某個時間點，電容兩端電壓為0，能量全部儲存在電感中。存在另一個時間點，電感兩端電流為0，能量全部儲存在電容中。

如圖，S代表功率器件，在零電壓開啟過程前，S處于關斷穩態，Cr與Lr互相震蕩傳輸能量。

當Cr上的電壓為0時，將功率器件S開啟。在零電流關斷前，S處于導通穩態，Cr與Lr互相震蕩傳輸能量，當Lr上的電流為0時，將功率器件S關斷。

零電流關斷的另一種基本方式為負載電感L的全部電流被Lr與Cr組成的振蕩電路吸收時，流過功率器件S的電流為0，此時將S關斷，同樣也可以達到減小關斷損耗的目的。

軟開啟

如圖，為典型的軟開啟電路，軟開啟過程可分為幾個階段。

在t0之前，S和DUT都在關斷狀態，電流在電感L和二極管D1之間傳遞。

在t0-t1階段，開關S閉合，電流逐步轉移到Lr上。

在t1時刻，ILr=IL，ID1=0，電流全部轉移到Lr上。

在t1-t2階段，Cr與Lr之間進行LC震蕩，DUT兩端電壓等于Cr兩端電壓，隨著LC的震蕩，VDUT呈正弦式下降，ILr呈余弦式上升，在t2時刻VDUT降為0，ILr上升到最大值。

在t2-t3階段，由于存在鉗位二極管D3，VDUT兩端電壓鉗位在-0.7V，電感Lr電流也處于一個平臺電流階段。

在t3時刻開啟DUT，同時關閉開關S，電流逐漸向DUT轉移，直到t4時刻電流全部轉移到DUT。

整個的軟開啟過程中，可以通過控制DUT柵極電壓在t2時刻進行開啟，來達到DUT零電壓的開啟，從而減小開啟損耗。

軟關斷

如圖，為典型的軟關斷電路，軟關斷可以分為幾個階段。

在t0之前，S處于關斷狀態，DUT處于導通狀態，電流全部經過電感L和DUT，I L =I DUT 。

在t0時刻將開關S閉合，S所在支路阻抗遠小于DUT所在支路，Lr和Cr之間發生LC震蕩，ILr電流逐漸上升，IDUT電流逐漸下降。

在t1時刻，I DUT =0，控制DUT柵極電壓將DUT關斷，DUT關斷之后，VDUT電壓逐漸上升至V IN ，ILr電流呈正弦式下降，同時IL電流逐步轉向續流二極管D1。

整個的軟關斷過程中，可以通過控制DUT柵極電壓在t1時刻進行開啟，來達到DUT零電流的關斷，從而減小關斷損耗。

軟開關與硬開關器件功耗對比

如圖為采用零電壓開啟和零電流關斷的功率器件與采用硬開關方式的開關損耗對比情況。軟開啟能夠大幅降低功率器件的開啟損耗，少量降低關斷損耗。

軟關斷能夠大幅降低功率器件的關斷損耗，不能降低開啟損耗。采用軟開啟的總功耗為硬開關的41 ~ 43%，采用軟關斷總功耗約為硬開關的76 ~ 79%。

總結

本文簡單介紹了功率器件的硬開關和軟開關的基本原理。軟開關主要介紹了兩種基本類型零電壓開啟（Zero voltage switching）和零電流關斷（Zero current switching）。當然軟開關技術還包括其他種類。此兩類開關方式的原理集中體現在通過LC振蕩電路的引入，實現在功率器件兩端達到零電壓或零電流的目的，從而減小開關損耗。