功率半导体的基础知识

一个开关在有电感效应的回路中能在任何时刻主动开通，当开通时间接近零时，在开关上不会产生损耗，因为这时的电压立即转移到电感上。在有电流流动的回路中，关断开关而不产生能量交换是不可能的，因为在电感L 中存储的能量必须要被释放出来。所以开关只有在is = 0 时才彻底被关断，这时才不会产生能量转换。我们称这个过程为被动关断，因为关断的时刻是由回路中放电电流所决定的。这样的开关我们称之为零电流开关ZCS（Zero-Current-Switch)。

有反向电压的半导体开关在被动开通时，在外部电路的电压的作用下，电压会上升到正值。这时半导体承受一个外部的正向电流，随着电流的增大会导致开通电压（正向恢复）。

硬开关（HS, 图1.1.2 和图1.2.3）

硬性开通的特征如下：在电流换流期间，换流电压vk 几乎全部落在开关S1 上，此时会在半导体内出现一个功率损耗的峰值，换流回路的感应电感Lk为最小值，所以电流上升的速度是由开通的半导体特性所决定的。当开关S2 被动关断后，电流的换流过程结束。换流时间同开通时间大致相等。

在硬性关断时，开关S1 在继续导通电流iS1 的同时，其电压上升至vk。这时开关S2 被动开通，开始电流换流。换流回路的感应电容CK为最小值，所以电流上升的速度是由开通的半导体特性所决定的。换流时间同 关断时间大致相等，此时会在半导体内出现一个功率损耗的峰值。

软开关（ZCS, ZVS, 图1.1.2 图1.2.4 和图1.2.5）

当一个零电流开关软开关通时(ZCS; S1 主动开通)，当电感LK足够大时，开关电压很快下降到其导通电压的数值，所以在换流期间开关只出现很小，甚至几乎没有功率损耗。换流电感LK决定了电流上升的速度。当开关S2 被动关断时，换流过程也结束。因此换流时间tK长于单个开关的开通时间。

零电压开关(ZVS)的关断过程开始于开关S1 的主动关断。开关电流逐渐减少，并且同并联在开关上的感应电容CK开始换流，从而开始了电压转换。电容的大小同换流电流一起决定了电压上升的速度。通过降低电压上升的速度可以减少动态损耗。

谐振开关(ZCRS, ZVRS, 图1.1.2, 图 1.2.6 和图1.2.7)

如果零电流开关在换流电流接近零时开始导通，我们称之为谐振开通，这时的开关损耗比零电流软开关更低。但我们无法确定开关电流为零的时间，所以整个系统失去了一个控制自由度。

当零电压开关在电压接近零时关断就是谐振关断。同样它相对零电压软性关断有损耗更小的优点，但也同样失去了一个控制自由度。

中性开关(NS, 图1.1.2 和图1.2.8)

如果开关电压和开关电流在开关的瞬间均为零，我们称之为中性开关。二极管就是典型的例子。

图1.1.2.开关过程（vK 交换电压， iL 换流电流）