隨着電力電子器件的高頻化，電力電子裝置的小型化和高功率密度化成爲可能。然而如果不改變開關方式，單純地提高開關頻率會使器件開關損耗增大、效率下降、發熱嚴重、電磁干擾增大、出現電磁兼容性問題。80年代迅速發展起來的諧振軟開關技術改變了器件的開關方式，使開關損耗可原理上下降爲零、開關頻率提高可不受限制，故是降低器件開關損耗和提高開關頻率的有效辦法。
本章首先從PWM電路開關過程中的損耗分析開始，建立諧振軟開關的概念；再從軟開關技術發展的歷程來區別不同的軟開關電路，最後選擇零電壓開關準諧振電路、零電流開關準諧振電路、零電壓開關PWM電路、零電壓轉換PWM電路和諧振直流環電路進行運行原理的仔細分析，以求建立功率器件新型開關方式的概念。
1 諧振軟開關的基本概念
1.1 開關過程器件損耗及硬、軟開關方式
無論是DC—DC變換或是DC—AC變換，電路多按脈寬調製（PWM）方式工作，器件處於重複不斷的開通、關斷過程。由於器件上的電壓it、電流it會在開關過程中同時存在，因而會出現開關功率損耗。以圖7-1（a）Buck變換電路爲例，設開關器件VT爲理想器件，關斷時無漏電流，導通時無管壓降，因此穩定通或斷時應無損耗。
圖7-1（b）爲開關過程中VT上的電壓、電流及損耗p的波形，設負載電流i0=i0恆定。
器件開關過程的開關軌跡如圖7-2所示，SOA爲器件的安全工作區，A爲硬開關方式的開關軌跡。由於PWM變換器開關過程中器件上作用的電壓、電流均爲方波，開關狀態轉換條件惡劣，開關軌跡接近SOA邊沿，開關損耗和開關應力均很大。此時雖可在開關器件上增設吸收電路以改變開關軌跡及相應開關條件，但僅僅是使部分開關損耗從器件上轉移至吸收電路中，並沒有減少電路工作中的損耗總量。
爲了大幅度地降低開關損耗、改善開關條件，可以採用諧振軟開關方式，基本思想是創造條件使器件在零電壓或零電流下實現通、斷狀態轉換，從而使開關損耗減少至最小，爲器件提供最好的開關條件，如圖7-2中曲線B所示。具體措施是在開關電路中增設小值電感、電容等貯能元件，在開關過程前、後引入諧振，確保在電壓或電流諧振過零時刻實現開通和關斷。
1.2 零電壓開關與零電流開關
器件導通前兩端電壓就已爲零的開通方式爲零電壓開通；器件關斷前流過的電流就已爲零的關斷方式爲零電流關斷；這都是靠電路開關過程前後引入諧振來實現的。一般無需具體區分開通或關斷過程，僅稱零電壓開關和零電流開關。
有二種利用零電壓、零電流條件實現器件減耗開關過程需要注意：一是利用與器件並聯的電容使關斷後器件電壓上升延緩以降低關斷損耗，二是利用與器件串聯電感使導通後器件電流增長延緩以降低開通損耗。這兩種方法都不是通過諧振，而是簡單地利用並聯電容實現零電壓關斷和利用串聯電感實現零電流開通，通常會造成電路總損耗增加、關斷過電壓變大等負面影響，並不合算。
1.3 諧振軟開關電路類型
根據電路中主要開關元件是零電壓開通還是零電流關斷，首先可將軟開關電路劃分爲零電壓電路和零電流電路兩大類；其次按諧振機理可將軟開關電路分成準諧振電路、零開關PWM電路和零轉換PWM電路。
1．準諧振電路
準諧振電路中電壓或電流波形爲正弦半波，故稱準諧振，這是最早出現的軟開關電路。它又可分爲
（1）零電壓開關準諧振電路（Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant Converter：ZVSQRC）；
（2）零電流開關準諧振電路（Zero-Current-Switching Quasi-Resonant Converter: ZCSQRC）；
（3）零電壓開關多諧振電路（Zero-Voltage-Switching Multi-Resonant Converter：ZVSMRC）；
（4）諧波直流環節電路（Resonant DC link）。
圖7-3給出了前三種準諧振電路的基本開關單元電路拓樸
由於在開關過程引入了諧振，使準諧振電路開關損耗和開關噪聲大爲降低，但諧振過程會使諧振電壓峯值增大，造成開關器件耐壓要求提高；諧振電流有效值增大，導致電路通導損耗增加。諧振週期還會隨輸入電壓、輸出負載變化，電路不能採取定頻調寬的PWM控制而只得採用調頻控制，變化的頻率會造成電路設計困難。這是準諧振電路的缺陷。
2．零開關PWM電路
這類電路引入輔助開關來控制諧振開始時刻，使諧振僅發生在開關狀態改變的前後。這樣開關器件上的電壓和電流基本上是方波，僅上升、下降沿變緩，也無過沖，故器件承受電壓低，電路可採用定頻的PWM控制方式。圖7-4爲兩種基本開關單元電路：零電壓開關PWM電路（Zero-Voltage-Switching PWM Converter：ZVSPWM）和零電流開關PWM電路（Zero-current-switching PWM Converter：ZCSPWM）
3．零轉換PWM電路
這類電路也是採用輔助開關來控制諧振開始時刻，但諧振電路與主開關元件並聯，使得電路的輸入電壓和輸出負載電流對諧振過程影響很小，因此電路在很寬的輸入電壓範圍和大幅變化的負載下都能實現軟開關工作。電路工作效率因無功功率的減小而進一步提高。圖7-5爲兩種基本開關單元電路：零電壓轉換PWM電路（Zero-Voltage-Transition PWM Converter：ZVTPWM）和零電流轉換PWM電路（Zero-Current-Transition Converter：ZCTPWM）。
下面分別詳細分析零電壓和零電流開關準諧振電路，諧振直流環節電路，零電壓開關PWM電路和零電壓轉換PWM電路。
4.典型諧振開關電路
2.2 零電流開關準諧振電路（ZCSQRC）
2.3 諧振直流環
在各種AC—DC—AC變換電路（如交—直—交變頻器）中都存在中間直流環節，DC—AC逆變電路中的功率器件都將在恆定直流電壓下以硬開關方式工作，如圖7-8（a）所示，導致器件開關損耗大、開關頻率提不高，相應輸出特性受到限制。
如果在直流環節中引入諧振，使直流母線電壓高頻振盪，出現電壓過零時刻，如圖7-8（b）所示，就爲逆變電路功率器件提供了實現軟開關的條件，這就是諧振直流環節電路的基本思想。
2.4 全橋零電壓開關PWM電路
