? ? ? ? 本文為一時的想法，沒有進行非常嚴謹?shù)耐茖?dǎo)，看看就好。qwq

1.概述

? ? ????ZVS，全名Zero Voltage Switch，零電壓開關(guān)。意思是讓開關(guān)在兩端電壓為0時，進行開關(guān)操作。當然有時候ZVS也會代指這種技術(shù)，或者工作狀態(tài)。比如“零電壓開關(guān)技術(shù)”，“這個管子工作在ZVS”。

? ?? ? ?ZCS，全名Zero Current Switch，零電流開關(guān)。意思是讓開關(guān)在通過電流為0時，進行開關(guān)操作。當然有時候ZCS也會代指這種技術(shù)，或者工作狀態(tài)。比如“零電流開關(guān)技術(shù)”，“這管子工作在ZCS”。

2.短路，斷路，導(dǎo)通，關(guān)斷，開關(guān)

?? ? ? ?短路，可以看成一個0Ω電阻（∞S）。伏安特性是：電壓為0，電流為任意值。伏安曲線是與電流軸重合的直線。

? ? ? ??斷路，可以看成一個∞Ω電阻（0S）。伏安特性是：電流為0，電壓為任意值。伏安曲線是與電壓軸重合的直線。

? ? ? ??導(dǎo)通，即進行短路操作，或者叫：強制電壓為0。

? ? ? ??關(guān)斷，即進行斷路操作，或者叫：強制電流為0。

? ? ? ??開關(guān)，工作狀態(tài)要么短路要么斷路的元件，二選一。從斷路狀態(tài)切換到短路狀態(tài)叫導(dǎo)通。從短路狀態(tài)切換到斷路狀態(tài)叫關(guān)斷。

PS_1：對于半導(dǎo)體開關(guān)來說，一般使用“導(dǎo)通”、“關(guān)斷”二詞。對于機械開關(guān)來說，一般使用“閉合”、“分斷”二詞。

PS_2：開關(guān)在切換狀態(tài)時，中間有個短暫的過渡態(tài)。此時開關(guān)論導(dǎo)通未完全導(dǎo)通，論關(guān)斷未完全關(guān)斷，可以看成具有一定值的電阻/電導(dǎo)。導(dǎo)通時，從0S→∞S中途的電導(dǎo)。關(guān)斷時，從0Ω→∞Ω中途的電阻。

3.硬開關(guān)

? ? ? ??硬開關(guān)通俗講就是硬來，強行導(dǎo)通或者斷開。比如機械開關(guān)，日常按開關(guān)時有一定概率可以看到有電光（功率大時更明顯），就是硬開關(guān)造成的打火現(xiàn)象。打火伴隨著能量釋放，說明硬開關(guān)操作是要損耗能量的。換成半導(dǎo)體開關(guān)器件（如BJT、MOS、IGBT），其開關(guān)狀態(tài)切換過程也伴隨著能量損耗。半導(dǎo)體開關(guān)的頻率遠比機械開關(guān)高，開關(guān)頻率從2萬次——200萬次每秒都有，因為頻率高，所以開關(guān)損耗非?？捎^。

? ??????開關(guān)在切換開關(guān)狀態(tài)時，中間有一個很短暫的過渡態(tài)。當開關(guān)導(dǎo)通時，在過渡態(tài)，就可以因為電壓的作用下產(chǎn)生電流，從而有P=U2G＞0，產(chǎn)生損耗。當開關(guān)關(guān)斷時，在過渡態(tài)，因為通過的電流還不為0，從而有P=I2R＞0，產(chǎn)生損耗。

? ?? ? ?可見硬開關(guān)時，開關(guān)兩端電壓不為0，或者開關(guān)通過電流不為0，從而導(dǎo)致?lián)p耗的發(fā)生。既然如此，如果電壓為0，或者電流為0，那么P=UI肯定也等于0，即0損耗。ZVS和ZCS正是基于這種原理。ZVS和ZCS統(tǒng)稱軟開關(guān)。把電壓為0的開關(guān)稱作ZVS，把電流為0的開關(guān)稱作ZCS。

4.ZVS

? ? ? ? 開關(guān)切換狀態(tài)有“導(dǎo)通”和“關(guān)斷”兩種操作。所以對應(yīng)就有“ZVS導(dǎo)通”和“ZVS關(guān)斷”兩種。

? ? ? ? ZVS導(dǎo)通：當開關(guān)兩端電壓為0時，執(zhí)行“強制電壓為0”是很自然的（短路的解釋），因為電壓已經(jīng)是0了，自然就完成了，沒有“強制”過程，也就沒有損耗。開關(guān)的導(dǎo)通操作對外電路并沒有造成什么影響（僅指短路的這個瞬間）。

? ? ? ??ZVS關(guān)斷：短路期間，通過開關(guān)的電流是任意值。所以開關(guān)說不定在關(guān)斷一個很大的電流。當要執(zhí)行關(guān)斷時，出現(xiàn)了兩個約束：“電壓必須為0”和“強制電流為0”。電路要同時滿足兩個約束，其中“電壓必須為0”是條件，“強制電流為0”是操作。操作不能影響到條件。假設(shè)在外面把開關(guān)給短路，兩個約束即可滿足了。因為條件由短路來滿足的。開關(guān)在“強制”電流為0的過程時，電流可以“輕松地”轉(zhuǎn)移到短路路徑，即電流發(fā)生路徑轉(zhuǎn)移。“強制”過程很“輕松”，也就沒有什么損耗。對于外電路來說，那一瞬間它們并不知道開關(guān)執(zhí)行了關(guān)斷操作。

???? ? ?現(xiàn)實中不可能直接把開關(guān)短路，不然要開關(guān)何用？不過在開關(guān)關(guān)斷的瞬間，并聯(lián)能體現(xiàn)“短路”性質(zhì)的元件/路徑，即可。如果換一種更好的表述，可以表述成：存在一個與開關(guān)并聯(lián)的低阻抗元件/路徑，在開關(guān)關(guān)斷時完成分流任務(wù)，即可滿足ZVS關(guān)斷。

PS：比如電容就可以體現(xiàn)出短路特性，在自身兩端電壓變化不大時吸收大量電流。

5.ZCS

? ? ?? ?開關(guān)切換狀態(tài)有“導(dǎo)通”和“關(guān)斷”兩種操作。所以對應(yīng)就有“ZCS導(dǎo)通”和“ZCS關(guān)斷”兩種，這里先分析ZCS關(guān)斷。

? ? ? ? ZCS關(guān)斷：當通過開關(guān)電流為0時，執(zhí)行“強制電流為0”是很自然的（斷路的解釋），因為電流已經(jīng)是0了，自然就完成了，沒有“強制”過程，也就沒有損耗。開關(guān)的關(guān)斷操作對外電路并沒有造成什么影響（僅指斷路的這個瞬間）。

? ? ? ? ZCS導(dǎo)通：斷路期間，開關(guān)兩端電壓是任意值。所以開關(guān)有可能在一個很大壓差的情況下導(dǎo)通的。同樣執(zhí)行導(dǎo)通時出現(xiàn)兩個約束：“電流必須為0”和“強制電壓為0”。其中“電流必須為0”是條件，“強制電壓為0”是操作。操作不能影響到條件。解決辦法就是外面把開關(guān)給斷路，兩個約束即可滿足。因為條件由斷路來滿足的。開關(guān)在“強制”電壓為0的過程時，電壓可以“輕松地”轉(zhuǎn)移到斷路點，即電壓發(fā)生節(jié)點轉(zhuǎn)移?！皬娭啤边^程很“輕松”，也就沒有損耗。對于外電路來說，那一瞬間它們并不知道開關(guān)執(zhí)行了導(dǎo)通操作。

? ? ? ? 現(xiàn)實中不可能直接把開關(guān)的那一路給斷路，都斷了怎么可以用？不過在開關(guān)導(dǎo)通的瞬間，串聯(lián)能體現(xiàn)“斷路”性質(zhì)的元件/路徑，即可。如果換一種更好的表述，可以表示成：存在一個與開關(guān)串聯(lián)的高阻抗元件/路徑，在開關(guān)導(dǎo)通時完成分壓任務(wù)，即可滿足ZCS導(dǎo)通。

PS：比如電感就可以體現(xiàn)出斷路特性，在自身電流變化不大時承受很大電壓。

6.總結(jié)

? ? ? ? ZVS、ZCS，可以大幅降低半導(dǎo)體開關(guān)器件的開關(guān)損耗，因為在開關(guān)狀態(tài)切換時，電壓/電流總有一個為0，所以損耗為0。

實現(xiàn)方法：

ZVS導(dǎo)通：外電路創(chuàng)造出電壓為0的條件，自然完成。

ZVS關(guān)斷：存在一個與開關(guān)并聯(lián)的低阻抗元件/路徑，完成分流任務(wù)。

ZCS導(dǎo)通：存在一個與開關(guān)串聯(lián)的高阻抗元件/路徑，完成分壓任務(wù)。

ZCS關(guān)斷：外電路創(chuàng)造出電流為0的條件，自然完成。

?

7.后記

? ? ? ? 前幾天和別人聊起ZVS、ZCS技術(shù)時，雖然知道其原理，但是并不清楚實現(xiàn)的條件。在思想碰撞中想到“清華大學(xué)電路原理”曾經(jīng)講到過對開關(guān)的另一種解釋?！皬娭齐妷?電流為0”中的“強制”很生動。很自然的的完成“ZVS導(dǎo)通”和“ZCS關(guān)斷”的解釋。但是“ZVS關(guān)斷”和“ZCS導(dǎo)通”有點難以解釋。于是通過現(xiàn)成的實例分析，比如“LLC移相全橋逆變”，“ZVS萬伏升壓器”，“DRSSTC初級逆變橋”等，發(fā)現(xiàn)“ZVS關(guān)斷”的實現(xiàn)條件，再根據(jù)對偶原理，對偶出“ZCS導(dǎo)通”的實現(xiàn)條件。并通過“DRRSSTC初級逆變橋”等完成證實。

——by HD-nuke8800