矩陣式變換器是一種強迫換相的交－交變換器
，它由9個可控的雙向開關，利用PWM控製將交流供電電源直接變換成負載所需的變壓變頻電源
，其結構如圖1所示。雙向開關使用兩個IGBT共集電極反向串聯，利用器件內部的續流二極管以阻擋反向電壓，結構緊湊，方便簡單，開關損耗也較低。輸入側的L－C濾波器可有效減少輸入電流的開關頻率諧波。 

圖1：矩陣式變換器的原理性結構圖

EMI分析

矩陣式變換器是AC/AC直接變換，電網和負載會相互直接影響，電網的波動會直接對負載（如異步電機）產生幹擾；用IGBT和反並聯二極管構成的雙向開關，以及它們的控製電路DSP和CPLD等高速集成電路

，都存在著高的di/dt，它們通過線路或元器件的引線電感引起瞬態電磁噪聲，其頻率為幾千Hz
，成為不可忽略的噪聲源
；PWM調製技術在各種電力電子裝置中的廣泛應用，在它們的主功率電路中，通常會流過一係列的PWM功率脈衝，其重複頻率視應用場合可達幾千Hz
，因而這些脈衝電流中所包含的諧波可以達到幾MHz乃至幾十MHz的範圍，而且它們產生的電磁噪聲強度很大；而周圍的設備和裝置也會輻射電磁波，它們也成為不可忽視的幹擾源。這些幹擾源通過傳導和輻射等方式對輸出和輸入電流、電壓產生影響，必須想辦法將其抑製或減少在可以接受的範圍之內。

世界各國對電氣設備的電磁兼容性均製定了相應的標準，特別是西歐，從1996年1月(yue)開(kai)始(shi)已(yi)強(qiang)製(zhi)嚴(yan)格(ge)執(zhi)行(xing)其(qi)標(biao)準(zhun)，我(wo)國(guo)也(ye)有(you)相(xiang)應(ying)的(de)標(biao)準(zhun)和(he)法(fa)規(gui)，因(yin)此(ci)
，必(bi)須(xu)采(cai)用(yong)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)器(qi)減(jian)少(shao)矩(ju)陣(zhen)式(shi)變(bian)換(huan)器(qi)產(chan)生(sheng)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)諧(xie)波(bo)，本(ben)文(wen)重(zhong)點(dian)介(jie)紹(shao)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)設(she)計(ji)。

減少開關過程幹擾

為了保證開關之間的安全切換，同一相輸出的任意兩組開關不能同時導通，否則將造成輸入兩相短路而產生電流峰值
；三相開關也不能同時斷開，否則就造成感性負載開路而感應高電壓。但實際所采用的半導體開關器件IGBT不(bu)可(ke)能(neng)達(da)到(dao)理(li)想(xiang)的(de)瞬(shun)時(shi)導(dao)通(tong)和(he)關(guan)斷(duan)，在(zai)即(ji)將(jiang)關(guan)斷(duan)的(de)器(qi)件(jian)退(tui)出(chu)導(dao)通(tong)之(zhi)前(qian)
，即(ji)將(jiang)導(dao)通(tong)的(de)器(qi)件(jian)不(bu)能(neng)達(da)到(dao)理(li)想(xiang)狀(zhuang)況(kuang)的(de)瞬(shun)時(shi)導(dao)通(tong)狀(zhuang)態(tai)
，換(huan)流(liu)時(shi)無(wu)法(fa)避(bi)免(mian)短(duan)暫(zan)的(de)開(kai)通(tong)重(zhong)疊(die)或(huo)關(guan)斷(duan)死(si)區(qu)，因(yin)此(ci)，為(wei)了(le)減(jian)少(shao)開(kai)關(guan)過(guo)程(cheng)的(de)幹(gan)擾(rao)，安(an)全(quan)的(de)換(huan)流(liu)通(tong)常(chang)不(bu)能(neng)一(yi)步(bu)完(wan)成(cheng)。
 
四步安全換流的思想是盡量減少短路和開路的危險開關狀態。從開關S1到開關S2換流過程如圖2所示。

圖2：同一相負載兩組開關的換流示意圖  

當iL>0時
，四步開關順序是：關S1n，開S2p
，關S1p，開S2n。
當iL<0時，四步開關順序是：關S1p，開S2n
，關S1n，開S2p。
   
可(ke)見(jian)

，四(si)步(bu)換(huan)流(liu)成(cheng)功(gong)地(di)構(gou)成(cheng)了(le)對(dui)兩(liang)個(ge)雙(shuang)向(xiang)開(kai)關(guan)的(de)換(huan)向(xiang)控(kong)製(zhi)
，既(ji)阻(zu)止(zhi)了(le)可(ke)能(neng)使(shi)電(dian)源(yuan)發(fa)生(sheng)短(duan)路(lu)的(de)開(kai)關(guan)組(zu)合(he)
，又(you)保(bao)證(zheng)了(le)在(zai)任(ren)意(yi)時(shi)刻(ke)給(gei)負(fu)載(zai)提(ti)供(gong)至(zhi)少(shao)一(yi)條(tiao)流(liu)通(tong)路(lu)徑(jing)，而(er)且(qie)即(ji)將(jiang)關(guan)斷(duan)的(de)器(qi)件(jian)被(bei)即(ji)將(jiang)開(kai)通(tong)的(de)器(qi)件(jian)施(shi)以(yi)反(fan)壓(ya)時(shi)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)零(ling)電(dian)流(liu)開(kai)關(guan)
，因(yin)此(ci)
，采(cai)用(yong)四(si)步(bu)換(huan)流(liu)方(fang)案(an)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)50％的平均開關損耗。
   
優化開關順序是將開關順序設置為S1，S2，S3，S0，S3，S2，S1，即采用半對稱PWM開關順序，采用優化後的開關順序可以減少33％的平均開關損耗。
   
加上濾波器後輸入電流的頻譜如圖3所示，可見輸入電流中基波含量占了絕對部分
，開關頻率及諧波含量已經明顯減少
，而且由圖4可知輸入電流和電壓基本正弦且同相
，因此，濾波器很好地實現了設計要求。 

圖3：加濾波後輸入電流頻譜

圖4：輸入電壓電流波形對照圖

電力電子設備的EMI汙染越來越受到各方的關注，各國也相繼出台了有關EMC的法規。矩陣式變換器（MC）作為一種極具優勢的電能利用技術
，也必須具有良好的EMC性能。電網的波動會對矩陣式變換器（MC）的工作產生影響，MC也會對電網產生汙染，因此，必須采取措施減少開關過程幹擾
，並增加輸入濾波器。本文詳細地介紹了MC輸入濾波器的設計過程
，仿真和實驗結果論證了這種設計的可靠性和實用性。