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shao50％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。