CN105991041A - 间接式矩阵变换器 - Google Patents

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CN105991041A
CN105991041A CN201510089110.4A CN201510089110A CN105991041A CN 105991041 A CN105991041 A CN 105991041A CN 201510089110 A CN201510089110 A CN 201510089110A CN 105991041 A CN105991041 A CN 105991041A
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Abstract

本发明公开了一种间接式矩阵变换器，包括：无源器件集成电路，用于滤除外部交流电源的电磁干扰EMI信号和输入电流中的谐波，滤除双向整流电路反馈的交流电中的谐波；双向整流电路，用于将经过无源器件集成电路处理后的交流电整流为直流电直接提供给逆变电路，将逆变电路反馈的直流电逆变为交流电，输出至交流电源；逆变电路，用于将双向整流电路整流后的直流电转换为交流电提供给外部负载，将外部负载反馈的交流电转换为直流电输出给双向整流电路。上述技术方案，通过设计双向整流电路，既可以达到换流控制简单的效果，还可以省去直流储能电容，达到减小电路体积和成本、方便逆变侧功率跟踪的控制，容易实现输入侧的高功率因数和低谐波的效果。

Description

间接式矩阵变换器
技术领域
本发明涉及电机驱动电路及其控制策略技术领域，具体地，涉及一种间接式矩阵变换器。
背景技术
间接式矩阵变换器是一种新型的电源变换器，可以实现交流电诸参数如：相数、相位、幅值和频率等的变换。图1为现有技术中传统变换器的电路结构示意图，如图1所示，传统变换器的电路结构由EMI滤波电路11、输入滤波电感22、整流电路33、直流侧储能电容44和逆变电路55组成，由图1可知现有的变换器由于存在直流侧储能电容，体积大、成本高、寿命短。图2为现有技术中矩阵变换器的电路结构示意图，由图2可知，现有的矩阵变换器，虽然省去了储能电容，但由于使用双向开关器件，使其体积大、成本高、换流控制方式复杂，并且输出频率低于输入频率。
发明内容
本发明提供了一种间接式矩阵变换器，用以减小变换器体积和成本、延长寿命，简化换流控制，该变换器包括：无源器件集成电路、双向整流电路和逆变电路；其中，
无源器件集成电路与外部交流电源连接，用于滤除外部交流电源的电磁干扰EMI信号和输入电流中的谐波；滤除双向整流电路反馈交流电中的谐波；
双向整流电路与无源器件集成电路连接，用于将经过无源器件集成电路处理后的交流电整流为直流电直接提供给逆变电路；将逆变电路反馈的直流电逆变为交流电，经无源器件集成电路滤波后，输出至外部交流电源；
逆变电路与双向整流电路和外部负载连接，用于将双向整流电路整流后的直流电转换为三相交流电提供给外部负载；将外部负载反馈的交流电转换为直流电输出给双向整流电路。
在一个实施例中，无源器件集成电路包括：EMI滤波电容、EMI滤波电感、输入滤波 电感、第一输入滤波电容、第二输入滤波电容和滤波电容；其中，
EMI滤波电容并联在外部交流电源的两端；
EMI滤波电感的第一输入端与EMI滤波电容的第一端连接，第二输入端与EMI滤波电容的第二端连接，第一输出端与输入滤波电感的第一端连接，第二输出端与第二输入滤波电容的第一端连接；
输入滤波电感的第二端与第一输入滤波电容的第一端连接；
第一输入滤波电容的第一端还与滤波电容的第一端连接，第一输入滤波电容的第二端还与第二输入滤波电容的第二端连接；第二输入滤波电容的第一端还与滤波电容的第二端连接；第一输入滤波电容的第二端和第二输入滤波电容的第二端接地；
滤波电容的第一端和第二端与双向整流电路连接，用于滤除所述双向整流电路输出交流电中的谐波。
在一个实施例中，双向整流电路包括：第七晶体管、第七寄生二极管、第八晶体管、第八寄生二极管、第九晶体管、第九寄生二极管、第十晶体管和第十寄生二极管；其中，
第七晶体管的源极与滤波电容的第一端、第七寄生二极管的阳极、第九晶体管的漏极连接；第七晶体管的漏极与第七寄生二极管的阴极、第八晶体管的漏极连接；
第八晶体管的源极与滤波电容的第二端、第八寄生二极管的阳极、第十晶体管的漏极连接；第八晶体管的漏极与第八寄生二极管的阴极、逆变电路连接；
第九晶体管的源极与第九寄生二极管的阳极、第十晶体管的源极连接；第九晶体管的漏极与滤波电容的第一端、第九寄生二极管的阴极连接；
第十晶体管的源极与第十寄生二极管的阳极、逆变电路连接；第十晶体管的漏极与滤波电容的第二端、第十寄生二极管的阴极连接；
第七晶体管的栅极、第八晶体管的栅极、第九晶体管的栅极和第十晶体管的栅极与双向整流电路的控制电路连接。
在一个实施例中，逆变电路包括：
第一开关管桥臂，第一开关管桥臂包括：第一晶体管、第一寄生二极管、第二晶体管、第二寄生二极管；
第二开关管桥臂，第二开关管桥臂包括：第三晶体管、第三寄生二极管、第四晶体管、第四寄生二极管；
第三开关管桥臂，第三开关管桥臂包括：第五晶体管、第五寄生二极管、第六晶体管、第六寄生二极管；
第一晶体管的源极与第一寄生二极管的阳极、第二晶体管的漏极连接；第一晶体管的漏极与第一寄生二极管的阴极、第八晶体管的漏极、第三晶体管的漏极、第五晶体管的漏极连接；
第二晶体管的源极与第二寄生二极管的阳极、第十晶体管的源极、第四晶体管的源极、第六晶体管的源极连接；第二晶体管的漏极与第二寄生二极管的阴极连接；
第三晶体管的源极与第三寄生二极管的阳极、第四晶体管的漏极连接；第三晶体管的漏极与第三寄生二极管的阴极、第五晶体管的漏极连接；
第四晶体管的源极与第六晶体管的源极、第四寄生二极管的阳极连接；第四晶体管的漏极与第四寄生二极管的阴极连接；
第五晶体管的源极与第五寄生二极管的阳极连接；第五晶体管的漏极与第五寄生二极管的阴极连接；
第六晶体管的源极与第六寄生二极管的阳极连接；第六晶体管的漏极与第六寄生二极管的阴极连接；
所述第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的栅极、第四晶体管的栅极、第五晶体管的栅极和第六晶体管的栅极与逆变电路的控制电路连接；
外部负载为电机；
电机的第一相与第一开关管桥臂的中点连接，电机的第二相与第二开关管桥臂的中点连接，电机的第三相与第三开关管桥臂的中点连接。
在一个实施例中，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管和第十晶体管为金属氧化物半导体场效应管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT。
本发明技术方案，为了减小体积和成本，延长使用寿命，省去了直流储能电容，可以省去直流储能电容的原因是设计了双向整流电路，具体原理是：当外部负载侧有较大能量回馈，直流侧电压升高时，为了抑制直流侧电压升高，可以通过双向整流电路将外部负载的能量反馈经逆变电路转换成的直流电逆变为交流电，输出至外部交流电源。
省去了直流储能电容的有益效果是：
(1)可以减小变换器的体积和成本；
(2)方便逆变侧功率跟踪的控制，容易实现输入侧的高功率因数和低谐波。
(3)由于直流储能电容是变换器中寿命最短的器件，因此省去了直流储能电容就延长了整个变换器的寿命。
同时，设计的双向整流电路还具有如下有益效果：
(1)可以将无源器件集成电路处理后的交流电整流为直流电直接提供给逆变电路；
(2)可以省去直流储能电容，提高矩阵变换器的可靠性；
(3)简化换流控制。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为现有技术中传统变换器的电路结构示意图；
图2为现有技术中矩阵变换器的电路结构示意图；
图3为本发明实施例中间接式矩阵变换器的电路结构示意图；
图4为本发明实施例中间接式矩阵变换器中的双向整流电路的工作波形示意图；
图5为本发明实施例中间接式矩阵变换器输入电流、输入电压和直流侧电压、输入功率和输出功率波形示意图；
图6为本发明实施例中间接式矩阵变换器中输入电压和输出先电压波形示意图；
图7为本发明实施例中间接式矩阵变换器中各点的电压和电流的波形示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1为现有技术中传统变换器的电路结构示意图，如图1所示，现有的逆变器中，EMI滤波电路11用于滤除高频EMI干扰信号，输入滤波电感22用来抑制输入电流谐波，整流电路33将输入交流电变换为直流电，供给后级逆变电路55，逆变电路55则将直流电变换三相交流电驱动外部负载(如电机)。由图1可知，现有的逆变器只能实现能量的单向流动，若外部负载(如电机)侧有较大能量回馈，则会使直流侧电压升高，损坏电路。为了抑制直流侧电压升高，直流侧的储能电容44需保持一定的容量，这既影响系统的体积和成本，也影响系统的寿命和可靠性，并造成输入功率因数低，谐波电流含量多。
图2为现有技术中矩阵变换器的电路结构示意图，如图2所示，矩阵变换器由EMI滤波电路111、输入滤波电感222、逆变电路333、滤波电容444组成，由EMI滤波电路 111、输入滤波电感222和滤波电容444处理后的交流电直接提供给逆变电路333，逆变电路333将该交流电逆变后提供给外部负载，这样虽然去掉了直流侧储能电容，提高了输入功率因数，降低了谐波含量，但因使用双向开关器件，使其体积大、成本高、换流控制方式复杂，并且输出频率低于输入频率。
为解决上述技术问题，发明人提出了一种由单相开关器件构成的间接式矩阵变换器，通过双向整流电路的设计，去掉了直流侧储能电容，同时将电路中无源器件集成，从而减小系统体积，提高系统的寿命，降低系统的成本，实现了系统的模块化设计，并且提出了单开关的间接矩阵变换器拓扑，解决了以往矩阵变换器(图2所示)的换流控制方式复杂的问题，实现了能量的双向流动，通过采用逆变侧功率跟踪的控制方式，实现了输入侧的高功率因数和低谐波。下面进行具体说明。
图3为本发明实施例中间接式矩阵变换器的电路结构示意图，如图3所示，该变换器包括：无源器件集成电路1、双向整流电路2和逆变电路3；其中，
无源器件集成电路1与外部交流电源4连接，用于滤除外部交流电源4的电磁干扰EMI信号和输入电流中的谐波；滤除双向整流电路2反馈的交流电中包含的谐波成分；
双向整流电路2与无源器件集成电路1连接，用于将经过无源器件集成电路1处理后的交流电整流为直流电直接提供给逆变电路3；将逆变电路3反馈的直流电逆变为交流电，经无源器件集成电路1滤波，输出至外部交流电源4；
逆变电路3与双向整流电路2和外部负载5连接，用于将双向整流电路2整流后的直流电转换为三相交流电提供给外部负载5；将外部负载5反馈的交流电转换为直流电输出给双向整流电路2。
本发明实施例提供的间接式矩阵变换器，由无源器件集成电路、双向整流电路和逆变电路三部分组成，实现了系统的模块化设计，电路结构简单，减小体积和成本，具体地，通过设计双向整流电路，既可以将经过无源器件集成电路处理后的交流电整流为直流电直接提供给逆变电路，还可以将外部负载的能量反馈经逆变电路转换成的直流电逆变为交流电，输出至外部交流电源，实现了功率双向流动，既可以达到换流控制简单的效果，还可以省去直流储能电容，达到减小电路体积和成本、方便逆变侧功率跟踪的控制，容易实现输入侧的高功率因数和低谐波的有益效果，同时还将无源器件集成，减小了电路的体积和成本。
随着金属、磁芯价格和加工成本的提升，电感的价格也将成为影响系统成本的重要因素。因此，发明人提出无源器件集成电路将EMI滤波电感和输入滤波电感集成在一起(如 图3所示)，达到了简化电路设计，节省成本的有益技术效果。下面进行具体说明无源器件集成电路1的结构。
在一个实施例中，如图3所示，无源器件集成电路1可以包括：EMI滤波电容CX、EMI滤波电感LCM、输入滤波电感LDM、第一输入滤波电容CY1、第二输入滤波电容CY2和滤波电容C1；其中，
EMI滤波电容CX并联在外部交流电源4的两端；
EMI滤波电感LCM的第一输入端与EMI滤波电容CX的第一端连接，第二输入端与EMI滤波电容CX的第二端连接，第一输出端与输入滤波电感LDM的第一端连接，第二输出端与第二输入滤波电容CY2的第一端连接；
输入滤波电感LDM的第二端与第一输入滤波电容CY1的第一端连接；
第一输入滤波电容CY1的第一端还与滤波电容C1的第一端连接，第一输入滤波电容CY1的第二端还与第二输入滤波电容CY2的第二端连接；第二输入滤波电容CY2的第一端还与滤波电容C1的第二端连接；第一输入滤波电容CY1的第二端和第二输入滤波电容CY2的第二端接地；
滤波电容C1的第一端和第二端与双向整流电路2连接，用于滤除双向整流电路逆变交流电中的谐波成分。
具体实施时，本发明实施例中，无源器件集成电路将EMI滤波电感和输入滤波电感集成在一起，达到了简化电路设计，节省体积和成本的有益技术效果。另外，上述滤波电容C1、EMI滤波电容CX、第一输入滤波电容CY1和第二输入滤波电容CY2也可以不集成在无源器件集成电路1中。工作时，若外部负载(如电机)侧有较大能量回馈，则会使直流侧电压升高，损坏电路。为了抑制直流侧电压升高，可以通过双向整流电路2将外部负载的反馈能量经逆变电路转换成的直流电逆变为交流电，输出至外部交流电源中，这样省去了大容量、体积的直流侧储能电容，经过双向整流电路2逆变后储存在外部交流电源，滤波电容C1仅起滤波作用，这样采用一个容量和体积较小的电容C1即可，达到减小电路体积和成本的效果。
在一个实施例中，双向整流电路可以包括：
第七晶体管Q7、第七寄生二极管D7、第八晶体管Q8、第八寄生二极管D8、第九晶体管Q9、第九寄生二极管D9、第十晶体管Q10和第十寄生二极管D10；其中，
第七晶体管Q7的源极与滤波电容C1的第一端、第七寄生二极管D7的阳极、第九晶体管Q9的漏极连接；第七晶体管Q7的漏极与第七寄生二极管D7的阴极、第八晶体管 Q8的漏极连接；
第八晶体管Q8的源极与滤波电容C1的第二端、第八寄生二极管D8的阳极、第十晶体管Q10的漏极连接；第八晶体管Q8的漏极与第八寄生二极管D8的阴极、逆变电路3连接；
第九晶体管Q9的源极与第九寄生二极管D9的阳极、第十晶体管Q10的源极连接；第九晶体管Q9的漏极与滤波电容C1的第一端、第九寄生二极管D9的阴极连接；
第十晶体管Q10的源极与第十寄生二极管D10的阳极、逆变电路3连接；第十晶体管Q10的漏极与滤波电容C1的第二端、第十寄生二极管D10的阴极连接；
第七晶体管Q7的栅极、第八晶体管Q8的栅极、第九晶体管Q9的栅极和第十晶体管Q10的栅极与双向整流电路的控制电路连接。
当输入电压大于零时，第七晶体管Q7和第十晶体管Q10触发导通，当输入电流方向为正时，电流经过第七寄生二极管D7和第十寄生二极管D10被整流成直流电输出给逆变电路，当输入电流方向为负时，电流经过第七晶体管Q7和第十晶体管Q10被逆变成交流电储存在外部交流电源4中；
当输入电压小于零时，第八晶体管Q8和第九晶体管Q9触发导通，当输入电流方向为正时，电流经过第八晶体管Q8和第九晶体管Q9被整流成交流电储存在无源器件集成电路1中，当输入电流方向为负时，电流经过第八寄生二极管D8和第九寄生二极管D9被整流成直流电输出给逆变电路。
图4为本发明实施例中间接式矩阵变换器中的双向整流电路的工作波形示意图；在图4中，曲线10是输入电压，曲线20是输入电流，T为时间，U为电压，I为电流。本发明中无源器件集成电路1滤除电路中的EMI干扰和输入电流中的谐波，双向整流电路2则提供双向功率流动的通路，其控制信号由输入电压的极性决定，如图4所示：当输入电压大于零时，第七晶体管Q7和第十晶体管Q10触发导通(图4中线30与线50之间的区间所示)，此时若输入电流方向为正，则电流流过Q7和Q10的寄生二极管：第七寄生二极管D7和第十寄生二极管D10(图4中虚线40与虚线50之间的区间所示)；若此时输入电流方向为负，则电流通过Q7，Q10流动(图4中线30和虚线40之间的区间所示)。同时，当输入电压小于零时，第八晶体管Q8和第九晶体管Q9触发导通(图4中虚线50与虚线70之间的区间所示)，此时若输入电流方向为负，则电流流过Q8，Q9的寄生二极管：第八寄生二极管D8和第九寄生二极管D9(图4中虚线60与虚线70之间的区间所示)；若输入电流方向为正，则电流通过Q8，Q9导通(图4中虚线50与虚线60之间的区间所示)。
通过上述双向整流电路的结构和控制策略，实现了功率的双向流动，既可以将经过无源器件集成电路处理后的交流电整流为直流电直接提供给逆变电路3，还可以将外部负载的能量反馈经逆变电路转换成的直流电逆变为交流电储存外部交流电源中，既可以达到换流控制简单的效果，还可以省去直流储能电容，达到减小电路体积和成本、方便逆变侧功率跟踪的控制，实现输入侧的高功率因数和低谐波。
在一个实施例中，逆变电路可以包括：
第一开关管桥臂，第一开关管桥臂包括：第一晶体管Q1、第一寄生二极管D1、第二晶体管Q2、第二寄生二极管D2；
第二开关管桥臂，第二开关管桥臂包括：第三晶体管Q3、第三寄生二极管D3、第四晶体管Q4、第四寄生二极管D4；
第三开关管桥臂，第三开关管桥臂包括：第五晶体管Q5、第五寄生二极管D5、第六晶体管Q6、第六寄生二极管D6；
第一晶体管Q1的源极与第一寄生二极管D1的阳极、第二晶体管Q2的漏极连接；第一晶体管Q1的漏极与第一寄生二极管D1的阴极、第八晶体管Q8的漏极、第三晶体管Q3的漏极、第五晶体管Q5的漏极连接；
第二晶体管Q2的源极与第二寄生二极管D2的阳极、第十晶体管Q10的源极、第四晶体管Q4的源极、第六晶体管Q6的源极连接；第二晶体管Q2的漏极与第二寄生二极管D2的阴极连接；
第三晶体管Q3的源极与第三寄生二极管D3的阳极、第四晶体管Q4的漏极连接；第三晶体管Q3的漏极与第三寄生二极管D3的阴极、第五晶体管Q5的漏极连接；
第四晶体管Q4的源极与第六晶体管Q6的源极、第四寄生二极管D4的阳极连接；第四晶体管Q4的漏极与第四寄生二极管D4的阴极连接；
第五晶体管Q5的源极与第五寄生二极管D5的阳极连接；第五晶体管Q5的漏极与第五寄生二极管D5的阴极连接；
第六晶体管Q6的源极与第六寄生二极管D6的阳极连接；第六晶体管Q6的漏极与第六寄生二极管D6的阴极连接；
所述第一晶体管Q1的栅极、第二晶体管Q2的栅极、第三晶体管Q3的栅极、第四晶体管Q4的栅极、第五晶体管Q5的栅极和第六晶体管Q6的栅极与逆变电路的控制电路连接；
外部负载为电机M；
电机M的第一相U1与第一开关管桥臂的中点连接，电机M的第二相V1与第二开关管桥臂的中点连接，电机M的第三相W1与第三开关管桥臂的中点连接。
上述逆变电路3中的每个晶体管上均带有寄生二极管，寄生二极管可用来防止晶体管反向击穿，当晶体管截止时，相电流还可以经过寄生二极管进行短时间的续流，带有寄生二极管的晶体管桥臂可以应用于大功率高频电路，扩大了本发明的使用场合，而且由于寄生二极管的存在，整个逆变电路工作更加稳定可靠，且与传统逆变电路的成本基本相同。
本发明实施例中，由于省去了直流侧的储能电容，那么就更加方便逆变电路3采用功率跟踪的控制方法，输出有功功率根据输入电压整流波形按照正弦规律变化，这样便实现了更好的输入高功率因数和低输入电流谐波，输入波形、输出有功功率和直流侧电压波形质量较高(如图5所示)。图5为本发明实施例中间接式矩阵变换器输入电流、输入电压和直流侧电压、输入功率和输出功率波形示意图；图6为本发明实施例中间接式矩阵变换器中输入电压和输出先电压波形示意图；图7为本发明实施例中间接式矩阵变换器中各点的电压和电流的波形示意图。在图5中：曲线①是输入电流曲线，曲线②是输入电压曲线，曲线③是直流侧电压曲线，曲线④是输入功率和输出功率曲线，I为电流，U为电压，P为功率，T为时间；在图6中：曲线①是输入电压包络曲线，曲线②是输出线电压曲线，U为电压，T为时间；在图7中：曲线①是输入电流曲线，曲线②是输入电压曲线，曲线③是直流侧电压曲线，曲线④是输入电压包络曲线，曲线⑤是输出线电压曲线，I为电流，U为电压，T为时间。
下面结合图5、图6和图7，说明采用本发明技术方案后，方便逆变电路3采用功率跟踪的控制方法，从而实现了更好的输入高功率因数和低输入电流谐波的原因：
如果图3中电路实现输入高功率因数，则输入端的电压和电流相位相同(如图5所示)。
设：输入电压为vin＝Vin sinωin t，输入电流为iin＝Iin sinωin t，那么，输入功率为pin＝VinIin sin2ωin t，输入功率根据sin2ωin t规律变化。逆变电路的输出功率表达式为
由于本发明中没有直流储能环节(省去了直流侧的储能电容)，根据能量守恒定律，瞬时输入功率等于输出功率，即pin＝po，因此在输入高功率因数情况下，逆变器输出功率也按照sin2ωin t的形状变化。根据此理论，功率跟踪控制方法则是控制逆变电路的输出功率瞬时值为pin＝VinIin sin2ωin t，输入/输出功率的变化也跟随输入电压变化(如图5所示)，这样就可以实现输入电流与输入电压同相位，即输入的高功率因数。
综上，由于本发明中没有直流储能环节(省去了直流侧的储能电容)，经过双向整流 电路整流后的直流电直接提供给所述逆变电路，那么就方便利用功率跟踪控制方法控制逆变电路的输出功率等于双向整流电路瞬时输入功率，这样输入/输出功率的变化也跟随输入电压变化，实现了输入电流与输入电压同相位，即输入的高功率因数。
另外，如图6所示，逆变电路输出的线电压低于输入电压包络，因此输出频率可以高出输入频率。而传统的矩阵式变换器的输出频率只能低于输入频率。
在一个实施例中，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6、第七晶体管Q7、第八晶体管Q8、第九晶体管Q9和第十晶体管Q10为金属氧化物半导体场效应管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT。
本发明实施例中的晶体管均可以采用MOSFET或IGBT，利用MOS管或IGBT形成的间接式矩阵变换器具有电路结构简单可靠，只需单电源即可提供导通时的正、关断时负压，占空比固定时，通过合理的参数设计，具有较快的开关速度的优点。
本发明达到的有益技术效果为：
(1)本发明技术方案通过设计双向整流电路，实现了功率双向流动，既可以达到换流控制简单的效果，还可以省去直流储能电容，达到减小电路体积和成本、方便逆变侧功率跟踪的控制，容易实现输入侧的高功率因数和低谐波的有益效果。与图2中现有变换器相比较，本发明采用单相开关构成间接式矩阵变换器，解决了开关管换流复杂问题，也简化了驱动控制策略。
(2)本发明技术方案将无源器件(EMI滤波电感和输入滤波电感)集成，减小了电路的体积和成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种间接式矩阵变换器，其特征在于，包括：无源器件集成电路(1)、双向整流电路(2)和逆变电路(3)；其中，
所述无源器件集成电路(1)与外部交流电源(4)连接，用于滤除外部交流电源(4)的电磁干扰EMI信号和输入电流中的谐波，滤除所述双向整流电路(2)反馈交流电中的谐波；
所述双向整流电路(2)与所述无源器件集成电路(1)连接，用于将经过所述无源器件集成电路(1)处理后的交流电整流为直流电直接提供给所述逆变电路(3)，将所述逆变电路(3)反馈的直流电逆变为交流电，经所述无源器件集成电路(1)滤波后输出至外部交流电源(4)；
所述逆变电路(3)与所述双向整流电路(2)和外部负载(5)连接，用于将所述双向整流电路(2)整流后的直流电转换为三相交流电提供给外部负载(5)；将外部负载(5)反馈的交流电转换为直流电输出给所述双向整流电路(2)。
2.如权利要求1所述的间接式矩阵变换器，其特征在于，所述无源器件集成电路(1)包括：EMI滤波电容(CX)、EMI滤波电感(LCM)、输入滤波电感(LDM)、第一输入滤波电容(CY1)、第二输入滤波电容(CY2)和滤波电容(C1)；其中，
所述EMI滤波电容(CX)并联在外部交流电源(4)的两端；
所述EMI滤波电感(LCM)的第一输入端与所述EMI滤波电容(CX)的第一端连接，第二输入端与所述EMI滤波电容(CX)的第二端连接，第一输出端与所述输入滤波电感(LDM)的第一端连接，第二输出端与所述第二输入滤波电容(CY2)的第一端连接；
所述输入滤波电感(LDM)的第二端与所述第一输入滤波电容(CY1)的第一端连接；
所述第一输入滤波电容(CY1)的第一端还与所述滤波电容(C1)的第一端连接，所述第一输入滤波电容(CY1)的第二端还与所述第二输入滤波电容(CY2)的第二端连接；所述第二输入滤波电容(CY2)的第一端还与所述滤波电容(C1)的第二端连接；所述第一输入滤波电容(CY1)的第二端和所述第二输入滤波电容(CY2)的第二端接地；
所述滤波电容(C1)的第一端和第二端与所述双向整流电路(2)连接，用于滤除所述双向整流电路(2)输出交流电中的谐波。
3.如权利要求2所述的间接式矩阵变换器，其特征在于，所述双向整流电路包括：第七晶体管(Q7)、第七寄生二极管(D7)、第八晶体管(Q8)、第八寄生二极管(D8)、第九晶体管(Q9)、第九寄生二极管(D9)、第十晶体管(Q10)和第十寄生二极管(D10)；其中，
所述第七晶体管(Q7)的源极与所述滤波电容(C1)的第一端、第七寄生二极管(D7)的阳极、第九晶体管(Q9)的漏极连接；所述第七晶体管(Q7)的漏极与所述第七寄生二极管(D7)的阴极、第八晶体管(Q8)的漏极连接；
所述第八晶体管(Q8)的源极与所述滤波电容(C1)的第二端、第八寄生二极管(D8)的阳极、第十晶体管(Q10)的漏极连接；所述第八晶体管(Q8)的漏极与所述第八寄生二极管(D8)的阴极、逆变电路(3)连接；
所述第九晶体管(Q9)的源极与所述第九寄生二极管(D9)的阳极、第十晶体管(Q10)的源极连接；所述第九晶体管(Q9)的漏极与所述滤波电容(C1)的第一端、第九寄生二极管(D9)的阴极连接；
所述第十晶体管(Q10)的源极与所述第十寄生二极管(D10)的阳极、逆变电路(3)连接；所述第十晶体管(Q10)的漏极与所述滤波电容(C1)的第二端、所述第十寄生二极管(D10)的阴极连接；
所述第七晶体管(Q7)的栅极、第八晶体管(Q8)的栅极、第九晶体管(Q9)的栅极和第十晶体管(Q10)的栅极与双向整流电路的控制电路连接。
4.如权利要求3所述的间接式矩阵变换器，其特征在于，所述逆变电路包括：
第一开关管桥臂，所述第一开关管桥臂包括：第一晶体管(Q1)、第一寄生二极管(D1)、第二晶体管(Q2)、第二寄生二极管(D2)；
第二开关管桥臂，所述第二开关管桥臂包括：第三晶体管(Q3)、第三寄生二极管(D3)、第四晶体管(Q4)、第四寄生二极管(D4)；
第三开关管桥臂，所述第三开关管桥臂包括：第五晶体管(Q5)、第五寄生二极管(D5)、第六晶体管(Q6)、第六寄生二极管(D6)；
所述第一晶体管(Q1)的源极与所述第一寄生二极管(D1)的阳极、第二晶体管(Q2)的漏极连接；所述第一晶体管(Q1)的漏极与所述第一寄生二极管(D1)的阴极、第八晶体管(Q8)的漏极、第三晶体管(Q3)的漏极、第五晶体管(Q5)的漏极连接；
所述第二晶体管(Q2)的源极与所述第二寄生二极管(D2)的阳极、第十晶体管(Q10)的源极、第四晶体管(Q4)的源极、第六晶体管(Q6)的源极连接；所述第二晶体管(Q2)的漏极与所述第二寄生二极管(D2)的阴极连接；
所述第三晶体管(Q3)的源极与所述第三寄生二极管(D3)的阳极、第四晶体管(Q4)的漏极连接；所述第三晶体管(Q3)的漏极与所述第三寄生二极管(D3)的阴极、第五晶体管(Q5)的漏极连接；
所述第四晶体管(Q4)的源极与所述第六晶体管(Q6)的源极、第四寄生二极管(D4)的阳极连接；所述第四晶体管(Q4)的漏极与所述第四寄生二极管(D4)的阴极连接；
所述第五晶体管(Q5)的源极与所述第五寄生二极管(D5)的阳极连接；所述第五晶体管(Q5)的漏极与所述第五寄生二极管(D5)的阴极连接；
所述第六晶体管(Q6)的源极与所述第六寄生二极管(D6)的阳极连接；所述第六晶体管(Q6)的漏极与所述第六寄生二极管(D6)的阴极连接；
所述第一晶体管(Q1)的栅极、第二晶体管(Q2)的栅极、第三晶体管(Q3)的栅极、第四晶体管(Q4)的栅极、第五晶体管(Q5)的栅极和第六晶体管(Q6)的栅极与逆变电路的控制电路连接；
所述外部负载为电机(M)；
所述电机(M)的第一相(U1)与所述第一开关管桥臂的中点连接，所述电机(M)的第二相(V1)与所述第二开关管桥臂的中点连接，所述电机(M)的第三相(W1)与所述第三开关管桥臂的中点连接。
5.如权利要求1至4任一权利要求所述的间接式矩阵变换器，其特征在于，
所述第一晶体管(Q1)、第二晶体管(Q2)、第三晶体管(Q3)、第四晶体管(Q4)、第五晶体管(Q5)、第六晶体管(Q6)、第七晶体管(Q7)、第八晶体管(Q8)、第九晶体管(Q9)和第十晶体管(Q10)为金属氧化物半导体场效应管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT。
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