摘要：矩阵变换器具有一系列的优点，已成为交-交变换器研究中非常热门的课题，但其电压传输比一直比较低。针对矩阵变换器在目前的拓扑结构下最大的电压传输比仅为0.866，提出了"泵式"矩阵变换器，分析了它的拓扑结构和工作原理，并进行了Matlab仿真，实现了电压传输比的提高。 关键词：电压增益 矩阵变换器 Matlab仿真矩阵变换器具有一系列优点，但迟迟不能进入实用阶段，其重要的原因之一就在于它的电压传输比比较低。在现有矩阵变换器的拓扑结构与调制策略基础上，得到的输出输入电压传输比都小于等于1[1～3]。通过对矩阵变换器电压传输比进行严格的数学证明可知：在希望得到输出相电压为正弦电压的情况下，
升压型单相矩阵变换器是电力电子领域中一种创新的电源转换技术，旨在解决传统矩阵变换器在电压传输比方面的局限。矩阵变换器因其直接交-交转换能力，能够灵活调控电压、电流和频率而备受关注。然而，其电压传输比较低，限制了其在实际应用中的推广。
传统矩阵变换器的电压传输比最高只能达到0.866，这主要是由于其拓扑结构和调制策略的限制。为了克服这一问题，研究人员提出了“泵式”单相矩阵变换器的概念。这种新型变换器借鉴了类似往复泵的工作机制，通过高频升压与斩波调制的协调配合，实现了双向调压，从而提高了总的电压传输比，使其超过1。
"泵式"矩阵变换器的拓扑结构包括无延时的理想双向功率开关管S11、S12、S21、S22和S0，以及工作在高频斩波状态的电感L1、C1、L2和C2。开关管S11、S12、S21、S22组成开关矩阵，其调制矩阵M(t)决定了各开关管的导通时间和相位，从而控制输出电压的特性。
在工作过程中，"泵式"变换器的开关管遵循特定的通断规律，这些规律由调制矩阵M(t)内的矩阵因子mij决定，其中mij代表相应开关管的占空比。变换器的输出电压与输入电压的关系受到开关管的工作状态、输入频率ωi、输出频率ωo、输出初相角ψ以及电压传输比q的影响。
整个工作过程分为三个阶段：T1时段，S11和S22导通，S12和S21关闭，输入能量被储存在电感L1中；T2时段，S12和S21导通，S11和S22关闭，电容C1通过开关矩阵向负载供电；T3时段，S0截止，电感L1释放储存的能量，对C1充电，使得C1的电压超过输入电压，实现电压提升。在T3时段，所有开关管同时导通，但不会导致输入电源短路，因为此时开关矩阵与电源之间是隔离的。
通过这种方式，“泵式”矩阵变换器不仅提高了电压传输比，还保持了输出电压的正弦波形，增强了变换器的灵活性和效率。Matlab仿真是验证这一理论的有效工具，它能模拟变换器的实际运行情况，优化调制策略，确保设计的可行性和性能指标。
总结来说，升压型单相矩阵变换器是一种旨在提高电压传输比的新型电力变换技术，它通过独特的“泵式”工作原理和调制策略，实现了电压的提升，拓宽了矩阵变换器的应用范围，尤其是在需要高电压传输比的场合，如分布式发电、电动汽车充电和工业电源系统等。这项技术的持续研究和发展将进一步推动电源技术的进步。
