矩阵式变换器为什么会成为电力电子技术研究的热点

电源是电子电路中有源器件工作的能量来源，电源的性能直接影响电子电路的性能，电源可以说是电子系统的“心脏”。通常一个电子系统需要用到多种不同电压(或电流)和不同容量的电源，而为每一种应用需求单独设计一个电源往往会增加系统体积和成本。电源变换器为简化电源设计提供了很大方便。电动机分为直流电动机和交流电动机两大类，交流电动机又分为异步电动机和同步电动机，其各自的调速原理也不相同。根据电动机的调速要求，可以分为直流电源变换器和交流电源变换器两大类：1)直流电源变换器主要是将输入的恒定交流电变换为输出可调的直流电，因此又称为可调整流器，用于直流电动机调速系统，通过改变电枢电压实现恒转矩调速，减弱励磁实现恒功率调速。2)交流电源变换器，主要是将输入的恒压恒频交流电转换为电压和频率可调的交流输出，因此又称为变频器。根据电力电子换流模式，变频器又可分为交一直一交变频器和交一交变频器，而在交一直一交变频器中，按其直流环节的储能元件的不同有恒压源(VSI)和恒流源(CSI)两种变频器。

变换器，是将信源发出的信息按一定的目的进行变换。矩阵式变换器是一种新型的交-交电源变换器。和传统的变换器相比，它具有如下优点：不需要中间直流储能环节;能够四象限运行;具有优良的输入电流波形和输出电压波形;可自由控制的功率因数。矩阵式变换器已成为电力电子技术研究的热点之一，并有着广泛的应用前景。

典型电源变换器分别由输入保护级(熔断器+输入浪涌电流抑制电路)、EMI滤波器、电源变换电路和输出隔离电路组成，为了保证电源供电的可靠性，电子设备的DC/DC电源往往采用热备份的工作方式，备份电源的设置与主份完全一致，通过输出隔离二极管实现并联供电，由于主份输出电压一般高于备份，工作时主份电源带载、备份电源空载，在主份电源出现故障时，备份电源带载工作，实现备份冗余的目的。电源变换器产品的种类较多，国内研制的电源变换器产品主要采用多种功能的电路单元组合在一个模块里，用户使用方便，缺点是电源变换器的体积较大，灵活性差。

国外研制的电源变换器产品主要采用单元模块的方式，即采用独立的EMI滤波器和电源变换器，优点是用户可以根据需要进行组合，使用灵活。在电源变换器设计中，首先根据负载要求确定电路拓扑，确定电源变换器的组成和备份方式，电源变换器的主要参数指标有输入电压范围、输出电压准确度、负载稳定度、电压稳定度、输出纹波、效率和动态指标，为了达到保护负载和电源变换器的目的，电源变换器具有过流保护过压保护及欠压保护能力，故障撤销后，电源变换器可以恢复正常工作，在母线电压及负载发生变化时，电源变换器具有快速的响应能力。因此，电源变换器的动态指标(启动特性、输入电压阶跃特性、负载阶跃瞬态特性)也是电源变换器的重要特性。

此外，为了满足空间环境的要求，电源变换器需要考虑耐空间辐照能力、可靠性指标和设计寿命指标，这些指标主要是与电路拓扑、热设计、元器件质量等级和元器件参数降额等因素有关。在分析任务要求基础上选择适合的电路形式，特别是功率级电路，应力求简单、可靠，优先采用单端电路拓扑，选择经过飞行考验的成熟的电路、标准电路，同时还要有良好的输入端故障隔离措施以及输出端对负载故障的适应性能。电路的选择与元器件的选用有密切关系，特别是一些分立元件，如功率管、整流二极管、滤波电容器等，应优选经过飞行验证的高可靠产品并降额使用。

电源(Power Supply)的定义：电源是一种将其他形式的能量转化为电能的装置。

而电源转换器(Power Converter)则更为专业，它不仅能控制电力能源的形式，还能实现能源的转换。根据转换类型的不同，电源转换器可进一步细分为多种类型。

1、按照转换形式分类，电源转换器可分为AC-AC(交流-交流)、AC-DC(交流-直流)、DC-DC(直流-直流)和DC-AC(直流-交流)四种类型。

2、根据转换方法的不同，电源转换器又可分为线性电源和开关电源两大类。

3、此外，根据调控效果的不同，电源转换器还可分为稳压、恒流、调频和调相等多种类型。

我们日常所称的电源，其实指的是一种能实现能源转换的装置，即电源转换器。而若进一步细分，电源转换器又可分为一次电源、二次电源和化学电源等类型。其中，一次电源主要负责将其他形式的能量转换为电能，例如风力、火力和水力发电站所产出的电力;二次电源则主要负责满足不同用电设备对电能形式的需求，进行电能转换或稳定处理;而化学电源则是一种将能量以某种形式储存起来，并在需要时转换为电能的装置，如各类电池。电源转换器，顾名思义，是一种用于转换电源的设备。它能够将一个电源转换成另一个适合特定设备使用的电源。例如，我们常见的电源适配器就是一种电源转换器，它可以将家庭或办公室的交流电转换成直流电，为笔记本电脑、手机等设备供电。这种设备在日常生活和工作中的应用非常广泛，几乎涵盖了所有需要电力支持的电子设备。

电源转换器根据其功能和使用场景的不同，可以分为多种类型。以下是一些常见的电源转换器类型：

1. 电源适配器：这是最常见的一种电源转换器，主要用于将交流电转换成直流电，为各种电子设备提供稳定的电力支持。

2. 电源逆变器：逆变器的作用与适配器相反，它是将直流电(如汽车、太阳能电池板产生的电力)转换成交流电，以满足特定设备的使用需求。

3. 电压转换器：这种转换器主要用于改变电源的电压值。例如，110V至220V的电压转换器可以让在220V电压环境下使用的设备在110V电压环境下也能正常工作，非常适合出国旅行或在不同电压标准的国家使用电子设备。

电源转换器的使用场景非常广泛，几乎涵盖了所有需要电力支持的场合。以下是一些典型的应用实例：笔记本电脑和手机充电：通过电源适配器，我们可以将家庭或办公室的交流电转换成适合笔记本电脑和手机充电的直流电。车载设备供电：在汽车中，我们可以使用逆变器将车载电池的直流电转换成交流电，为车载冰箱、电视机等设备供电。出国旅行使用电子设备：在出国旅行时，电压转换器可以帮助我们解决不同国家电压标准不同的问题，让我们的电子设备在任何地方都能正常工作。电源转换器作为一种重要的电力转换设备，为我们的生活和工作带来了极大的便利。随着科技的不断进步和电子设备种类的日益丰富，电源转换器的功能和应用场景也将不断拓展。未来，我们期待看到更加智能、高效、环保的电源转换器产品出现，为我们的电力生活提供更加完美的解决方案。