双向能量传递控制的制作方法

本发明涉及矩阵变换器的领域，并且更具体地讲，涉及包括双向开关的矩阵变换器的领域。

背景技术：

矩阵变换器通常是单级ac-ac变换器，其使用开关阵列将(任何数量相位的)第一ac信号以任意幅度和频率变换为(任何数量相位的)第二ac信号。矩阵变换器的一个优点是其不需要任何大储能元件。

典型的矩阵变换器要求开关阵列中的每个开关是能够在两个方向上阻断电压并传导电流的双向开关。双二极管双晶体管双向开关是独立控制矩阵变换器内的电流方向的已知方法。用于这种双向开关的换向的四步序列(即通过其晶体管的选择性切换来断开第一双向开关和接通第二开关的方法)是已知的。

一种已知的用于矩阵变换器的调制技术使用空间矢量调制(svm)来执行第一ac信号的调制。若干svm技术对于本领域技术人员是已知的，诸如三零、二零和一零方法。

技术实现要素：

本发明由权利要求书限定。

根据本发明构思的第一方面，提供了矩阵变换器，该矩阵变换器包括：用于连接到m相位电压源的m个输入节点，其中m为至少1；用于连接到n相位负载的n个输出节点，其中n为至少1，并且m或n中的至少一者为2或更大；m×n个双向开关，其中每个双向开关被连接在单个输入节点和单个输出节点之间，使得每个输出节点可通过双向开关选择性地连接到每个输入节点；和控制器，该控制器被连接以控制所述双向开关的传导性，使得每个输入节点和每个输出节点之间的双向连接是可选择性控制的，其中控制器被适配为使得在改变任何单个双向开关的传导性之间的最小时间周期不小于预先确定的时间周期。

换句话讲，矩阵变换器可被适配为使得双向开关具有最小切换时间，这样任何单个双向开关在预先确定的时间周期内可能都不会脉冲式接通-断开-接通或断开-接通-断开。这不排除这样的可能性：第一双向开关切换状态(例如，从断开到接通)和第二双向开关切换状态之间的时间周期的差值可小于预先确定的时间周期。

在至少一个优选实施方案中，矩阵变换器被适配，其中每个双向开关包括至少一个晶体管；所述控制器被连接以控制每个晶体管的传导性；并且所述控制器被适配为使得改变任何单个晶体管的传导性之间的所述最小时间周期不小于所述预先确定的时间周期。

换句话讲，提供了包括m×n个双向开关的阵列的矩阵变换器。连接到该阵列的是多个m个输入节点和n个输出节点。每个双向开关被连接在独特一对输入节点和输出节点之间，使得输入节点和输出节点中的每一者可通过双向开关连接在一起。双向开关各自包括至少一个晶体管。

控制器提供与所述双向开关的每个晶体管的可变电压连接，以便控制晶体管的传导性(即，控制流过任何给定晶体管的电流)。也就是说，控制器允许改变向每个晶体管的栅极施加的电压，以控制经过晶体管(例如，从连接到输入节点的源极或集电极至连接到输出节点的漏极或发射极)的传导性。从而，控制器可将任何输入节点可控制地连接到任何输出节点。

控制器被适配为仅以最小预先确定的时间延迟改变任何单个晶体管的传导性，即，每个晶体管具有通过控制器控制的最大允许的切换事件频率。在这种方式下仅允许给定晶体管的传导性以最大频率改变，这可使设备中的过大热应力得以避免。

这不排除在较短时间周期内改变不同晶体管的传导性的可能性。例如，在第一时间点(ti1)，第一晶体管可不允许电流流过并且第二晶体管可允许电流流过；在第二时间点(ti2)，可改变第一晶体管的传导性以允许电流流过。在第三时间点(ti3)，小于第二时间点后的预先确定的时间周期(tpd)(即，ti3-ti2<tpd)，可改变第二晶体管的传导性以不允许电流流过。

任选地，控制器是现场可编程门阵列，fpga。此类fpga可例如通过充当提供定时“保持状态”的状态机来提供在改变传导性之间的该最小时间周期，其中向任何给定晶体管施加的电压(改变传导性)可仅在“保持状态”的设定时间周期已流逝并因此该状态退出时改变。

此类矩阵变换器还可包括连接到fpga的微控制器，该微控制器被适配为选择输出节点要被双向地连接到哪个输入节点。

矩阵变换器可被适配为使得改变双向开关的任何单个晶体管的传导性之间的时间周期取决于由输出节点驱动的n相位负载。

可基于任何数量的因素来计算预先确定的时间周期，这些因素例如为：负载的相位；电压源的相位；调制方法；开关的规格以及开关的热特性(例如，晶体管的技术和所用封装的类型)；或供应给负载的电压或开关所承受的损耗。

矩阵变换器还可包括连接在输入节点中的每一者之间的至少一个电容器。

电容器的尺寸可取决于所需的高频谐波性能。它们可足够大以确保变换器的输入处的电压纹波充分小，从而允许变换器自身的正确操作。对于有技术的读者而言，该尺寸可容易计算。

在一些实施方案中，每个输出节点在某一时间被双向地连接到仅一个输入节点。

换句话讲，可仅允许双向电流从单个输入节点流向输出节点。换句话讲，在输入节点处提供的电压源可向不止一个输出节点和连接负载提供双向电流；但任何给定的输出节点可能不能从不止一个输入节点接收双向电流。

示例性双向开关可包括：串联布置的第一晶体管和第一二极管；以及串联布置的第二晶体管和第二二极管，其中第一晶体管和第二晶体管背对背地布置，使得双向开关可配置为提供从相关联的输入节点到相关联的输出节点的第一单向连接，或从所述输出节点到所述输入节点的第二单向连接。

换句话讲，每个双向开关可包括反向串联布置的两个单向开关。

可能的双向开关的一种配置包括第一晶体管和第二晶体管以及第一二极管和第二二极管。正如在常规电子器件中，每个晶体管包括栅极、集电极和发射极。在一个实施方案中，晶体管被布置成使得第一晶体管的发射极被连接到第二晶体管的发射极以提供双向电流可控性。在此类配置中，矩阵变换器的输入节点可被连接到第一晶体管的集电极，并且输出节点可被连接到第二晶体管的集电极。对于本配置而言，第一二极管从第一晶体管的发射极跨越到所述输出节点，并且第二二极管从第二晶体管的发射极跨越到所述输入节点。因此第一晶体管和第一二极管被串联连接，并且第二晶体管和第二二极管也被串联连接。

具有第一晶体管和第二晶体管以及第一二极管和第二二极管的双向开关的另选布置方式是可能的。例如，晶体管可被布置成使得第一晶体管的集电极被连接到第二晶体管的集电极以提供双向电流可控性。相应地，矩阵变换器的输入节点可被提供给第一晶体管的发射极，并且矩阵变换器的输出节点可被提供给第二晶体管的发射极。对于该配置而言，第一二极管从第一晶体管的集电极跨越到所述输出节点，并且第二二极管从第二晶体管的集电极跨越到所述输入节点。因此第一晶体管和第一二极管保持串联连接，并且第二晶体管和第二二极管也保持串联连接。

具有诸如这些的此类双向开关的矩阵变换器可被适配为使得输出节点在某一时间被单向地连接到不超过两个输入节点。

换句话讲，与任何给定输出节点相关联的双向开关的仅最多两个单向开关可在任何给定时间点处于高传导性。因此，示例性输出节点可具有与第一输入节点的第一单向连接(例如，允许电流从第一输入节点流向示例性输出节点)以及与第二输入节点的第二单向连接(例如，允许电流从示例性输出节点流向第二输入节点)。

在一些实施方案中，控制器被适配为使得预先确定的时间周期不小于2.5μs，例如2.5μs。

在另外的实施方案中，控制器被进一步适配为使得改变双向开关的任何单个晶体管的传导性之间的最小时间周期不小于3.5μs。

在一些实施方案中可能优选的是，将改变双向开关的任何单个晶体管的传导性之间的最小时间周期限制为不超过5μs。具体地讲，设定太长的最小周期可造成输出中非期望的失真。

根据本发明构思的另一方面，提供了将至输出节点的双向连接从第一输入节点切换到第二输入节点的方法，其中第一输入节点可通过第一双向开关连接到输出节点，该第一双向开关包括串联布置的第一晶体管和第一二极管；以及串联布置的第二晶体管和第二二极管，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管背对背地布置；并且所述第二输入节点可通过第二双向开关连接到所述输出节点，所述第二双向开关包括串联布置的第三晶体管和第三二极管；以及串联布置的第四晶体管和第四二极管，其中第三晶体管和第四晶体管背对背地布置，其中每个晶体管的传导性可通过控制器控制以在接通的高传导性和断开的低传导性之间切换，在初始状态下，第一晶体管和第二晶体管都是接通的，并且第三晶体管和第四晶体管都是断开的，该方法包括：在第一时间点，断开第一晶体管；在第二时间点，接通第三晶体管；在第三时间点，断开第二晶体管；在第四时间点，接通第四晶体管；其特征在于该方法还包括：在第四时间点，将第四晶体管闭锁以保持接通；在第五时间点，将第四晶体管解锁，其中第五时间点不小于第四时间点后的预先确定的时间周期。

例如，该预先确定的时间周期优选地为2.5μs；然而，在其他实施方案中，该预先确定的时间周期可为3.5μs或5μs。

该方法可被适配，其中以下的至少一者之间存在预先确定的最大时间周期：所述第一时间点和所述第二时间点；所述第二时间点和所述第三时间点；以及所述第三时间点和所述第四时间点。

例如，该预先确定的最大时间周期可为1μs。

还提供了操作具有至少一个输出节点和至少两个输入节点的矩阵变换器的方法，其中每个输出节点通过双向开关双向地连接到每个输入节点，该方法包括：使用空间矢量调制技术来控制至少一个输出节点和至少两个输入节点之间的双向连接的切换顺序，其中如上所述那样执行双向连接的切换步骤。

空间矢量调制技术可例如为二零调制方法。在其他实施方案中，空间矢量调制技术是三零或一零调制方法。

本文示出了二零调制方法以提供具有改善的总谐波失真的n相位输出。对于一些情况，三零调制方法可提供改善的整体性能。

附图说明

现在将参照附图详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示出了根据第一示例性实施方案的矩阵变换器；

图2描绘了根据第一示例性实施方案的矩阵变换器的详细视图；

图3是已知的换向序列的代表图；

图4是根据第一示例性实施方案的换向序列的代表图；

图5示出了根据第二示例性实施方案的矩阵变换器；

图6是用于第二示例性实施方案的三零空间矢量调制技术的代表性示意图；

图7是用于第二示例性实施方案的二零空间矢量调制技术的代表性示意图；

图8是用于增加三零和二零空间矢量调制技术的调制指数的、输出电流的总谐波失真(thd)的模拟图；

图9是用于增加三零和二零空间矢量调制技术的换向保持时间的、输出电流的总谐波失真(thd)的模拟图；

图10是用于增加三零和二零空间矢量调制技术的调制指数的、输入电流的总谐波失真(thd)的模拟图；

图11是用于增加三零和二零空间矢量调制技术的换向保持时间的、输入电流的总谐波失真(thd)的模拟图；并且

图12是用于根据第一示例性实施方案的换向序列的方法的代表性流程图。

具体实施方式

本发明提供了能够将多相位输入信号变换为多相位输出信号的矩阵变换器。本发明提出了提供用于所述矩阵变换器中的任何给定晶体管的最小晶体管切换周期的构思。从而，用于任何给定晶体管的最小晶体管切换周期也意味着最小双向开关切换周期。

参照图1，示出了矩阵变换器1的第一实施方案。矩阵变换器1是简单的双相位×单相位矩阵变换器。换句话讲，可通过矩阵变换器1将双相位输入信号100调制为单相位输出负载140。矩阵变换器1包括用于连接到第一相位101和第二相位102的电压源100的第一输入节点111和第二输入节点112。矩阵变换器1还包括用于连接到输出负载140的输出节点130。电容器103提供用于每个相位的感应电流的路径。矩阵变换器包括允许将两相位输入信号101、102调制到输出负载140的第一双向开关121和第二双向开关122。为了调制双相位输入信号，可将这两个双向开关交替地接通或断开(即，允许双向电流流过开关)。可例如通过现场可编程门阵列fpga(未示出)执行该切换的控制。

图2更详细描绘了示例性矩阵变换器1。示出了用于所述矩阵变换器1的第一示例性双向开关121和第二示例性双向开关122。

示例性第一双向开关121包括反向串联布置的第一单向开关211、212和第二单向开关221、222。第一单向开关211、212控制在单一方向(例如，正向，即从相关联的输入节点111到相关联的输出节点130)上的电流。而第二单向开关221、222控制在相反方向(例如，反向，即从相关联的输出节点130到相关联的输入节点111)上的电流。因此，在从每个输入节点到输出节点的正向和反向上的电流可独立地由双向开关控制。这种双向开关可另称为切换单元。

相似地，第二双向开关122布置有与第一双向开关121相同的部件并以与第一双向开关121相同的方式布置-也就是说，包括反向串联布置的第一单向开关231、232和第二单向开关241、242。

通过例如fpga向晶体管的栅极施加的电压能控制所述晶体管的传导性。如果向所述栅极施加两种水平的电压信号(例如，3.3v或0v的电压信号)，则晶体管可被认为具有两种传导性状态，即“接通”或“断开”。在“接通”状态下，晶体管被选通以具有高传导性，并且可允许电流流过。在“断开”状态下，晶体管具有低传导性，并且可不允许电流流过。例如，输入节点111与输出节点130在两个电流方向上的连接可通过向双向开关121的晶体管的栅极施加的电压来控制。技术人员应当理解，控制晶体管和因此的双向开关的其他方法诸如使用微控制器是可供使用的，而不脱离本发明的范围。此外，可向栅极施加其他电压水平(例如，5v、3v)以控制传导性。

如前所述，在将双相位输入信号调制为单相位输出负载的一种方法中，必须将双向开关交替地接通和断开。为了防止(输入的)线间短路，与单个输出节点相关联的两个双向开关在任何给定时刻都不应被接通。换句话讲，输出节点130在任何给定时刻仅可双向地连接到单个输入节点。相似地，为了确保存在用于输入信号的每个相位的感应电流的路径，输出节点130不应完全与每一个输入节点112、111断开连接，从而防止发生较大过电压。换句话讲，输出节点130必须始终被连接到电压源100的相位。这两个限制允许改善设备安全性、可靠性和耐久性。

下面描述一种将至输出节点130的连接从第一输入节点111安全地转移到第二输入节点112的方法。该程序可另称为换向，并且所涉及的步骤称为换向序列。

图3示出了典型的(对于现有技术而言)换向序列301，其用于首先将至输出节点130的连接从第一输入节点111换向到第二输入节点112(t1-t4)，随后使换向序列302反转(t5-t8)。该图示出了向相应晶体管的栅极施加的两种水平的电压信号的代表性波形，该两种水平的电压信号相应地使晶体管接通和断开。

最开始，将第一双向开关121完全接通，并将对应正向和反向电流单向开关(即，分别为第一单向开关211、212和第二单向开关221、222)接通，并且相关联的晶体管具有允许电流流过的高传导性。相似地，将第二双向开关122完全断开，并将对应正向和反向电流单向开关(即，分别为第三单向开关231、232和第四单向开关241、242)断开，并且相关联的晶体管具有仅允许可忽略的电流流过的低或近零传导性。

在第一时间点(t1)，将第二晶体管221(第一双向开关121的反向电流单向开关)断开。

在第二时间点(t2)，将第三晶体管231(第二双向开关122的正向电流单向开关)接通。

在第三时间点(t3)，将第一晶体管211(第一双向开关121的正向电流单向开关)断开。第一双向开关121此时完全断开。

在第四时间点(t4)，将第四晶体管241(第二双向开关122的反向电流单向开关)接通。第二双向开关122此时完全接通，并且换向序列完成。

然后该程序反向，以使向输出节点提供的连接换向，使得该连接再次由第一输入节点提供。也就是说：

在第五时间点(t5)，将第四晶体管241断开。

在第六时间点(t6)，将第一晶体管211接通。

在第七时间点(t7)，将第三晶体管231断开。

在第八时间点(t8)，将第二晶体管221接通。

上述换向序列对可切换晶体管时的频率或时间周期没有限制。因此引入这样的可能性：如果需要两个背对背换向，则接通第四晶体管的时间长度(t5-t4)可变得极小。

图4示出了根据本发明的实施方案的改进的换向序列401。该序列包括如参照图3所述的相同的最开始四个时间点。然而，第四时间点被适配，其中向第四晶体管241施加的电压保持最小时间周期(th)，另称为换向保持时间。换句话讲，晶体管必须在至少时间长度th内保持接通。优选地，该最小时间周期不小于2.5μs，并且任选地不小于3.5μs。因此，第四晶体管241在小于最小时间周期内可不断开-接通-断开。

第二反向换向序列402可紧接在最小时间周期结束之后发生，使得第五时间点(即，当将第四晶体管241断开时)紧接在t4时接通第四晶体管后的最小时间周期流逝之后发生。在最小时间周期为例如不小于2.5μs的情况下；由此得出：

t5-t4≥2.5μs(1)

以该方式遵循换向序列确保了在接通周期(即，晶体管接通的时间长度)小于换向保持时间(预先确定的时间周期)例如2.5μs的情况下矩阵变换器1的单个晶体管可不断开-接通-断开或“脉冲式变化”。此外，可以理解，如果始终以上述方式执行任何两个双向开关之间的切换，则在断开周期(即，晶体管断开的时间长度)小于换向保持时间的情况下晶体管不会脉冲式接通-断开-接通。

由于可通过现场可编程门阵列(fpga)来执行向晶体管施加的电压的控制，因此每个时间点都可与状态机的“状态”相关。在这种情况下，由于状态机(即，fpga)逐步遍历每种状态，因此执行相应时间点的每个过程。因此，例如，在第四时间点，可进入保持状态，其中可直到设定时间周期已流逝且退出保持状态，才执行另外的过程。这种fpga可因此提供所提出的需求，即晶体管在例如2.5μs的时间范围内不会脉冲式变化。

应当指出的是，参照图3和图4所述的换向序列不限于在仅一对双向开关之间来回切换，而是可适用于在任何数量的双向开关的序列之间切换。例如，可存在这样的应用，其中要求序列从初始第一双向开关换向到第二双向开关(例如，序列t1-t4)，然后从第二双向开关换向到第三双向开关(例如，代替t5-t8)。从而可执行用于供应与任意数量双向开关相关联的任意输出节点的任何数量换向。

应当理解，提供最小晶体管切换时间(例如，>2.5μs)还提供了用于双向开关切换时间的最小值(即，每个双向开关可仅在有限时间周期(例如，>2.5μs)内脉冲式接通-断开-接通)。

图5描绘了根据第二示例性实施方案的矩阵变换器5。矩阵变换器5是三相位×三相位矩阵变换器。换句话讲，矩阵变换器5包括：用于与电压源500的第一相位501、第二相位502和第三相位503连接的第一输入节点511、第二输入节点512和第三输入节点513。以及用于与负载540的第一相位、第二相位和第三相位连接的第一输出节点531、第二输出节点532和第三输出节点533。电压源可例如为典型的三相位干线电源。负载540可例如为感应性负载或电容性负载，使得矩阵变换器可包括感应性端口或电容性端口或两者。

每个输出节点可通过双向开关连接到每个输入节点。因此矩阵变换器在阵列中提供总共九(3×3)个双向开关。第一电容器551、第二电容器552和第三电容器553提供用于每个相位的感应电流的路径。

第一输出节点531可分别通过第一双向开关5211、第二双向开关5212和第三双向开关5213连接到第一输入节点511、第二输入节点512和第三输入节点513。第二输出节点532可分别通过第四双向开关5221、第五双向开关5222和第六双向开关5223连接到第一输入节点511、第二输入节点512和第三输入节点513。第三输出节点533可分别通过第七双向开关5231、第八双向开关5232和第九双向开关5233连接到第一输入节点511、第二输入节点512和第三输入节点513。在本实施方案中，每个双向开关处于如图2所展示的相同配置。

与第一实施方案相同的限制适用于第二实施方案。换句话讲，为了防止(电压源的)线间短路，与单个输出节点相关联的两个双向开关在任何给定时刻都不应被接通。例如，以下的仅一者可在任何给定时刻被接通：第一双向开关5211；第二双向开关5212；以及第三双向开关5213。相似地，为了确保存在用于输入信号的每个相位的感应电流的路径，输出节点231、232、533不应与每一个输入节点511、512、513断开连接，从而防止发生较大过电压。换句话讲，每个输出节点531、532、533必须始终被连接到电压源500的相位。这两个限制允许改善设备安全性、可靠性和耐久性。

为了调制电压源向负载的供电，可使用调制技术确定双向开关切换的时序。一种用于控制双向开关的切换的已知方法是空间矢量调制(svm)技术。图6和图7中展示了两种典型的svm技术或方案。在这两个图中，横轴(x轴)被视为时间，并且纵轴(y轴)上的附图标记被视为不同双向开关与之相关联的输出节点。

图6和图7所示的svm技术将矢量的重复序列(即，相应图所示的序列)或调制周期应用于双向开关的阵列以调节矩阵变换器的调制。矢量可被理解为包括有关在给定时刻哪些双向开关是活动的或被接通的信息。例如，在图6中，矢量‘03’最初是活动的。这对应于(如图6所指示)第三双向开关5213、第六双向开关5223和第九双向开关5233处于接通状态。

“活动矢量”被限定为是提供输出电压的矢量(即，在至少一对输出节点之间存在电压)。例如，矢量‘-3’对应于第一双向开关5211、第六双向开关5223和第九双向开关5233处于接通状态。因此，第一输出节点被连接到第一输入节点；同时第二输出节点和第三输出节点两者被连接到第三输入节点。因此在第一输出节点和第二输出节点之间以及在第一输出节点和第三输出节点之间都可能存在电压差(每一者对应于第一输入节点和第三输入节点之间的电压差)。

“零矢量”被定义为没有产生输出电压(即，相对于参考电压而言，每个输出节点处的电压是相同的)的矢量。示例性零矢量是所有三个输出节点都连接到第三输入节点的上述矢量‘03’。因此，第一输出节点、第二输出节点和第三输出节点之间没有电压差或存在可忽略的电压差(因为每个输出节点处于相同电压)。

每个活动矢量应用于双向开关阵列的时间长度(脉冲宽度)将决定：平均输出电压角度和幅度；以及输入电流角度。这样，如果跟踪输入相位电压，则svm输入电流角度可被同步到电源，并且可在输入处获得单位位移因数。相似地，如果输出电压和角度连续地改变，则可获得所需的正弦输出。

用零矢量填充调制周期(即，矢量的重复序列)内的剩余时间。每个零矢量还具有相关联的脉冲宽度，该脉冲宽度对应于每个所述零矢量应用于双向开关阵列的时间长度。因此调制周期中应用的任何活动或零矢量的最短单个脉冲宽度可被视为最小脉冲宽度。

调制指数对应于用活动矢量填充的调制周期的比例或分数。通常，高于0.86的调制指数被视为矩阵变换器中的过调制。这一般被视为在不引起输入或输出处的波形失真的情况下svm中所使用的理论最大调制指数。

图6示出了采用三个零矢量(3零方法)进行全调制的svm技术。换句话讲，在调制周期内，使用三个不同零矢量(‘01’、‘02’和‘03’)。‘01’对应于第一双向开关5211、第四双向开关5221和第七双向开关5231是活动的。‘02’对应于第二双向开关5212、第五双向开关5222和第八双向开关5232是活动的。

图7示出了采用两个零矢量(2零方法)进行全调制的svm技术。换句话讲，在调制周期内，使用两个不同零矢量(‘03’为‘02’)。

在所提出的两种svm方案中采用四个活动矢量。‘-3’对应于第一双向开关5211、第六双向开关5221和第九双向开关5233是活动的。‘+9’对应于第一双向开关5211、第四双向开关5221和第九双向开关5233是活动的。‘-7’对应于第一双向开关5211、第四双向开关5221和第八双向开关5232是活动的。‘+1’对应于第一双向开关5211、第五双向开关5222和第八双向开关5232是活动的。技术人员应当理解，其他可能的活动矢量可供使用，而不会扩大到本发明的范围之外。

参照图6，随着调制指数增加，当零矢量‘01’变小时，出现最小脉冲宽度。这可能导致双向开关之一中的晶体管通过调制方案提出小段断开-接通-断开时间的需求，从而潜在地引起晶体管内的过度热应力。

相似地，参照图7，当活动矢量变小(例如在‘+9’与‘-7’之间)时，可能需要小段断开-接通-断开时间。

然而，如果根据参照图4所述的换向序列进行不同双向开关之间的切换(即，改变所应用的矢量)，则可避免小段断开-接通-断开时间。因此，每个矢量具有等于时间长度th的绝对最小脉冲宽度。优选地，该时间长度不小于2.5μs，任选地不小于3.5μs。

绝对最小脉冲宽度的长度可取决于例如双向开关的热特性。例如，如果双向开关包括绝缘栅双极晶体管，则该时间长度可为2.5μs。较高功率设备可能需要较大的最小脉冲宽度。相似地，较低功率设备可仅需要较小(小于2.5μs)的最小脉冲宽度。

在一个示例中，将最小脉冲宽度限制为不小于2.5μs对应于在使用3零svm(图6)及12.5khz的晶体管切换频率时将矩阵变换器的调制指数限制为0.75。限制3零svm中的调制深度迫使隔开‘+9’和‘-7’的矢量01成为最小值(即，保持最小时间长度)并防止小脉冲。

因此可以看出，限制最小脉冲宽度(和因此的换向序列)的一种方法可为将矩阵变换器的调制指数限制为不超过预先确定的最大调制指数，例如0.75。任选地，可将调制指数限制为不小于预先确定的最小调制指数。在一些实施方案中，可存在预先确定的最大调制指数和预先确定的最小调制指数。

当使用2零svm(图7)时，在典型的操作期间，活动矢量‘+9’和‘-7’可变得太小，并且开关5221可断开-接通-断开得太快。这可例如在输入或输出扇区的每一次变化期间发生，因为输入或输出角度接近下一扇区边界(例如，每60°相位(例如在三相位输入的一对相位之间存在相交处时))。限制任何给定晶体管可切换的时间长度，即限制双向开关的最小脉冲宽度，减轻了该效应。

然而，限制调制指数或最小脉冲宽度的一种影响可为可限制变换器的最大输出电压。可在已调制的信号中引入失真，因为在小矢量变长的情况下实际输出可能不再与所需输出相同，这是由于在最小脉冲宽度时间期间所需输出中发生的任何变化都将丢失。

图8描绘了对于3零svm方法81和2零svm方法82两者而言输出电流波形(y轴)随递增的调制指数(x轴，至多为最大值1)而变化的模拟总谐波失真(thd)。任何晶体管开关之间的最小时间周期被设定为示例性1μs。可以看出，thd一般随调制指数增加而减小。然而，当调制指数达到约0.8时，施加有限脉冲宽度(即1μs)，因此已调制的输出为失真的。因此，thd增加。

图9描绘了输出电流波形(y轴)随递增的换向保持时间(x轴，至多为最大值5μs)而变化的模拟总谐波失真(thd)。对于该模拟而言，最大调制指数被设定为0.77。对3零svm方法91和2零svm方法92两者进行了模拟。对于3零swm方法91而言，存在thd随换向保持时间增加而总体向上的趋势。然而，2零svm方法92保持基本上水平。因此，在一些应用中，具有换向保持时间(例如>2.5μs)的2零方法可证实是更有效的调制方法。

5μs时间周期可为最小保持时间被设定为的最大值。

图10描绘了对于3零svm方法1001和2零svm方法1002两者而言输入电流波形(y轴)随递增的调制指数(x轴，至多为最大值1)而变化的模拟总谐波失真(thd)。同样，任何晶体管开关之间的最小时间周期被设定为示例性1μs。可以看出，2零方法的频谱性能在几乎所有操作点处都比3零方法明显更好。此外，3零方法的总谐波失真在施加有限脉冲宽度(即1μs)时(当调制指数大于0.8时)劣化。这两种技术的thd在进入过调制区域(>0.86)时都明显劣化。

图11描绘了输入电流波形(y轴)随递增的换向保持时间(x轴，至多为最大值5μs)而变化的模拟总谐波失真(thd)。对于该模拟而言，调制指数被设定为0.77，并且对3零svm方法1101和2零svm方法1102两者进行了模拟。同样可以看出，与3零方法相比，由2零方法得出的结果提供了改善的thd和因此改善的性能。

上文展示了2零空间矢量调制技术的执行，以提供已调制的信号的质量的明显改善。因此，可能优选的是提供在具有含换向保持时间的换向序列的2零空间矢量调制技术上操作的矩阵变换器。

虽然本文未讨论，但也可使用其他空间矢量调制方法，诸如1零svm技术，而不脱离本发明的范围。

图12示出了用于本发明所提供的第一双向开关和第二双向开关之间的换向序列的流程图。换向序列将至输出节点的双向连接从第一输入节点切换到第二输入节点，其中第一输入节点可通过第一双向开关连接至输出节点，该第一双向开关包括串联布置的第一晶体管和第一二极管；以及串联布置的第二晶体管和第二二极管，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管背对背地布置；并且所述第二输入节点可通过第二双向开关连接到所述输出节点，所述第二双向开关包括串联布置的第三晶体管和第三二极管；以及串联布置的第四晶体管和第四二极管，其中第三晶体管和第四晶体管背对背地布置，其中每个晶体管的传导性可通过控制器控制以在接通的高传导性和断开的低传导性之间切换。

最开始1201，第一晶体管和第二晶体管两者是接通的，从而第一双向开关是接通的。此外，在相同的初始时间点，第三晶体管和第四晶体管两者是断开的，从而第二双向开关是断开的。

在第一时间点1202，将第一晶体管断开。

在第二时间点1203，将第三晶体管接通；

在第三时间点1204，将第二晶体管断开；

在第四时间点1205，将第四晶体管接通，并闭锁以保持接通，并且可不断开；

在第五时间点1206(不小于第四时间点后的预先确定的时间周期)，将第四晶体管解锁并且可断开

该预先确定的时间周期可例如不小于2.5μs，例如不小于3.5μs。

如上所阐释，可使用fpga限定控制开关状态序列的状态机。切换状态值之间的实际时间周期可以例如是可通过微控制器控制的，或它们可以是固定的。

在实践受权利要求书保护的本发明时，本领域技术人员可通过研究附图、公开内容和所附权利要求来理解和实现所公开的实施方案的其他变型。除本文明确公开的以外，其他双向开关对于本领域技术人员也将是已知的，例如，二极管桥双向开关单元。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在互不相同的从属权利要求中引用某些措施的事实并不意味着不能使用这些措施的组合来获得优点。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。