矩阵式转换器（八）：半导体技术的进步推动实用化

　　半导体技术的进步推动实用化

　　矩阵式转换器是出生于意大利的电源技术专家Marco G. B. Venturini*发明的一种电源电路方式。他首次公布这一方式是在1980年。在IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)主办的电源技术相关国际学会“PESC(Power Electronics Specialist Conference)”上，他发布了相关信息。然而，这一电源方式首次应用到产品上，却是在2005年。从开发到实现实用化，整整经历了25年的时光。

　　*Marco G. B. Venturini=从意大利米兰理工大学(Politecnico di Milano)毕业后，在美国加州大学伯克利分校(University of California，Berkeley)开始从事有关电力技术(Power Electronics)及马达控制技术的研究活动。之后，作为共同创始人之一，于1985年成立了制造高性能UPS(不间断电源装置)及马达驱动装置的意大利Phases.r.l.。

　　开始正式投产

　　矩阵式转换器的工作原理与交-交变频器(Cycloconverter)几乎相同。差异在于开关元件。交-交变频器采用晶闸管作为开关元件。因此，如果不施加逆电压，则无法从开切换到关。所以，交-交变频器只能用于频率极低的电力转换用途。而矩阵式转换器则采用IGBT等开关元件。通过向栅电极输入信号，可强制性地从开切换到关。这一点是交-交变频器与矩阵式转换器的差异。因此，有的文献中将矩阵式转换器称为“PWM交-交变频器”。

　　Venturini发表了研究成果之后，尽管业内人士就电压利用率的改进方法、换流方法以及输入输出电压波形的控制方法等进行了多方面研究，但一直未能制造出产品。笔者经过分析认为，之所以没能投产，原因在于成本。也就是说，是因为没有低成本实现交流开关、保护(换流)以及输入输出控制的方法。

　　但是，近年来情况发生了变化。RB-IGBT得到了进一步开发，采用FPGA也能生成栅极驱动信号了，利用微控制器及DSP进行复杂的输入输出波形控制也变成了可能。尤其是FPGA、微控制器以及DSP之类控制LSI的技术进步突飞猛进。10年前无法想像的控制，现在通过数百日元的廉价LSI就能轻而易举地实现。

　　在这种技术进步的影响下，矩阵式转换器的开发已开始加速。很快，在富士电机于2003年举办的成立80周年庆祝活动上，将矩阵式转换器制成单元形状，以参考展出的方式进行了展示。另外在同一年，富士电机以及安川电机分别进行了矩阵式转换器的实机演示。在那之后，两家公司进一步提高技术，目前均已将产品投放市场。例如，安川电机于2005年向市场投放了输出电压最大为6kV的产业设备用矩阵式转换器。目前，已投产了输出电压分别为200V、400V和3kV的产品。