矩陣變換器具有一系列優點，但遲遲不能進入實用階段，其重要的原因之一就在于它的電壓傳輸比比較低。
　　在現有矩陣變換器的拓撲結構與調制策略基礎上，得到的輸出輸入電壓傳輸比都小于等于1[1～3]。通過對矩陣變換器電壓傳輸比進行嚴格的數學證明可知：在希望得到輸出相電壓為正弦電壓的情況下，最大傳輸比為0.866^[4]。雖然對現有的調制策略進行修正和改進在一定程度上可以提高電壓傳輸比，但仍難以達到期望效果。若還局限于現有的拓撲結構，那么將很難進一步提高電壓傳輸比。只有突破原有矩陣變換器拓撲結構并采取相應的調制策略，才有可能進一步提高電壓傳輸比。于是，本文提出了“泵式”單相矩陣變換器的拓撲結構和相應的調制策略，即采用一個與往復式機械泵機理相似的矩陣變換器拓撲結構，并將高頻升壓與斬波調制協調配合實現雙向調壓，從而使得總電壓傳輸比大于1。

1 “泵式”矩陣變換器的拓撲結構和工作過程
1.1 拓撲結構
　　“泵式”矩陣變換器的基本拓撲結構^[5]如圖1所示，其中，S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂、S₀均為無延時的理想雙向功率開關管" title="開關管">開關管，L₁、C₁、L₂、C₂均工作在高頻斬波狀態。
　　開關管S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂共同構成開關矩陣，其對應調制矩陣為：
1.2 “泵”式矩陣變換器的工作原理
　　矩陣式變換器可以實現交流電諸參數(相數、相位、幅值、頻率)的變換。實現參數變換的過程，就是建立一個對應于開關矩陣(如圖1 S₁₁、S₁₂、S₂₁所示)的M(t)調制矩陣，并通過實時運算得出M(t)調制矩陣內矩陣因子的數值，從而控制矩陣變換器上相應功率開關管的導通" title="導通">導通時間。在每個斬波周期內，通過開關管的不同通斷狀態組合，實現對輸出參數的控制。
　　“泵”式矩陣變換器各開關管的工作規律是由M(t)調制矩陣內矩陣因子決定的，矩陣因子m_ij(i=1,2;j=1,2)為相應雙向開關管的占空比。現以圖1中開關管S₀、S₁₁、S₂₂、S₁₂、S₂₁的工作狀態說明“泵”式矩陣變換器的工作原理。在這里，S狀態：“1”表示該開關管導通，“0”表示該開關管關斷。
　　對于圖1電路，輸入/輸出電壓的關系可表示為：

　　通常，一個斬波周期T包含三個時段： S₁₁和S₂₂導通、S₁₂和S₂₁關斷的T₁時段；S₁₁和S₂₂關斷、S₁₂和S₂₁導通的T₂時段；S₁₁、S₂₂、S₁₂和S₂₁都導通的T₃時段。且有T₁+T₂+T₃=T，m₁+m₂+m₃=1,m₁=m₁₁=m₂₂,m₂=m₁₂=m₂₁。
　　“泵”式矩陣變換器的工作過程包含以下兩步：
　　①在斬波周期T中的(T₁+T₂)時段，S₀導通，等值線路如圖2所示，分為兩個獨立回路：
　　回路a——，L₁電流值上升，從電網吸收能量；
　　回路b——C₁上的電壓V_C1(t)作為開關管矩陣的電源為負載提供能量。
　　在這段時間內，對開關矩陣而言又分為兩個工作時段，即T₁和T₂。在T₁時段內，S₁₁和S₂₂導通；在T₂時段內，S₂₁和S₁₂導通。這里，根據T₁/T₂的變化，可以實現對波形的調制。

　　②在斬波周期T的T₃時段，S₀截止，等值電路如圖3所示，同樣也由兩個獨立回路構成：
　　回路a——L₁釋放能量，電源和L₁串聯對C₁充電，適當選擇T₃可使電容C₁的充電電壓V_C1(t)大于電源電壓，從而實現了“電壓提升”。
　　回路b——S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂同時導通，可以等效為一個導通的S_M，感性負載續流。
　　要特別注意：此時開關矩陣并未直接與電源連接，因此S₁₁、S₁₂、S₂₁和S₂₂同時導通不會引起輸入電源短路，感性負載通過它們提供的回路也不會出現過電壓。
　　在泵式矩陣變換器的工作過程中，經過T₃→(T₁+T₂)→T₃的如此往復循環，通過L₁和C₁便將輸入電壓“泵升”到電容C₁上的電壓V_C1(t)，并作為開關矩陣的輸入電源，提高了開關矩陣的輸入電壓；與此同時，開關矩陣經過T₃→T₁→T₂→T₃的斬波循環，也完成了“波形調制”。

1.3 “泵式”矩陣變換器總電壓傳輸比Q
　　(1) 升壓過程
　　開關管S₀、電感L₁、電容C₁組成升壓回路，其等效電路如圖4所示。當S₀導通時，L₁從V_I(t)電源吸收并儲存能量；當S₀截止，S_M導通時，電源V_I(t)與L₁上的電勢串聯，向C₁充電，這時可以認為C₁是升壓回路的負載，此后C₁兩端的電壓便是開關矩陣的輸入電壓。
　　升壓過程的電壓傳輸比為^[5]：
　　(2) 降壓過程
　　電容C₁、C₂與電感L₂以及負載組成降壓回路，其等效電路如圖5所示。當S₀閉合時，V_C1(t)成為降壓部分的輸入電壓，電容C₁向負載和儲能電感L₂放電使L₂儲能；當開關管件S₀截止且S_M導通時，L₂向負載釋放能量(續流)。

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　　降壓過程的電壓傳輸比為^[5]：g2=m₁+m₂(7)
　　(3) “泵式電路”電壓傳輸比
　　顯然，“泵”式電路的電壓傳輸比為：
　　
　　由公式(8)可知：當m₃＜0.5時，q0＞1，VC2(t)＞V_I(t)，“泵”式電路將工作在升壓狀態。
　　　　(4) 開關矩陣斬波的電壓傳輸比q
　　開關矩陣工作于波形調制方式時，開關矩陣具有輸入/輸出電壓傳輸比q，在實時計算調制函數時，q是人為設定的。
　　(5) “泵”式矩陣變換器的電源輸入/矩陣輸出的總電壓傳輸比Q
　　“泵”式矩陣變換器的總電壓傳輸比為“泵電路”電壓傳輸比和“波形調制”電壓傳輸比之積：
　　
　　當斬波周期T足夠小時，在相鄰的幾個斬波周期中，可以認為m₁、m₂分別為常數。而在矩陣變換器工作中，m₃為預先設定的常數。通過適當選擇m₃和q，可使Q＞1。
2 “泵式”矩陣變換器的仿真實驗
　　為驗證“泵式”矩陣變換器的拓撲結構與調制策略，采用Matlab/Simulink仿真軟件建立仿真模型。仿真模型包括主電路和控制電路兩部分。
　　圖6給出了在負載電阻為22Ω，負載電感為10mH，q=0.5，m₃=0.7，斬波頻率為10kHz，輸入峰值電壓為100V，頻率為50Hz，輸出頻率為75Hz、40Hz時，“泵”式矩陣變換器的輸出電壓波形。從圖中可以看出電壓傳輸比均大于1。
　　在仿真模型中設定不同電壓傳輸比，以驗證“泵”式矩陣變換器的理論和電壓傳輸比的相關公式。在表1中列出了幅值為100V的輸入電壓，經“泵”式矩陣變換器的調制后的輸出電壓幅值與m₃、q、Q的對應關系。

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　　結果表明：電壓傳輸比可以雙向調節；理論計算的總傳輸比Q與實測結果吻合。
　　針對矩陣變換器的電壓傳輸比偏低的普遍性難題，本文以單相矩陣變換器為平臺，突破經典矩陣變換器的約束條件和拓撲結構，提出了一種可以實現雙向調節輸出電壓的“泵”式矩陣變換器，其電壓傳輸比可大于1。
　　在詳細分析了工作過程的基礎上，給出了總控制電壓傳輸比Q的計算公式。通過Matlab/Simulink軟件的仿真模型，得到多組實驗數據，驗證了 “泵”式矩陣變換器的調制策略和有關電壓傳輸比的分析和計算公式，獲得了期望的結果。