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CN118589817B - 三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器和控制方法 - Google Patents

三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器和控制方法 Download PDF

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CN118589817B CN202410643775.4A CN202410643775A CN118589817B CN 118589817 B CN118589817 B CN 118589817B CN 202410643775 A CN202410643775 A CN 202410643775A CN 118589817 B CN118589817 B CN 118589817B
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Abstract

本发明公开了三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器和控制方法，矩阵变换开关组连接在三相电源与第一母线Y之间，隔离变换器连接在第一母线Y与第二母线O之间，第二母线O耦合连接三相电源，次边全桥单元连接隔离变换器副边；控制器控制矩阵变换开关组开关轮流导通，使三相电源ABC三相依次连接到第一母线Y端，隔离变换器两端生成交变电压，令隔离变换器产生交变电磁场；本发明通过控制各桥臂中的开关管的时刻，可实现软开关控制；隔离变换器输入端的电平可以实现正、零、负三种电平，控制方法可同时采用调频和调占空比，与单独的调频或调占空比相比，可实现更宽的输出电压范围，能减少功率变换的无功，提高整体效率和变换器的功率密度。

Description

三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器和控制方法
技术领域
本发明涉及电源变换器，尤其涉及到一种三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器和控制方法。
背景技术
现代电器设备离不开电源，在通信电源应用领域中，变换器必须满足总谐波失真、谐波电流限制、隔离和高转换效率等要求。较大功率的变换器采用三相两级设计，第一级采用PFC受控升压而满足功率因数校正的目的，第二级实现变压/隔离以及输出电压/电流控制的目的，这一级变换器通常使用谐振开关技术，以便使得转换效率最大化，并使电源设计方案的尺寸和散热要求最小化(因此使成本最小化)。这种两级式变换器的问题在于总的转换损耗是各级转换损耗的总和。在每级实现典型的96％左右的转换效率的情况下，总的转换效率最高只有92％。
高效率和低成本等优势吸引许多电源设计者试图开发有效的单级AC/DC变换器。现有单级AC/DC变换器电流流经双向开关上时引发损耗，变换器的转换效率偏低。并且双向开关只可采用调频的控制方法，控制方式单一，整个变换器的调整范围较窄。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器和控制方法。
本发明采用的技术方案是设计一种三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，包括矩阵变换开关组、第一母线Y、第二母线O、隔离变换器、次边全桥单元以及控制器，其中所述矩阵变换开关组连接在三相电源与第一母线Y之间，所述隔离变换器连接在第一母线Y与第二母线O之间，所述第二母线O耦合连接三相电源，所述次边全桥单元连接直流端口；所述控制器控制矩阵变换开关组开关轮流导通，提供隔离变换器分时传输能量的支路。
优选的，所述矩阵变换开关组包括A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂和零电平桥臂，所述A相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的A相输入端之间，所述B相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的B相输入端之间，所述C相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的C相输入端之间，所述零电平桥臂连接在所述第一母线Y与第二母线O之间。
优选的，所述A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂和零电平桥臂皆包括串联的上开关和下开关，所述上开关和下开关皆采用并联二极管的开关管，一个桥臂中的上开关和下开关采用反向串联的连接结构；所述A相桥臂包括A相上开关Q1和A相下开关Q2，所述B相桥臂包括B相上开关Q3和B相下开关Q4，所述C相桥臂包括C相上开关Q5和C相下开关Q6，所述零电平桥臂包括零电平上开关Q7和零电平下开关Q8。
可选的，所述隔离变换器包括谐振电感Lr、谐振电容Cr和隔离变压器Tr，所述隔离变压器Tr包括原边绕组Lm和副边绕组Ln，所述谐振电感Lr、谐振电容Cr与原边绕组Lm串联后连接在第一母线Y与第二母线O之间，所述副边绕组Ln连接所述次边全桥单元。
可选的，所述第二母线O连接所述三相电源中的工频零电位点。
可选的，所述第二母线O与所述三相电源之间连接三相谐振电容组，所述三相谐振电容组包括第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，其中所述第七电容C7连接在A相输入端与第二母线O之间，所述第八电容C8连接在B相输入端与第二母线O之间，所述第九电容C9连接在C相输入端与第二母线O之间。
可选的，所述隔离变换器包括谐振电感Lr和隔离变压器Tr，所述隔离变压器Tr包括原边绕组Lm和副边绕组Ln，所述谐振电感Lr与原边绕组Lm串联后连接在第一母线Y与第二母线O之间，所述副边绕组Ln连接所述次边全桥单元。
可选的，所述第二母线O与所述三相电源之间连接三相谐振电容组，所述三相谐振电容组包括第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，其中所述第七电容C7连接在A相输入端与第二母线O之间，所述第八电容C8连接在B相输入端与第二母线O之间，所述第九电容C9连接在C相输入端与第二母线O之间；所述三相谐振电容组还包括第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12，其中所述第十电容C10连接在A相输入端与B相输入端之间，所述第十一电容C11连接在B相输入端与C相输入端之间，所述第十二电容C12连接在C相输入端与A相输入端之间。
本发明还设计了一种三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器的控制方法，所述变换器采用上述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，所述控制方法包括：采集所述三相电源的电压参数，将三相电源的一个工频周期以A相电压由负变正的过零点开始划分为十二个扇区，每个扇区占30°，每个扇区中三相电源中电压绝对值最大相记为L相、电压绝对值较大相记为M相、电压绝对值最小相记为S相；控制连接L相、M相、S相桥臂和零电平桥臂中的开关进行调频和调占空比调制，使第一母线Y和第二母线O之间的母线电压Uyo在一个控制周期内生成正电平、负电平、零电平变化。
优选的，在所述控制周期内，所述的正电平为L相相电压，负电平为M相相电压和S相相电压，所述正电平、零电平、负电平交替变化；或者在所述控制周期内，所述的负电平为L相相电压，正电平为M相相电压和S相相电压，所述负电平、零电平、正电平交替变化。
优选的，所述控制方法还包括：在每个扇区中检测L相和M相的正负值；在所述L相为正值M相为负值时，控制连接L相的桥臂中的上管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、下管开关进行调频和调占空比调制，控制连接M相的桥臂中的的下管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、上管开关进行调频和调占空比调制；在所述L相为负值M相为正值时，控制连接L相的桥臂中的下管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、上管开关进行调频和调占空比调制，控制连接M相的桥臂中的上管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、下管开关进行调频和调占空比调制。
优选的，所述控制方法还包括：在所述L相为正值M相为负值时，连接L相的桥臂中的下管开关的导通时段在零电平桥臂中的下管开关的导通时段内，连接M相的桥臂中的上管开关的导通时段以及连接S相的桥臂中的上管开关和下管开关的导通时段都在零电平桥臂中上管开关的导通时段内；在所述L相为负值M相为正值时，连接L相的桥臂中的上管开关的导通时段在零电平桥臂中的上管开关的导通时段内，连接M相的桥臂中的下管开关的导通时段以及连接S相的桥臂中的上管开关和下管开关的导通时段都在零电平桥臂中下管开关的导通时段内。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明通过控制各桥臂中的开关管的时刻，可实现软开关控制；隔离变换器输入端的电平可以实现正、零、负三种电平，控制方法可同时采用调频和调占空比，与单独的调频或调占空比相比，可实现更宽的输出电压范围；此外，相比于传统的两级式AC/DC变换器，本发明能够减少能量变换等级，能够减少功率变换的无功，提高整体效率和变换器的功率密度，更符合当前对AC/DC电源设备的设计要求。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是电容星形接法的矩阵变换器；
图2是电容三角形接法的矩阵变换器；
图3是三相输入有工频零电位点的矩阵变换器；
图4-1是输入电压波形、扇区与L相M相S相的对应关系图；
图4-2是输入电压波形、扇区与开关时序对照图；
图5是30°至60°扇区矩阵变换器中的开管时序图；
图6是60°至90°扇区矩阵变换器中的开管时序图；
图7是一种原边侧带谐振电感和谐振电容、副边侧带电容的隔离变换器；
图8是一种原边侧带谐振电感和谐振电容、副边侧带电感和电容的隔离变换器；
图9是一种次边全桥单元可实施移相控制的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，参看图1至图3示出的电路图，矩阵变换器至少包括：矩阵变换开关组、第一母线Y、第二母线O、隔离变换器、次边全桥单元以及控制器。其中所述矩阵变换开关组连接在三相电源与第一母线Y之间，所述隔离变换器连接在第一母线Y与第二母线O之间，所述第二母线O耦合连接三相电源，所述次边全桥单元连接直流端口；所述控制器控制矩阵变换开关组开关轮流导通，提供隔离变换器分时传输能量的支路。
需要指出，本发明为双向AC/DC变换器，可以将交流电(图1中左侧)变换成直流电(图1中右侧)，也可以将直流电变换成交流电。
在较佳实施例中，所述矩阵变换开关组包括A相桥臂(Q1和Q2)、B相桥臂(Q3和Q4)、C相桥臂(Q5和Q6)和零电平桥臂(Q7和Q8)，所述A相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的A相输入端之间，所述B相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的B相输入端之间，所述C相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的C相输入端之间，所述零电平桥臂连接在所述第一母线Y与第二母线O之间。
A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂为隔离变换器提供正向电流，零电平桥臂与A、B、C相桥臂一道为隔离变换器提供反向电流，在隔离变换器中隔离变压器Tr的原边绕组Lm生成交变电流，通过交变电磁场隔离变压器Tr的副边绕组Ln输出交流电，经次边全桥单元整流后向负载提供直流电。由于本发明设有零电平桥臂可提供续流电流和零电平，故此在隔离变换器的输入端，也就是第一母线Y与第二母线O之间生成三电平，即Uyo有正电压、零电压和负电压三种电平。
参看图1至图3示出的电路图，所述A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂和零电平桥臂皆包括串联的上开关和下开关，所述上开关和下开关皆采用并联二极管的开关管，一个桥臂中的上开关和下开关采用反向串联的连接结构；所述A相桥臂包括A相上开关Q1和A相下开关Q2，所述B相桥臂包括B相上开关Q3和B相下开关Q4，所述C相桥臂包括C相上开关Q5和C相下开关Q6，所述零电平桥臂包括零电平上开关Q7和零电平下开关Q8。各开关采用MOS和IGBT等开关器件都可以。
参看图1或图3示出的实施例中，所述隔离变换器包括谐振电感Lr、谐振电容Cr和隔离变压器Tr，所述隔离变压器Tr包括原边绕组Lm和副边绕组Ln，所述谐振电感Lr、谐振电容Cr与原边绕组Lm串联后连接在第一母线Y与第二母线O之间，所述副边绕组Ln连接所述次边全桥单元。
参看图3示出的三相输入有工频零电位点的矩阵变换器，所述第二母线O连接所述三相电源中的工频零电位点。所述工频零电位点即可以是直连三相电源的工频零电位点，也可以是等效的工频零电位点。
参看图1示出的电容星形接法的矩阵变换器，所述第二母线O与所述三相电源之间连接三相谐振电容组，所述三相谐振电容组包括第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，其中所述第七电容C7连接在A相输入端与第二母线O之间，所述第八电容C8连接在B相输入端与第二母线O之间，所述第九电容C9连接在C相输入端与第二母线O之间。
在另一些实施例中，所述隔离变换器包括谐振电感Lr和隔离变压器Tr，所述隔离变压器Tr包括原边绕组Lm和副边绕组Ln，所述谐振电感Lr与原边绕组Lm串联后连接在第一母线Y与第二母线O之间，所述副边绕组Ln连接所述次边全桥单元。
参看图2示出的电容三角形接法的矩阵变换器，所述第二母线O与所述三相电源之间连接三相谐振电容组，所述三相谐振电容组包括第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，其中所述第七电容C7连接在A相输入端与第二母线O之间，所述第八电容C8连接在B相输入端与第二母线O之间，所述第九电容C9连接在C相输入端与第二母线O之间；所述三相谐振电容组还包括第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12，其中所述第十电容C10连接在A相输入端与B相输入端之间，所述第十一电容C11连接在B相输入端与C相输入端之间，所述第十二电容C12连接在C相输入端与A相输入端之间。
需要指出，上文列举了一些隔离变换器的结构，但这些结构并用以不限定本发明的保护范围。在其他实施例中还有其他的实施例，比如图7示出的一种原边侧带谐振电感和谐振电容、副边侧带电容的隔离变换器，以及图8示出的一种原边侧带谐振电感和谐振电容、副边侧带电感和电容的隔离变换器，这些隔离变换器的结构都可以应用到本发明中。
图9示出的变换器，其次边全桥单元采用了全桥拓扑结构，控制器在控制隔离变换器开关动作时，可对次边全桥单元实施移相控制。
本发明还公开了一种三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器的控制方法，所述变换器采用上述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，所述控制方法包括：采集所述三相电源的电压参数，将三相电源的一个工频周期以A相电压由负变正的过零点开始划分为十二个扇区，每个扇区占30°，每个扇区中三相电源中电压绝对值最大相记为L相、电压绝对值较大相记为M相、电压绝对值最小相记为S相；控制连接L相、M相、S相桥臂和零电平桥臂中的开关进行调频和调占空比调制，使第一母线Y和第二母线O之间的母线电压Uyo在一个扇区内生成正电平、负电平、零电平变化。
在较佳实施例中，在所述控制周期内，所述的正电平为L相相电压(如图6中的+Va)，负电平为M相相电压和S相相电压(如图6中的-Vb和-Vc)，所述正电平、零电平、负电平交替变化；或者在所述控制周期内，所述的负电平为L相相电压(如图5中的-Vb)，正电平为M相相电压和S相相电压(如图5中的+Va和+Vc)，所述负电平、零电平、正电平交替变化。
图4-1是输入电压波形、扇区与L相M相S相的对应关系图，其中有输入电压波形，十二个扇区的划分位置，隔离变换器中各开关的时序。图中开关管高电平表示开关管常开通，UL为Max(|UA|、|UB|、|UC|)、Us为Min(|UA|、|UB|、|UC|)、UM为除UL、Us的第三相电压；(UL为UA、UB、UC三相电压绝对值最大值，Us为UA、UB、UC三相电压绝对值最小值)。如图4-2的输入电压波形、扇区与开关时序对照图所示：输入相电压从0度360度分成12个扇区，隔离变换器的控制如下：
当三相交流电工作在330°～30°时，开关管Q4、Q5常开，Q1、Q2、Q3、Q6、Q7和Q8调频和调占空比调制；
当三相交流电工作在30°～90°时，开关管Q1、Q4常开，Q2、Q3、Q5、Q6、Q7和Q8调频和调占空比调制；
当三相交流电工作在90°～150°时，开关管Q1、Q6常开，Q2、Q3、Q4、Q5、Q7和Q8调频和调占空比调制；
当三相交流电工作在150°～210°时，开关管Q3、Q6常开，Q1、Q2、Q4、Q5、Q7和Q8调频和调占空比调制；
当三相交流电工作在210°～270°时，开关管Q2、Q3常开，Q1、Q4、Q5、Q6、Q7和Q8调频和调占空比调制；
当三相交流电工作在270°～330°时，开关管Q2、Q5常开，Q1、Q3、Q4、Q6、Q7和Q8调频和调占空比调制；
需要指出，将电压绝对值最大相记为L相、电压绝对值较大相记为M相、电压绝对值最小相记为S相，是为了简化后续的描述，并不用以限定本发明。
在较佳实施例中，所述控制方法还包括：在每个扇区中检测L相和M相的正负值；在所述L相为正值M相为负值时，控制连接L相的桥臂中的上管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、下管开关进行调频和调占空比调制，控制连接M相的桥臂中的的下管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、上管开关进行调频和调占空比调制；在所述L相为负值M相为正值时，控制连接L相的桥臂中的下管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、上管开关进行调频和调占空比调制，控制连接M相的桥臂中的上管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、下管开关进行调频和调占空比调制。
需要指出，所述“开关可以常开也可以进行调频和调占空比调制”中，当占空比为1时，该开关即为常开，当对该开关进行调占空比调制时，其占空比可以比本桥臂中另一个开关占空比大。在现有的技术中由于没有三电平的控制技术，对开关的控制只能进行调频控制，无法同时既调频又调占空比，故此本发明的控制方法更加灵活多样，可实现更宽的输出电压范围。
在较佳实施例中，所述控制方法还包括：
在所述L相为正值M相为负值时，连接L相的桥臂中的下管开关的导通时段在零电平桥臂中的下管开关的导通时段内，连接M相的桥臂中的上管开关的导通时段以及连接S相的桥臂中的上管开关和下管开关的导通时段都在零电平桥臂中上管开关的导通时段内。
参看图6示出的60°至90°扇区矩阵变换器中的开管时序图，此扇区中A相电压绝对值最大、电压数值为正、计为L相，B相电压绝对值较大、电压数值为负、计为M相，C相电压绝对值最小、计为S相。零电平桥臂中的零电平下开关Q8跟随A相桥臂中的A相下开关Q2动作、并且从图中纵向坐标上看A相下开关Q2的导通时段在零电平下开关Q8的导通时段内，零电平桥臂中的零电平上开关Q7跟随B相桥臂中的B相上开关Q3动作、并且从图中纵向坐标上看B相上开关Q3的导通时段以及C相桥臂中的C相上开关Q5和C相下开关Q6的导通时段都在零电平上开关Q7的导通时段内。参看图6底部，通过这样的谐振控制，在隔离变换器的输入端(第一母线Y和第二母线O)之间生成三电平，即Uyo有正电压(t0到t1时段)、零电压(t1到t2时段)和负电压(t2到t6时段)三种电平，隔离变压器Tr的原边侧电流ir出现正弦波形。
在所述L相为负值M相为正值时，连接L相的桥臂中的上管开关的导通时段在零电平桥臂中的上管开关的导通时段内，连接M相的桥臂中的下管开关的导通时段以及连接S相的桥臂中的上管开关和下管开关的导通时段都在零电平桥臂中下管开关的导通时段内。
参看图5示出的30°至60°扇区矩阵变换器中的开管时序图，此扇区中B相电压绝对值最大、电压数值为负、计为L相，A相电压绝对值较大、电压数值为正、计为M相，C相电压绝对值最小、计为S相。零电平桥臂中的零电平上开关Q7跟随B相桥臂中的B相上开关Q3动作、并且从图中纵向坐标上看B相上开关Q3的导通时段在零电平上开关Q7的导通时段内，零电平桥臂中的零电平下开关Q8跟随A相桥臂中的A相下开关Q2动作、并且从图中纵向坐标上看A相下开关Q2的导通时段以及C相桥臂中的C相上开关Q5和C相下开关Q6的导通时段都在零电平下开关Q8的导通时段内。参看图5底部，通过这样的谐振控制，在隔离变换器的输入端(第一母线Y和第二母线O)之间生成三电平，即Uyo有正电压(t2到t6时段)、零电压(t6到t7时段)和负电压(t7到t9时段)三种电平，隔离变压器Tr的原边侧电流ir出现正弦波形。
在每个开关周期中可以分成8个工作状态，以工作区30°至90°扇区为例，其中有：|VA|>|VB|>|VC|(Q1、Q4常开)，下面是工作状态的详细分析:
工作状态1：t0～t1，t0时刻之前，ir<0，Q1导通，Q1和Q2体二极管为隔离变换器的电流提供回路,隔离变换器Y、O两线之间电压为Va；t0时刻，Q2、Q8导通，Va>0，隔离变换器Y、O两线之间电压仍为Va；Lr、Cr、Tr构成谐振腔，ir由负变正；
工作状态2：t1～t2，t1时刻，ir>0，Q2关断，Q8和Q7体二极管导通为隔离变换器的电流提供回路，隔离变换器Y、O两线之间电压由Va变为0，Lr、Cr、Lm构成谐振腔，ir>0；
工作状态3：t2～t3，t2时刻，ir>0，Q8关断，Q4和Q3体二极管为隔离变换器的电流提供回路，隔离变换器Y、O两线之间电压由0变为Vb；
工作状态4：t3～t4
t3时刻，Q3、Q5、Q7导通，ir>0，Q3实现ZVS开通，隔离变换器Y、O两线之间电压为Vb；Lr、Cr、Tr构成谐振腔，ir由正变负，因Vb<Vc<0，隔离变换器Y、O两线之间电压仍为Vb；
工作状态5：t4～t5，t4时刻，Q3关断Q5、Q7导通，ir<0，此时Vc<0，Q5和Q6体二极管为隔离变换器的电流提供回路，隔离变换器Y、O两线之间电压由Vb变为Vc；Lr、Cr、Tr构成谐振腔，ir<0；
工作状态6：t5～t6，t5时刻，Q5、Q6、Q7开通，ir<0，Q6实现ZVS开通，Vc<0，隔离变换器Y、O两线之间电压为Vc；Lr、Cr、Tr构成谐振腔，ir<0；
工作状态7：t6～t7，t6时刻，Q5和Q6关断、Q7导通，ir<0，Q7和Q8体二极管为隔离变换器的电流提供回路，隔离变换器Y、O两线之间电压由Vc变为0；Lr、Cr、Lm构成谐振腔，ir<0；
工作状态8：t7～t8，t7时刻，Q7关断，ir<0，Q1和Q2二极管为隔离变换器的电流提供回路，隔离变换器Y、O两线之间电压由0变为Va；Lr、Cr、Tr构成谐振腔，ir<0。
其他工作区间与30°～90°工作状态类似，在此不一一列举。
在较佳实施例中，所述次边全桥单元采用全桥结构，包括第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂包括串联的第九开关Q9和第十开关Q10,第二桥臂包括串联的第十一开关Q11和第十二开关Q12，第一桥臂和第二桥臂的中间点分别连接所述隔离变换器；第一、第二桥臂根据隔离变换器次边所需正、负、零电平进行控制开关动作。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (11)

1.一种三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，包括矩阵变换开关组、第一母线Y、第二母线O、隔离变换器、次边全桥单元以及控制器，其中
所述矩阵变换开关组连接在三相电源与第一母线Y之间，所述隔离变换器连接在第一母线Y与第二母线O之间，所述第二母线O耦合连接三相电源，所述次边全桥单元连接直流端口；
所述控制器控制矩阵变换开关组开关轮流导通，提供隔离变换器分时传输能量的支路；
所述矩阵变换开关组包括A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂和零电平桥臂，所述A相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的A相输入端之间，所述B相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的B相输入端之间，所述C相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的C相输入端之间，所述零电平桥臂连接在所述第一母线Y与第二母线O之间；
采集所述三相电源的电压参数，将三相电源的一个工频周期以A相电压由负变正的过零点开始划分为十二个扇区，每个扇区占30°，每个扇区中三相电源中电压绝对值最大相记为L相、电压绝对值较大相记为M相、电压绝对值最小相记为S相；
控制连接L相、M相、S相桥臂和零电平桥臂中的开关进行调频和调占空比调制，使第一母线Y和第二母线O之间的母线电压Uyo在一个控制周期内生成正电平、负电平、零电平变化；
在所述控制周期内，所述的正电平为L相相电压，负电平为M相相电压和S相相电压，所述正电平、零电平、负电平交替变化；
或者在所述控制周期内，所述的负电平为L相相电压，正电平为M相相电压和S相相电压，所述负电平、零电平、正电平交替变化；
在每个扇区中检测L相和M相的正负值；
在所述L相为正值M相为负值时，控制连接L相的桥臂中的上管开关可以常开也可以调频和调占空比调制、下管开关进行调频和调占空比调制，控制连接M相的桥臂中的的下管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、上管开关进行调频和调占空比调制；
在所述L相为负值M相为正值时，控制连接L相的桥臂中的下管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、上管开关进行调频和调占空比调制，控制连接M相的桥臂中的上管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、下管开关进行调频和调占空比调制。
2.如权利要求1所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂和零电平桥臂皆包括串联的上开关和下开关，所述上开关和下开关皆并联二极管，一个桥臂中的上开关和下开关采用反向串联的连接结构；所述A相桥臂包括A相上开关Q1和A相下开关Q2，所述B相桥臂包括B相上开关Q3和B相下开关Q4，所述C相桥臂包括C相上开关Q5和C相下开关Q6，所述零电平桥臂包括零电平上开关Q7和零电平下开关Q8。
3.如权利要求2所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述隔离变换器包括谐振电感Lr、谐振电容Cr和隔离变压器Tr，所述隔离变压器Tr包括原边绕组Lm和副边绕组Ln，所述谐振电感Lr、谐振电容Cr与原边绕组Lm串联后连接在第一母线Y与第二母线O之间，所述副边绕组Ln连接所述次边全桥单元。
4.如权利要求3所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述第二母线O连接所述三相电源中的工频零电位点。
5.如权利要求3所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述第二母线O与所述三相电源之间连接三相谐振电容组，所述三相谐振电容组包括第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，其中所述第七电容C7连接在A相输入端与第二母线O之间，所述第八电容C8连接在B相输入端与第二母线O之间，所述第九电容C9连接在C相输入端与第二母线O之间。
6.如权利要求2所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述隔离变换器包括谐振电感Lr和隔离变压器Tr，所述隔离变压器Tr包括原边绕组Lm和副边绕组Ln，所述谐振电感Lr与原边绕组Lm串联后连接在第一母线Y与第二母线O之间，所述副边绕组Ln连接所述次边全桥单元。
7.如权利要求6所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述第二母线O与所述三相电源之间连接三相谐振电容组，所述三相谐振电容组包括第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，其中所述第七电容C7连接在A相输入端与第二母线O之间，所述第八电容C8连接在B相输入端与第二母线O之间，所述第九电容C9连接在C相输入端与第二母线O之间；所述三相谐振电容组还包括第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12，其中所述第十电容C10连接在A相输入端与B相输入端之间，所述第十一电容C11连接在B相输入端与C相输入端之间，所述第十二电容C12连接在C相输入端与A相输入端之间。
8.一种三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器的控制方法，其特征在于，所述变换器采用权利要求1至7任一项所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，所述控制方法包括：采集所述三相电源的电压参数，将三相电源的一个工频周期以A相电压由负变正的过零点开始划分为十二个扇区，每个扇区占30°，每个扇区中三相电源中电压绝对值最大相记为L相、电压绝对值较大相记为M相、电压绝对值最小相记为S相；
控制连接L相、M相、S相桥臂和零电平桥臂中的开关进行调频和调占空比调制，使第一母线Y和第二母线O之间的母线电压Uyo在一个控制周期内生成正电平、负电平、零电平变化。
9.如权利要求8所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器的控制方法，其特征在于，
在所述控制周期内，所述的正电平为L相相电压，负电平为M相相电压和S相相电压，所述正电平、零电平、负电平交替变化；
或者在所述控制周期内，所述的负电平为L相相电压，正电平为M相相电压和S相相电压，所述负电平、零电平、正电平交替变化。
10.如权利要求9所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：在每个扇区中检测L相和M相的正负值；
在所述L相为正值M相为负值时，控制连接L相的桥臂中的上管开关可以常开也可以调频和调占空比调制、下管开关进行调频和调占空比调制，控制连接M相的桥臂中的的下管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、上管开关进行调频和调占空比调制；
在所述L相为负值M相为正值时，控制连接L相的桥臂中的下管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、上管开关进行调频和调占空比调制，控制连接M相的桥臂中的上管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、下管开关进行调频和调占空比调制。
11.如权利要求10所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
在所述L相为正值M相为负值时，连接L相的桥臂中的下管开关的导通时段在零电平桥臂中的下管开关的导通时段内，连接M相的桥臂中的上管开关的导通时段以及连接S相的桥臂中的上管开关和下管开关的导通时段都在零电平桥臂中上管开关的导通时段内；
在所述L相为负值M相为正值时，连接L相的桥臂中的上管开关的导通时段在零电平桥臂中的上管开关的导通时段内，连接M相的桥臂中的下管开关的导通时段以及连接S相的桥臂中的上管开关和下管开关的导通时段都在零电平桥臂中下管开关的导通时段内。
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