功率變換器與該功率變換器的頻率特性測試及調節方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及功率變換器的技術領域，尤指涉及一種功率變換器與該功率變換器的 頻率特性測試及調節方法。
【背景技術】
[0002] 功率變換器，例如開關型功率變換器，已經被廣泛應用于各種工業電子設備的電 源系統中。在電源系統中，為了實現整體系統控制的精確性與穩定性，經常需要對電源系統 的功率變換器進行小信號建模和分析其頻率響應特性，然后再對功率變換器的頻率響應特 性進行適當調整與補償，使得整個電源系統能夠在一個穩定的工作范圍中可靠的運行。
[0003] 如圖1繪出的頻率響應分析儀與電源系統的連接示意圖所示，為了測試功率變換 器11'的頻率響應特性，現行做法是將一頻率響應分析儀13'連接至該功率變換器11'與 其控制器12' ；然后，再通過頻率響應分析儀13'輸出一擾動信號CHI'至該控制器12'，使 得該控制器12'輸出包括有該擾動信號CHI'的輸入控制信號x至功率變換器11'，而該功 率變換器11'則對應的輸出一穩態輸出信號y。
[0004] 如圖1所示，CH2'為該穩態輸出信號y的分壓信號。通過設定擾動信號CHI'的 頻率范圍，并分別測量各個頻率下的輸入控制信號x和穩態輸出信號y，即可利用頻率響應 分析儀13'測出y/x的頻率響應特性曲線。其中，穩態輸出信號y與輸入控制信號x的振 幅比值隨頻率的變化特性是功率變換器11'的開環頻率特性的幅頻特性，且穩態輸出信號 y與輸入控制信號x的相角差隨頻率的變化特性為相頻特性。
[0005] 對于一些結構復雜而難以進行小信號建模的功率變換器而言，頻率響應分析儀對 于該功率變換器的頻率響應特性分析起到了很大的作用。但是當電源系統的輸出功率等級 上升至MW級時，頻率響應分析儀由于儀器本身的限制向電源系統所注入的擾動信號具有 上限值，因此注入的擾動信號對于電源系統本身便可以被忽略，頻率響應分析儀也就因此 失去了作用。
[0006] 另外當涉及多個功率變換器并聯時，整個電源系統的特性也會發生變化，原本單 個穩定的功率變換器在經過并聯后可能不再穩定。或者受電源系統所連接的電網或負載的 影響，使得原本穩定工作的電源系統變得不再穩定，這時又可能需要借助頻率響應分析儀 來進行測試；然而，受到電源系統設置的場所和其他資源的限制，使用頻率響應分析儀進行 相應測試將會變得比較麻煩。
【發明內容】
[0007] 為了克服現有技術中的缺陷，本發明的主要目的在于提供一種功率變換器與該功 率變換器的頻率特性測試及調節方法，所述功率變換器包括控制器與頻率響應測試和調整 單元，使得功率變換器可通過頻率響應測試和調整單元測得自身的頻率響應曲線，并自主 調節至預設狀態，過程中不需要借助任何外部儀器設備。
[0008] 因此，為了達成本發明的主要目的，本發明提出了一種功率變換器，所述功率變換 器包括開關器件功率單元和控制器，所述控制器用于控制所述開關器件功率單元，其中：
[0009] 所述功率變換器還包括檢測單元，所述檢測單元檢測所述開關器件功率單元所輸 出的電壓/電流，并輸出至少一檢測信號；
[0010] 所述控制器中安裝有頻率響應測試和調整單元，所述頻率響應測試和調整單元接 收所述檢測信號且可產生一頻率變化的交流擾動信號；
[0011] 所述控制器輸出至所述開關器件功率單元的一控制信號包含對應于所述交流擾 動信號引起的擾動成分；
[0012] 所述頻率響應測試和調整單元基于分時多次不同頻率的所述交流擾動信號與對 應的檢測信號而測得所述功率變換器的開環頻率特性曲線數據，并依據所測得功率變換器 的開環頻率特性曲線數據，將所述功率變換器的頻率相關參數調整至預設值。
[0013] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述開關器件功率單元為單閉環功率 變換單元系統，所述檢測單元包括一電壓/電流信號檢測模塊，檢測所述開關器件功率單 元的電壓/電流而輸出一第一檢測信號至所述頻率響應測試和調整單元。
[0014] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述開關器件功率單元為雙閉環功率 變換單元系統，所述檢測單元包括至少兩個檢測模塊分別檢測所述開關器件功率單元而對 應輸出一第一檢測信號和一第二檢測信號。
[0015] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述頻率響應測試和調整單元包括： 一交流擾動信號產生模塊，所述交流擾動信號產生模塊用以產生所述一交流擾動信號；一 頻率響應測試單元，所述頻率響應測試單元分時接收所述交流擾動信號和對應的所述檢測 信號測得所述功率變換器的開環頻率特性曲線；和一調整單元，所述調整單元基于所述功 率變換器的開環頻率特性曲線調整所述頻率響應測試單元補償所述功率變換器的頻率相 關參數至預設值。
[0016] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述頻率響應測試單元包括一補償器 模塊、一信號組合器與一脈沖發生器，其中，所述補償器模塊接收所述檢測信號并輸出一補 償信號；所述信號組合器接收所述補償信號和所述交流擾動信號輸出一混合信號至所述脈 沖發生器；所述脈沖發生器接收所述混合信號并輸出所述控制信號至所述開關器件功率單 JLi〇
[0017] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述頻率響應測試單元包括一補償器 模塊、一信號組合器與一脈沖發生器，其中，所述補償器模塊包括外環補償器與內環補償 器。
[0018] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述外環補償器與所述內環補償器之 間還設有一選擇控制單元，所述外環補償器和內環補償器通過所述選擇控制單元連接。
[0019] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述調整單元基于所述功率變換器的 開環頻率特性曲線調整所述補償器模塊的相關參數以補償所述功率變換器的頻率相關參 數至預設值。
[0020] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述頻率響應測試單元還包括測試數 據處理模塊，所述測試數據處理模塊獲得所述混合信號和與所述混合信號對應的所述補償 信號計算獲得該頻率下交流擾動信號下開關器件功率單元的增益和相位。
[0021] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述調整單元包括一自主調節模塊與 一儲存模塊，其中，所述儲存模塊儲存有所述功率變換器待調整的頻率相關參數的預設值、 所述功率變換器的開環頻率特性曲線和所述頻率響應測試單元的配置信息；所述自主調節 模塊調節所述頻率響應測試單元。
[0022] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述功率變換器的頻率相關參數包括 目標截止頻率、目標相角裕度范圍與目標幅值裕度范圍。
[0023] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述控制器還包括一通信單元，所述 通信單元與所述頻率響應測試和調整單元通信。
[0024] 根據本發明的功率變換器的一具體實施例，所述功率變換器還包括一上位機，所 述上位機通過過所述通信單元與所述頻率響應測試和調整單元實現信息交互。
[0025] 并且，為了達成本發明的主要目的，本發明的發明人同時提出了一種功率變換器 的頻率特性測試及其調節方法，其包括以下步驟：
[0026] 提供一功率變換器，所述功率變換器包括開關器件功率單元和控制器，所述控制 器裝載有頻率響應測試和調整單元和通信單元；
[0027] 提供一上位機，所述上位機通過通信單元與所述頻率響應測試和調整單元通信；
[0028] 用戶通過所述上位機控制所述頻率響應測試和調整單元對所述開關器件功率單 元進行開環頻率特性曲線測試；
[0029] 用戶通過所述上位機令所述頻率響應測試和調整單元對所述功率變換器的頻率 相關參數進行調整。
[0030] 根據本發明的功率變換器的頻率特性測試及其調節方法的一具體實施例，于用戶 通過所述上位機控制所述頻率響應測試和調整單元對所述開關器件功率單元進行開環頻 率特性曲線測試之時，需通過一檢測單元檢測所述開關器件功率單元的電壓/電流，并輸 出至少一檢測信號至所述頻率響應測試和調整單元。
[0031] 根據本發明的功率變換器的頻率特性測試及其調節方法的一具體實施例，所述頻 率響應測試和調整單元設置有交流擾動信號產生模塊和頻率響應測試單元；所述交流擾動 信號產生模塊產生交流擾動信號并輸出至頻率響應測試單元供所述頻率響應測試單元測 試開關器件功率單元的開環頻率特性曲線。
[0032] 根據本發明的功率變換器的頻率特性測試及其調節方法的一具體實施例，所述頻 率響應測試和調整單元設置有調整單元；所述頻率響應測試單元設置有補償器模塊；所述 調整單元調整所述補償器模塊對所述功率變換器的頻率相關參數進行調整。