功率变换器与该功率变换器的频率特性测试及调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及功率变换器的技术领域，尤指涉及一种功率变换器与该功率变换器的 频率特性测试及调节方法。
【背景技术】
[0002] 功率变换器，例如开关型功率变换器，已经被广泛应用于各种工业电子设备的电 源系统中。在电源系统中，为了实现整体系统控制的精确性与稳定性，经常需要对电源系统 的功率变换器进行小信号建模和分析其频率响应特性，然后再对功率变换器的频率响应特 性进行适当调整与补偿，使得整个电源系统能够在一个稳定的工作范围中可靠的运行。
[0003] 如图1绘出的频率响应分析仪与电源系统的连接示意图所示，为了测试功率变换 器11'的频率响应特性，现行做法是将一频率响应分析仪13'连接至该功率变换器11'与 其控制器12' ；然后，再通过频率响应分析仪13'输出一扰动信号CHI'至该控制器12'，使 得该控制器12'输出包括有该扰动信号CHI'的输入控制信号x至功率变换器11'，而该功 率变换器11'则对应的输出一稳态输出信号y。
[0004] 如图1所示，CH2'为该稳态输出信号y的分压信号。通过设定扰动信号CHI'的 频率范围，并分别测量各个频率下的输入控制信号x和稳态输出信号y，即可利用频率响应 分析仪13'测出y/x的频率响应特性曲线。其中，稳态输出信号y与输入控制信号x的振 幅比值随频率的变化特性是功率变换器11'的开环频率特性的幅频特性，且稳态输出信号 y与输入控制信号x的相角差随频率的变化特性为相频特性。
[0005] 对于一些结构复杂而难以进行小信号建模的功率变换器而言，频率响应分析仪对 于该功率变换器的频率响应特性分析起到了很大的作用。但是当电源系统的输出功率等级 上升至MW级时，频率响应分析仪由于仪器本身的限制向电源系统所注入的扰动信号具有 上限值，因此注入的扰动信号对于电源系统本身便可以被忽略，频率响应分析仪也就因此 失去了作用。
[0006] 另外当涉及多个功率变换器并联时，整个电源系统的特性也会发生变化，原本单 个稳定的功率变换器在经过并联后可能不再稳定。或者受电源系统所连接的电网或负载的 影响，使得原本稳定工作的电源系统变得不再稳定，这时又可能需要借助频率响应分析仪 来进行测试；然而，受到电源系统设置的场所和其他资源的限制，使用频率响应分析仪进行 相应测试将会变得比较麻烦。
【发明内容】
[0007] 为了克服现有技术中的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种功率变换器与该功 率变换器的频率特性测试及调节方法，所述功率变换器包括控制器与频率响应测试和调整 单元，使得功率变换器可通过频率响应测试和调整单元测得自身的频率响应曲线，并自主 调节至预设状态，过程中不需要借助任何外部仪器设备。
[0008] 因此，为了达成本发明的主要目的，本发明提出了一种功率变换器，所述功率变换 器包括开关器件功率单元和控制器，所述控制器用于控制所述开关器件功率单元，其中：
[0009] 所述功率变换器还包括检测单元，所述检测单元检测所述开关器件功率单元所输 出的电压/电流，并输出至少一检测信号；
[0010] 所述控制器中安装有频率响应测试和调整单元，所述频率响应测试和调整单元接 收所述检测信号且可产生一频率变化的交流扰动信号；
[0011] 所述控制器输出至所述开关器件功率单元的一控制信号包含对应于所述交流扰 动信号引起的扰动成分；
[0012] 所述频率响应测试和调整单元基于分时多次不同频率的所述交流扰动信号与对 应的检测信号而测得所述功率变换器的开环频率特性曲线数据，并依据所测得功率变换器 的开环频率特性曲线数据，将所述功率变换器的频率相关参数调整至预设值。
[0013] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述开关器件功率单元为单闭环功率 变换单元系统，所述检测单元包括一电压/电流信号检测模块，检测所述开关器件功率单 元的电压/电流而输出一第一检测信号至所述频率响应测试和调整单元。
[0014] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述开关器件功率单元为双闭环功率 变换单元系统，所述检测单元包括至少两个检测模块分别检测所述开关器件功率单元而对 应输出一第一检测信号和一第二检测信号。
[0015] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述频率响应测试和调整单元包括： 一交流扰动信号产生模块，所述交流扰动信号产生模块用以产生所述一交流扰动信号；一 频率响应测试单元，所述频率响应测试单元分时接收所述交流扰动信号和对应的所述检测 信号测得所述功率变换器的开环频率特性曲线；和一调整单元，所述调整单元基于所述功 率变换器的开环频率特性曲线调整所述频率响应测试单元补偿所述功率变换器的频率相 关参数至预设值。
[0016] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述频率响应测试单元包括一补偿器 模块、一信号组合器与一脉冲发生器，其中，所述补偿器模块接收所述检测信号并输出一补 偿信号；所述信号组合器接收所述补偿信号和所述交流扰动信号输出一混合信号至所述脉 冲发生器；所述脉冲发生器接收所述混合信号并输出所述控制信号至所述开关器件功率单 JLi〇
[0017] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述频率响应测试单元包括一补偿器 模块、一信号组合器与一脉冲发生器，其中，所述补偿器模块包括外环补偿器与内环补偿 器。
[0018] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述外环补偿器与所述内环补偿器之 间还设有一选择控制单元，所述外环补偿器和内环补偿器通过所述选择控制单元连接。
[0019] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述调整单元基于所述功率变换器的 开环频率特性曲线调整所述补偿器模块的相关参数以补偿所述功率变换器的频率相关参 数至预设值。
[0020] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述频率响应测试单元还包括测试数 据处理模块，所述测试数据处理模块获得所述混合信号和与所述混合信号对应的所述补偿 信号计算获得该频率下交流扰动信号下开关器件功率单元的增益和相位。
[0021] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述调整单元包括一自主调节模块与 一储存模块，其中，所述储存模块储存有所述功率变换器待调整的频率相关参数的预设值、 所述功率变换器的开环频率特性曲线和所述频率响应测试单元的配置信息；所述自主调节 模块调节所述频率响应测试单元。
[0022] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述功率变换器的频率相关参数包括 目标截止频率、目标相角裕度范围与目标幅值裕度范围。
[0023] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述控制器还包括一通信单元，所述 通信单元与所述频率响应测试和调整单元通信。
[0024] 根据本发明的功率变换器的一具体实施例，所述功率变换器还包括一上位机，所 述上位机通过过所述通信单元与所述频率响应测试和调整单元实现信息交互。
[0025] 并且，为了达成本发明的主要目的，本发明的发明人同时提出了一种功率变换器 的频率特性测试及其调节方法，其包括以下步骤：
[0026] 提供一功率变换器，所述功率变换器包括开关器件功率单元和控制器，所述控制 器装载有频率响应测试和调整单元和通信单元；
[0027] 提供一上位机，所述上位机通过通信单元与所述频率响应测试和调整单元通信；
[0028] 用户通过所述上位机控制所述频率响应测试和调整单元对所述开关器件功率单 元进行开环频率特性曲线测试；
[0029] 用户通过所述上位机令所述频率响应测试和调整单元对所述功率变换器的频率 相关参数进行调整。
[0030] 根据本发明的功率变换器的频率特性测试及其调节方法的一具体实施例，于用户 通过所述上位机控制所述频率响应测试和调整单元对所述开关器件功率单元进行开环频 率特性曲线测试之时，需通过一检测单元检测所述开关器件功率单元的电压/电流，并输 出至少一检测信号至所述频率响应测试和调整单元。
[0031] 根据本发明的功率变换器的频率特性测试及其调节方法的一具体实施例，所述频 率响应测试和调整单元设置有交流扰动信号产生模块和频率响应测试单元；所述交流扰动 信号产生模块产生交流扰动信号并输出至频率响应测试单元供所述频率响应测试单元测 试开关器件功率单元的开环频率特性曲线。
[0032] 根据本发明的功率变换器的频率特性测试及其调节方法的一具体实施例，所述频 率响应测试和调整单元设置有调整单元；所述频率响应测试单元设置有补偿器模块；所述 调整单元调整所述补偿器模块对所述功率变换器的频率相关参数进行调整。