功率變換器與該功率變換器的頻率特性測(cè)試及調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及功率變換器的技術(shù)領(lǐng)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(cè)試及調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率變換器，例如開(kāi)關(guān)型功率變換器，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)電子設(shè)備的電 源系統(tǒng)中。在電源系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)控制的精確性與穩(wěn)定性，經(jīng)常需要對(duì)電源系統(tǒng) 的功率變換器進(jìn)行小信號(hào)建模和分析其頻率響應(yīng)特性，然后再對(duì)功率變換器的頻率響應(yīng)特 性進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整與補(bǔ)償，使得整個(gè)電源系統(tǒng)能夠在一個(gè)穩(wěn)定的工作范圍中可靠的運(yùn)行。
[0003] 如圖1繪出的頻率響應(yīng)分析儀與電源系統(tǒng)的連接示意圖所示，為了測(cè)試功率變換 器11'的頻率響應(yīng)特性，現(xiàn)行做法是將一頻率響應(yīng)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(guò)頻率響應(yīng)分析儀13'輸出一擾動(dòng)信號(hào)CHI'至該控制器12'，使 得該控制器12'輸出包括有該擾動(dòng)信號(hào)CHI'的輸入控制信號(hào)x至功率變換器11'，而該功 率變換器11'則對(duì)應(yīng)的輸出一穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)y。
[0004] 如圖1所示，CH2'為該穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)y的分壓信號(hào)。通過(guò)設(shè)定擾動(dòng)信號(hào)CHI'的 頻率范圍，并分別測(cè)量各個(gè)頻率下的輸入控制信號(hào)x和穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)y，即可利用頻率響應(yīng) 分析儀13'測(cè)出y/x的頻率響應(yīng)特性曲線。其中，穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)y與輸入控制信號(hào)x的振 幅比值隨頻率的變化特性是功率變換器11'的開(kāi)環(huán)頻率特性的幅頻特性，且穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào) y與輸入控制信號(hào)x的相角差隨頻率的變化特性為相頻特性。
[0005] 對(duì)于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜而難以進(jìn)行小信號(hào)建模的功率變換器而言，頻率響應(yīng)分析儀對(duì) 于該功率變換器的頻率響應(yīng)特性分析起到了很大的作用。但是當(dāng)電源系統(tǒng)的輸出功率等級(jí) 上升至MW級(jí)時(shí)，頻率響應(yīng)分析儀由于儀器本身的限制向電源系統(tǒng)所注入的擾動(dòng)信號(hào)具有 上限值，因此注入的擾動(dòng)信號(hào)對(duì)于電源系統(tǒng)本身便可以被忽略，頻率響應(yīng)分析儀也就因此 失去了作用。
[0006] 另外當(dāng)涉及多個(gè)功率變換器并聯(lián)時(shí)，整個(gè)電源系統(tǒng)的特性也會(huì)發(fā)生變化，原本單 個(gè)穩(wěn)定的功率變換器在經(jīng)過(guò)并聯(lián)后可能不再穩(wěn)定?；蛘呤茈娫聪到y(tǒng)所連接的電網(wǎng)或負(fù)載的 影響，使得原本穩(wěn)定工作的電源系統(tǒng)變得不再穩(wěn)定，這時(shí)又可能需要借助頻率響應(yīng)分析儀 來(lái)進(jìn)行測(cè)試；然而，受到電源系統(tǒng)設(shè)置的場(chǎng)所和其他資源的限制，使用頻率響應(yīng)分析儀進(jìn)行 相應(yīng)測(cè)試將會(huì)變得比較麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)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(cè)試及調(diào)節(jié)方法，所述功率變換器包括控制器與頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整 單元，使得功率變換器可通過(guò)頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元測(cè)得自身的頻率響應(yīng)曲線，并自主 調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)狀態(tài)，過(guò)程中不需要借助任何外部?jī)x器設(shè)備。
[0008] 因此，為了達(dá)成本發(fā)明的主要目的，本發(fā)明提出了一種功率變換器，所述功率變換 器包括開(kāi)關(guān)器件功率單元和控制器，所述控制器用于控制所述開(kāi)關(guān)器件功率單元，其中：
[0009] 所述功率變換器還包括檢測(cè)單元，所述檢測(cè)單元檢測(cè)所述開(kāi)關(guān)器件功率單元所輸 出的電壓/電流，并輸出至少一檢測(cè)信號(hào)；
[0010] 所述控制器中安裝有頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元，所述頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元接 收所述檢測(cè)信號(hào)且可產(chǎn)生一頻率變化的交流擾動(dòng)信號(hào)；
[0011] 所述控制器輸出至所述開(kāi)關(guān)器件功率單元的一控制信號(hào)包含對(duì)應(yīng)于所述交流擾 動(dòng)信號(hào)引起的擾動(dòng)成分；
[0012] 所述頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元基于分時(shí)多次不同頻率的所述交流擾動(dòng)信號(hào)與對(duì) 應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)而測(cè)得所述功率變換器的開(kāi)環(huán)頻率特性曲線數(shù)據(jù)，并依據(jù)所測(cè)得功率變換器 的開(kāi)環(huán)頻率特性曲線數(shù)據(jù)，將所述功率變換器的頻率相關(guān)參數(shù)調(diào)整至預(yù)設(shè)值。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)施例，所述開(kāi)關(guān)器件功率單元為單閉環(huán)功率 變換單元系統(tǒng)，所述檢測(cè)單元包括一電壓/電流信號(hào)檢測(cè)模塊，檢測(cè)所述開(kāi)關(guān)器件功率單 元的電壓/電流而輸出一第一檢測(cè)信號(hào)至所述頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)施例，所述開(kāi)關(guān)器件功率單元為雙閉環(huán)功率 變換單元系統(tǒng)，所述檢測(cè)單元包括至少兩個(gè)檢測(cè)模塊分別檢測(cè)所述開(kāi)關(guān)器件功率單元而對(duì) 應(yīng)輸出一第一檢測(cè)信號(hào)和一第二檢測(cè)信號(hào)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)施例，所述頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元包括： 一交流擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述交流擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊用以產(chǎn)生所述一交流擾動(dòng)信號(hào)；一 頻率響應(yīng)測(cè)試單元，所述頻率響應(yīng)測(cè)試單元分時(shí)接收所述交流擾動(dòng)信號(hào)和對(duì)應(yīng)的所述檢測(cè) 信號(hào)測(cè)得所述功率變換器的開(kāi)環(huán)頻率特性曲線；和一調(diào)整單元，所述調(diào)整單元基于所述功 率變換器的開(kāi)環(huán)頻率特性曲線調(diào)整所述頻率響應(yīng)測(cè)試單元補(bǔ)償所述功率變換器的頻率相 關(guān)參數(shù)至預(yù)設(shè)值。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)施例，所述頻率響應(yīng)測(cè)試單元包括一補(bǔ)償器 模塊、一信號(hào)組合器與一脈沖發(fā)生器，其中，所述補(bǔ)償器模塊接收所述檢測(cè)信號(hào)并輸出一補(bǔ) 償信號(hào)；所述信號(hào)組合器接收所述補(bǔ)償信號(hào)和所述交流擾動(dòng)信號(hào)輸出一混合信號(hào)至所述脈 沖發(fā)生器；所述脈沖發(fā)生器接收所述混合信號(hào)并輸出所述控制信號(hào)至所述開(kāi)關(guān)器件功率單 JLi〇
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)施例，所述頻率響應(yīng)測(cè)試單元包括一補(bǔ)償器 模塊、一信號(hào)組合器與一脈沖發(fā)生器，其中，所述補(bǔ)償器模塊包括外環(huán)補(bǔ)償器與內(nèi)環(huán)補(bǔ)償 器。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)施例，所述外環(huán)補(bǔ)償器與所述內(nèi)環(huán)補(bǔ)償器之 間還設(shè)有一選擇控制單元，所述外環(huán)補(bǔ)償器和內(nèi)環(huán)補(bǔ)償器通過(guò)所述選擇控制單元連接。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)施例，所述調(diào)整單元基于所述功率變換器的 開(kāi)環(huán)頻率特性曲線調(diào)整所述補(bǔ)償器模塊的相關(guān)參數(shù)以補(bǔ)償所述功率變換器的頻率相關(guān)參 數(shù)至預(yù)設(shè)值。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)施例，所述頻率響應(yīng)測(cè)試單元還包括測(cè)試數(shù) 據(jù)處理模塊，所述測(cè)試數(shù)據(jù)處理模塊獲得所述混合信號(hào)和與所述混合信號(hào)對(duì)應(yīng)的所述補(bǔ)償 信號(hào)計(jì)算獲得該頻率下交流擾動(dòng)信號(hào)下開(kāi)關(guān)器件功率單元的增益和相位。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)施例，所述調(diào)整單元包括一自主調(diào)節(jié)模塊與 一儲(chǔ)存模塊，其中，所述儲(chǔ)存模塊儲(chǔ)存有所述功率變換器待調(diào)整的頻率相關(guān)參數(shù)的預(yù)設(shè)值、 所述功率變換器的開(kāi)環(huán)頻率特性曲線和所述頻率響應(yīng)測(cè)試單元的配置信息；所述自主調(diào)節(jié) 模塊調(diào)節(jié)所述頻率響應(yīng)測(cè)試單元。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)施例，所述功率變換器的頻率相關(guān)參數(shù)包括 目標(biāo)截止頻率、目標(biāo)相角裕度范圍與目標(biāo)幅值裕度范圍。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)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(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元通信。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的一具體實(shí)施例，所述功率變換器還包括一上位機(jī)，所 述上位機(jī)通過(guò)過(guò)所述通信單元與所述頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元實(shí)現(xiàn)信息交互。
[0025] 并且，為了達(dá)成本發(fā)明的主要目的，本發(fā)明的發(fā)明人同時(shí)提出了一種功率變換器 的頻率特性測(cè)試及其調(diào)節(jié)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(kāi)關(guān)器件功率單元和控制器，所述控制 器裝載有頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元和通信單元；
[0027] 提供一上位機(jī)，所述上位機(jī)通過(guò)通信單元與所述頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元通信；
[0028] 用戶通過(guò)所述上位機(jī)控制所述頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元對(duì)所述開(kāi)關(guān)器件功率單 元進(jìn)行開(kāi)環(huán)頻率特性曲線測(cè)試；
[0029] 用戶通過(guò)所述上位機(jī)令所述頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元對(duì)所述功率變換器的頻率 相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的頻率特性測(cè)試及其調(diào)節(jié)方法的一具體實(shí)施例，于用戶 通過(guò)所述上位機(jī)控制所述頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元對(duì)所述開(kāi)關(guān)器件功率單元進(jìn)行開(kāi)環(huán)頻 率特性曲線測(cè)試之時(shí)，需通過(guò)一檢測(cè)單元檢測(cè)所述開(kāi)關(guān)器件功率單元的電壓/電流，并輸 出至少一檢測(cè)信號(hào)至所述頻率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的頻率特性測(cè)試及其調(diào)節(jié)方法的一具體實(shí)施例，所述頻 率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元設(shè)置有交流擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊和頻率響應(yīng)測(cè)試單元；所述交流擾動(dòng) 信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生交流擾動(dòng)信號(hào)并輸出至頻率響應(yīng)測(cè)試單元供所述頻率響應(yīng)測(cè)試單元測(cè) 試開(kāi)關(guān)器件功率單元的開(kāi)環(huán)頻率特性曲線。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的頻率特性測(cè)試及其調(diào)節(jié)方法的一具體實(shí)施例，所述頻 率響應(yīng)測(cè)試和調(diào)整單元設(shè)置有調(diào)整單元；所述頻率響應(yīng)測(cè)試單元設(shè)置有補(bǔ)償器模塊；所述 調(diào)整單元調(diào)整所述補(bǔ)償器模塊對(duì)所述功率變換器的頻率相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。