CN104980043B - 功率变换器与该功率变换器的频率特性测试及调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率变换器及该功率变换器的频率特性测试及调节方法，其中该功率变换器包括开关器件功率单元和用于控制所述开关器件功率单元的控制器。所述控制器中安装有频率响应测试和调整单元，使得所述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，并自主调节至稳定的状态，测试与调节过程完全在电源系统内部完成，不需要借助任何外部仪器设备，因此保证了系统不受外界的侵扰。此外，通过本发明提供的功率变换器的频率特性测试及调节方法，用户可通过一上位机与功率变换器中的通信单元交互信息；同时，用户可通过上位机控制所述频率响应测试和调整单元对功率变换器的频率特性进行测试与相应调节，过程中同样不需要使用任何频率响应分析仪。

Description

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
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
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。
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CH1’至该控制器12’，使得该控制器12’输出包括有该扰动信号CH1’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。
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CH1’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。
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。
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
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。
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：
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；
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；
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；
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。
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。
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。
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。
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元。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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：
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；
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；
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；
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。
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。
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。
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。
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，所述调整单元设有储存模块，所述储存模块用于存储用户对功率变换器的频率相关参数的预先设置值，所述开关器件功率单元的开环频率特性曲线及所述补偿器模块当前配置信息及所述补偿器模块的配置方法。
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，所述调整单元根据所述频率响应测试单元所测试出的开环频率特性曲线调整所述补偿器模块至所述功率变换器的频率相关参数满足预设值。
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，所述频率响应测试单元设置有测试数据处理模块，所述测试数据处理模块根据不同频率所述交流扰动信号计算获得开关器件功率单元的开环频率特性曲线。
相比于现有技术，本发明的技术具有以下优点：
1.本发明所提出的功率变换器适用于例如采用LLC线路的服务器电源或采用三电平线路的充电电源等各类电源系统，所述功率变换器内部配置有控制器与频率响应测试和调整单元，使得所述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，并自主调节至稳定的状态，测试与调节过程完全在电源系统内部完成，不需要借助任何外部仪器设备。
2.此外，通过本发明提供的功率变换器的频率特性测试及调节方法，用户可通过一上位机与功率变换器中的通信单元交互信息；当频率响应测试和调整单元获得功率变换器的开环特性曲线数据后可通过通信单元将该开环特性曲线数据发至上位机显示，使得操作该上位机的工程人员(用户)能够依据所显示的开环频率特性曲线数据，同时工程人员可通过频率响应测试和调整单对功率变换器的频率相关参数进行调整。或者，也可以将功率变换器的频率相关参数预先存储于频率响应测试和调整单元中，使得频率响应测试和调整单元依据功率变换器的开环频率特性曲线自行进行调整功率变换器的频率相关参数至预设值。
附图说明
参见如下的附图来详细描述配置和实施例，其中以相同的附图标记指代相同的组件。
图1为现有的频率响应分析仪与电源系统的连接示意图；
图2为本发明的一种功率变换器的架构图；
图3为本发明功率变换器的架构图；
图4为本发明的一种功率变换器的另一实施例架构图；
图5为本发明功率变换器的另一实施例架构图；
图6为功率变换器中的频率响应测试单元的架构图；
图7A为功率变换器中的补偿器模块与检测单元的架构图；
图7B为功率变换器中的补偿器模块与检测单元的架构图；
图8为频率响应测试和调整单元中的调整单元的架构图；
图9A为补偿器模块的一种调节方式示意图；
图9B为补偿器模块的另一种调节方式示意图；
图9C为补偿器模块的再一种调节方式示意图；
图10为上位机、通信单元与调整单元及测试数据处理模块的连接架构示意图；
图11为本发明的一种功率变换器的频率特性测试及调节方法的方法流程图；
图12为本发明的一种功率变换器的频率特性测试及调节方法的另一实施例的方法流程图。
其中，附图标记说明如下：
11’-功率变换器； 12’-控制器；
13’-频率响应分析仪； CH1’-扰动信号；
X-输入控制信号； y-稳态输出信号；
CH2’-稳态输出信号的分压信号；
11-开关器件功率单元； 12-安控制器；
13-检测单元； Vin-输入电压讯号；
14-频率响应测试和调整单元； Vout-输出电压讯号；
141-交流扰动信号产生模块； 143-调整单元；
142-频率响应测试单元； 1421-补偿器模块；
1422-信号组合器； 1423-脉冲发生器；
Scomp-补偿信号； SOSC-交流扰动信号；
SMIX-混合信号； SCON-控制信号；
SI/V-电压/电流信号； Sdec-检测信号；
131-第一检测模块； 132-第二检测模块；
Sdec1-第一检测信号； Sdec2-第二检测信号；
1425-外环补偿器； 1426-内环补偿器；
1427-择控制单元； 1431-自主调节模块；
1432-储存模块； 1424-测试数据处理模块；
15-通信单元； 2-上位机；
具体实施方式
以下将结合附图具体描述本发明之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的多个实施方式。为明确说明起见，多个实施例的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实施例的细节不应该被用以限制本发明。
本发明的功率变换器适用于各类电源系统，例如采用LLC线路的服务器电源系统或采用三电平线路的充电电源系统。请参考图2，为本发明的功率变换器的一实施例架构图。如图2所示，该功率变换器包括开关器件功率单元11和用于控制该开关器件功率单元11的控制器12。该开关器件功率单元11自一输入源接收一输入电压讯号Vin并输出一输出电压讯号Vout。该控制器12通过一检测单元13检测开关器件功率单元11产生的电压/电流并输出至少一检测信号。
在本发明提供的一功率变换器的实施例中，如图控制器12内安装有频率响应测试和调整单元14。该频率响应测试和调整单元14接收检测单元13所输出的检测信号且可产生一频率变化的交流扰动信号，使得该控制器12输出至该开关器件功率单元11的一控制信号包含对应于该交流扰动信号引起的扰动成分。频率响应测试和调整单元14可基于分时多次不同频率的该交流扰动信号与对应的检测信号而测得该功率变换器的开环频率特性曲线数据。频率响应测试和调整单元14并依据所测得功率变换器的开环频率特性曲线数据而将该功率变换器的频率相关参数调整至预设值，使得功率变换器能够依据不同的输入源或输出端负载而自主调节至稳定的输出状态。
参见图3，其中，频率响应测试和调整单元14包括有一交流扰动信号产生模块141、一频率响应测试单元142、和一调整单元143。该交流扰动信号产生模块141可分时产生频率变化的交流扰动信号。该频率变化的交流扰动信号可频率由小到大变化或者由大到小变化或者为其他模式。该交流扰动信号产生模块141为数字型的交流扰动信号产生模块，因此该交流扰动信号的幅值、频率或频率变化的模式可由使用人员根据功率变换器的相关参数做适应性设置和调整。该交流扰动信号产生模块141分时产生不同频率的交流扰动信号。检测单元13分时检测不同频率的交流扰动信号下对应的功率变换器产生的电压/电流，并将检测信号输出至频率响应测试单元142。该频率响应测试单元142接收该交流扰动信号和对应于该频率下交流扰动信号的检测信号，可测得该功率变换器开关频率特性曲线中一个点。这样，通过不同频率的交流扰动信号及对应的检测信号即可获得该功率变换器的开环频率特性曲线。
参见图4，为本发明功率变换器的另一实施例架构图。在本发明功率变换器的架构中，该控制器12还可以包括一通信单元15，该通信单元15与该频率响应测试和调整单元通信。并且，如图5所示的频率响应测试和调整单元14的架构，通信单元15与频率响应测试和调整单元14的频率响应测试单元142和调整单元143进行通讯。相匹配地，为使得控制器中的信息可视化和便于工作人员控制该功率变换器，该功率变换器还包括一上位机2，该上位机2通过通信单元15与频率响应测试单元142和调整单元143进行通信。工作人员可通过上位机2启动频率响应测试单元142对功率变换器进行开环频率特性曲线的测试，也可通过上位机2与调整单元143通信，基于功率变换器当前开关频率特性曲线调整频率响应响应单元142补偿该功率变换器。
该频率响应测试单元142一具体架构的实施例如图6所示。该频率响应测试单元142包括有一补偿器模块1421、一信号组合器1422、一脉冲发生器1423、与一测试数据处理模块1424。其中，该补偿器模块1421接收该检测信号并输出一补偿信号Scomp，且该信号组合器1422接收该补偿信号Scomp和该交流扰动信号Sosc并输出一混合信号SMIX至该脉冲发生器1423；该脉冲发生器1423接收该混合信号SMIX并输出该控制信号Scon至该开关器件功率单元11。
该补偿器模块1421与检测单元13的具体配置方式依据不同类型的功率变换器而有所不同。若该功率变换器为单闭环功率变换器，补偿模块1421则为一补偿器，如图7A所示。该检测单元13为一电压/电流信号检测模块，检测该开关器件功率单元11的电压/电流信号SI/V并输出一检测信号Sdec至该补偿器。基于图3、图6与图7A的架构可知整个环路的开环传递函数
Scomp/SMIX=Gplant*Gcomp*Gpulse （1）
其中，Gplant为开关器件功率单元11的传递函数；Gcomp为补偿器传递函数；Gpulse为脉冲发生器1423的传递函数，需强调的是此公式（1）中的Scomp和SMIX为对应交流扰动信号频率下的基波分量数据。由于补偿器的传递函数Gcomp已知，因此可容易计算出开关器件功率单元11对应的功率变换器未补偿的开环传递函数Gplant*Gpulse。该功率变换器的开环传递函数实际通过测得各个频率下对应的(Scomp/SMIX)的增益和相位来获得。
若该功率变换器为双闭环功率变换器，补偿模块1421的具体结构一实施例可如图7B所示。如图7B所示，补偿器模块1421包括内环补偿器1426和外环补偿器1425。对应地，检测单元13则包括至少两个检测模块(131,132)分别检测该开关器件功率单元11而对应的输出一第一检测信号Sdec1和一第二检测信号Sdec2。第一检测信号Sdec1对应输出至外环补偿器1425，第二检测信号Sdec2对应输出至内环补偿器1426的。其中，补偿器模块1421更包括有一选择控制单元1427，设置于外环补偿器1425与内环补偿器1426之间。当选择控制单元1427断开时，可以测试该功率变换器的内环频率特性。其测试内环频率特性曲线的工作原理与上述描述单闭环功率变换器的开环传递函数测试原理相同，因此不再作过多重复性描述。当选择控制单元1427闭合时，断开输入至内环补偿器1426的第二检测信号Sdec2，此时可得
Scomp/SMIX=Gplant*Gcomp1*Gin_CL*Gpulse （2）
功换器的外环开环传递函数为Gcomp1*Gin_CL*Gpulse，其中Gcomp1为内环补偿器1426的传递函数。借由采集每个频率下的补偿信号Scomp和混合信号SMIX数据，并对该补偿信号Scomp与进行傅里叶分解，分别求得该混合信号SMIX和该补偿信号Scomp的基波分量的幅值和相位，即可得到不同频率交流扰动信号对应的Scomp/SMIX的增益和相位。
因此，基于以上对频率响应测试单元的描述，对于单闭环的功率变换器实际上可以通过公式（1）的计算获得单闭环的功率变换器的幅频曲线和相频曲线。对于双闭环的功率变换器实际上可以通过公式（1）获得功率变换器的内环的幅频曲线和相频曲线和内部补偿器的传递函数，而通过公式（2）则可测得功率变换器的外环的幅频曲线和相频曲线。参见图8所示的架构图，该测试数据处理模块1424，用于对该混合信号SMIX和与该混合信号对应的该补偿信号Scomp，进行如上所述的数据处理，例如傅里叶分解，计算两信号中的基波分量的幅值和相位，进而获得对应每个频率的交流扰动信号Sosc的功率变换器的开环频率特性曲线(即幅频曲线与相频曲线)。
其中，如图8所示，该调整单元143包括一自主调节模块1431与一储存模块1432。该储存模块1432储存有功率变换器待调整的频率相关参数的预设值，例如预设的目标截止频率、目标相角裕度范围与目标幅值裕度范围。另外，该测试数据处理模块1424所获得的功率变换器的开环频率特性曲线(即幅频曲线与相频曲线)可储存于该储存模块1432中。或者，该储存模块中其他实施例中，该储存模块存储有该功率变换器的历史调整经验信息，方便工作人员能根据历史调整经验信息，快速将功率变换器的频率相关参数调整至目标值。此外，在一些功率变换器的实施例中，该功率变换器的历史调整经验信息，特别是指补偿器模块1421的相关参数和调节的经验方法，例如补偿器模块1421的零极点的位置、当前的相角裕度和幅值裕度等参数，以及当前截止频率偏小或相角裕度不够时如何移动该零极点等方法。
自主调节模块1431可根据储存模块1432预先存储的待调整的频率相关参数对频率响应测试单元142中补偿模块1421进行调整，补偿该功率转换器的频率相关参数满足至储存模块1432中预先存储的频率相关参数设置的值。
以下以功率变换器为一以降压型(buck)电源转换器进行举例说明。该降压型电源转换器中控制器设有如上实施例中描述的频率响应测试和调整单元。其中，频率响应测试单元可测试降压电源转换器的开环特性曲线如图9A所示。而补偿模块1421的传递函数以及调节配置方法可预先存储于储存模块。例如，补偿模块1421为一单一的补偿器，且该补偿器的传递函数Gcomp可表示为下列公式：
在上述公式（3）中，K为补偿器的增益，fz1、fz2、fp1和fp2分别为该补偿器的两个零点和两个极点。接着，如图9B所示，自主调节模块依据储存模块所储存的补偿器调节的经验方法而预先定义选取fz1=fz2=fo、fp1=fzc、且fp2=(5-10)fcv，其中，fcv为目标截止频率。未补偿前，测得的buck电路的开环特性曲线如图9C中实线所示，当前截止频率fcv’大于目标截止频率fcv。将补偿器的增益K减小，经过补偿器调节之后，再次测得的buck电路的幅频曲线如图9C中的虚线所示，当前截止频率fcv’已经减小至符合目标截止频率fcv。另外，当然也可以通过改变补偿器零点fz1和fz2位置，也可达到相同的效果，具体不再赘述。
除了以上列举在本发明的功率变换器的实施例之外，本发明另一方面提供了功率变换器的一种频率特性测试及其调节方法。该频率特性测试及其调节方法基于以下内容所介绍的功率变换器。提供一功率变换器，参见图4，该功率变换器包括开关器件功率单元11和控制器12，该控制器12装载有频率响应测试和调整单元14和通信单元15；提供一上位机2，该上位机2通过通信单元15与该频率响应测试和调整单元14通信。用户通过该上位机2控制该频率响应测试和调整单元14对该开关器件功率单元11进行开环频率特性曲线测试。用户通过该上位机2令该频率响应测试和调整单元14对该功率变换器的频率相关参数进行调整。当然，该开关器件功率单元11还包括检测单元13，检测单元检测开关器件功率单元11的相关参数并传送至频率响应测试和调整单元14。关于控制器12中频率响应测试和调整单元14、通信单元15和上位机等以及它们之间的连接关系在上述装置的实施例中已描述过，因此不在此做重复描述。
以下列举的是利用以上所述一具体的功率变换器装置来说明如何对功率变换器实现频率相关参数测试和自动调整。该频率相关参数可以是幅值裕度、相角裕度、截止频率等参数。首先列举一功率变换器可自动根据控制器中储存的频率相关参数进行调整，参见图11。首先启动控制器中装载的频率响应测试和调整单元，进行开关频率特性测试，并判断开关频率特性数据是否处理完成，当未完成时，会继续等待，当已完成开关频率特性数据处理，调整单元此时可读取储存模块中储存的频率相关参数和当前补偿器的配置参数，并判断当前补偿器的配置参数是否需要调整。若补偿器的配置参数不需要调整，此时会结束功率变换器频率参数的调整过程；若补偿器的配置参数需要调整则会对补偿器进行参数的重新配置和调整。当然再对补偿器的参数进行重新配置和调整时会参考储存在储存模块中补偿器的经验调节方法。对补偿器重新调整之后，会再此利用频率响应测试单元对功率变换器的开环频率特性曲线进行重新测试，判断功率变换器的频率相关参数是否满足当前存储的频率相关参数，若不满足则在此根据存储模块中的补偿器的经验调节方法进行调整，再次进行测试功率变换器的开环频率特性曲线直至功率变换器的频率相关参数满足储存模块存储的功率变换器的频率从相关参数的目标值而结束调整过程。
在此，再列举一利用以上介绍的功率变换器的实施例根据用户选择的零极点的配置方式和位置，对补偿器进行设计，直至满足用户的要求，如图12所示。首先，调整单元通过通信单元接收上位机发送的目标截止频率fc、相角裕度PM的范围和幅值裕度GM的范围，以及零极点的配置方式和位置。调整单元对比原储存于储存模块中目标信息和补偿信息，判断接收的目标信息和补偿信息相对原储存信息是否有调整，若没有调整，则不作任何处理；若信息有调整，则对补偿器进行调整。待补偿器进行调整后，启动频率响应测试单元，然后等待测试数据处理，若测试数据处理完成，则确认调整后的补偿器是否满足要求；若测试数据仍在处理中，则等待测试数据处理并发送反馈信息给上位机。判断调整后的补偿器是否满足要求，不管是否满足要求，都发送相应的反馈信息给上位机，等待上位机的进一步操作。
功率变换器的相关频率参数的测试和调整方法并不限于以上列举两种方式，用户基于以上描述的功率变换器的实施例，实则可以很灵活的根据不同的需求对该功率变换器进行相关频率的测试和/或调整。该频率响应测试和调整单元是安装于控制器中。通常这种控制器为DSP芯片，那么频率响应测试和调整单元可灵活嵌入此种芯片中。该频率响应测试和调整单元可取代传统笨拙频率响应分析仪，简化了功率变换器的相关频率参数的测试，也取消了传统频率响应分析仪测试过程受实际物理或场地测试条件的限制。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的发明保护范围所界定者为准。

Claims (16)

1.一种功率变换器，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，其特征在于：
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；
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；
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；
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；
其中，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；以及
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元。
2.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，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。
3.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，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。
4.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述补偿器模块包括外环补偿器与内环补偿器。
5.如权利要求4所述的功率变换器，其特征在于，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。
6.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，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。
7.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，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。
8.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，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。
9.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，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。
10.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，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。
11.如权利要求10所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器还包括一上位机，所述上位机通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。
12.一种功率变换器的频率特性测试及其调节方法，其特征在于：
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；
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；
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；
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；
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；
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。
13.如权利要求12所述的功率变换器的频率特性测试及其调节方法，其特征在于：
提供一检测单元，所述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。
14.如权利要求12所述的功率变换器的频率特性测试及其调节方法，其特征在于：所述调整单元设有储存模块，所述储存模块用于存储用户对功率变换器的频率相关参数的预先设置值，所述开关器件功率单元的开环频率特性曲线及所述补偿器模块当前配置信息及所述补偿器模块的配置方法。
15.如权利要求12所述的功率变换器的频率特性测试及其调节方法，其特征在于：所述调整单元根据所述频率响应测试单元所测试出的开环频率特性曲线调整所述补偿器模块至所述功率变换器的频率相关参数满足预设值。
16.如权利要求12所述的功率变换器的频率特性测试及其调节方法，其特征在于：所述频率响应测试单元设置有测试数据处理模块，所述测试数据处理模块根据不同频率所述交流扰动信号计算获得开关器件功率单元的开环频率特性曲线。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10024889B2 (en) * 2015-12-23 2018-07-17 Intel IP Corporation Apparatuses, methods, and systems for detection of a current level
US10459013B2 (en) * 2016-06-17 2019-10-29 Analog Devices Global Apparatus for and method of providing measurements of uncertainty in respect of a transfer function
KR101923690B1 (ko) * 2016-11-11 2018-11-29 엘에스산전 주식회사 전력보상장치의 서브모듈성능시험을 위한 합성시험회로 및 그 시험방법
DE102018120821A1 (de) * 2018-08-27 2020-02-27 Infineon Technologies Austria Ag Bestimmung der Kleinsignaltransferfunktion
TWI681274B (zh) * 2018-11-14 2020-01-01 財團法人工業技術研究院 工具機頻率響應參數的調整方法及應用其之調整系統
CN110333377B (zh) * 2019-06-21 2021-04-13 深圳市鼎阳科技股份有限公司 一种支持波特图可变幅度扫描的方法及数字示波器
WO2023283220A1 (en) * 2021-07-06 2023-01-12 Texas Instruments Incorporated Power converter circuit testing
CN113904525B (zh) * 2021-08-16 2024-05-10 中国船舶重工集团公司第七0九研究所 基于频率响应的pwm变换器模型参数辨识方法及系统
AT525068B1 (de) * 2021-08-20 2022-12-15 Omicron Electronics Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen eines Spannungswandlers

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101806833A (zh) * 2010-03-08 2010-08-18 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 多通道频率响应分析系统及其方法
CN102789192A (zh) * 2011-05-17 2012-11-21 大连光洋科技工程有限公司 一种反馈控制系统及其频率响应测量装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200814499A (en) 2006-09-01 2008-03-16 Richtek Technology Corp Switching type power supply and method of determining compensation coefficients
CN101802742A (zh) * 2007-09-19 2010-08-11 富士通株式会社 电源装置及电子设备
US7638959B2 (en) 2007-12-14 2009-12-29 Hamilton Sundstrand Corporation Method of operating a brushless motor wherein open loop and closed loop controllers utilize different commutation methods
US8278898B2 (en) * 2009-02-13 2012-10-02 Texas Instruments Incorporated Auto-tuning power supply
CN102427294B (zh) * 2011-09-14 2014-03-12 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种开关型调节器的恒定时间控制电路以及应用其的开关型调节器
US9184652B2 (en) * 2012-08-28 2015-11-10 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for inverter output current harmonic reduction

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101806833A (zh) * 2010-03-08 2010-08-18 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 多通道频率响应分析系统及其方法
CN102789192A (zh) * 2011-05-17 2012-11-21 大连光洋科技工程有限公司 一种反馈控制系统及其频率响应测量装置

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