CN104991117A - 智能路由器直流单元谐振频率的测试方法 - Google Patents

Abstract

一种智能路由器直流单元谐振频率的测试方法，包括以下步骤：(1)测量智能路由器直流单元输入侧和输出侧H桥开关在相同的控制信号下，输入侧H桥交流方波电压U_ab超前或者滞后输出侧H桥交流方波电压U_cd的时间；(2)根据步骤(1)时间，修改程序使得U_ab与U_cd的同相位；(3)通过U_ab超前或者滞后输入侧H桥交流电流I₁的时间对智能路由器直流单元的工作频率进行反复修正，得到最终的谐振频率。

Description

智能路由器直流单元谐振频率的测试方法

技术领域

本发明涉及一种智能路由器直流单元谐振频率的测试方法。

背景技术

智能路由器直流单元的输入侧和输出侧H桥开关为可控开关器件，能够实现能量的双向流动。其高频变压器具有电气隔离的作用，同时具有体积小、功率密度大的优点，在机车牵引、电力电子变压器、可再生能源发电等场合有着重要的应用。

直流单元通常为模块级联形式或者与其他类变换器(如AC/DC、DC/AC)构成高压、大功率的能量转换系统。直流单元谐振频率的测试方法对于其所在的能量系统，如智能电能路由器的测试有着重要意义。

现有的智能路由器直流单元谐振频率测试方法忽略了输入侧H桥和输出侧H桥开关器件型号不同带来的影响。开关器件型号不同，制造工艺的差异，会造成开关器件的开通时间和关断时间不同，对智能路由器直流单元的控制和效率有着重要影响。

对于智能路由器直流单元以级联的形式组成能量转换系统，每一级DC/DC变换器都需要进行测试，但是由于制造工艺水平的限制，高频变压器的参数会有所不同，因此每一级DC/DC变换器的谐振频率会有所不同，因此需要测试智能路由器直流单元的谐振频率。

发明内容

本发明旨在克服智能路由器直流单元本体参数变化和开关器件型号不同的影响，提出一种智能路由器直流单元谐振的测试方法减小误差，调高谐振频率的测试精度，缩短了谐振频率的测试时间。

本发明对智能路由器直流单元谐振频率的测试方法步骤如下：

1、测量智能路由器直流单元输入侧H桥开关和输出侧H桥开关在相同的控制信号下，输入侧H桥交流方波电压U_ab超前或者滞后输出侧H桥交流方波电压U_cd的时间；

2、根据步骤1得到的输入侧H桥交流方波电压U_ab超前或者滞后于输出侧H桥交流方波电压U_cd的时间，通过智能路由器直流单元控制电路进行校正，使得输入侧H桥交流方波电压U_ab与输出侧H桥交流方波电压U_cd的同相位；

3、通过U_ab超前或者滞后输入侧H桥交流电流I₁的时间对智能路由器直流单元的工作频率进行反复修正，得到最终的谐振频率。

测试时设置智能路由器直流单元输入侧H桥和输出侧H桥开关占空比为50％。具体方法如下：

(1)根据公式计算智能路由器直流单元的工作频率f，设n＝1，m＝1；

式中：L为折合到变压器输入侧的漏感值，R为折合到变压器输入侧的变压器内阻阻值，C为折合到变压器输入侧的谐振电容值。式中L、R、C的值通过电桥测量或者出厂说明书得到。n，m为迭代测试用到的参数；

(2)修改控制电路的程序，使得智能路由器直流单元的工作频率为f，用示波器观测输入侧H桥的交流方波电压U_ab和交流电流I₁的波形。

(3)如果输入侧H桥交流方波电压U_ab相位超前交流电流I₁，记录U_ab超前I₁的时间t_cq(n)，对本次测量的超前时间t_cq(n)和上次测量的超前时间t_cq(n-1)进行比较：

如果t_cq(n)>t_cq(n-1),则智能路由器直流单元的谐振频率为f-△f。n＝1时,不等式t_cq(n)>t_cq(n-1)不成立。△f为智能路由器直流单元谐振频率的最小精度。

如果不满足t_cq(n)>t_cq(n-1)，对智能路由器直流单元的谐振频率f进行修正，f＝f+△f，n的数值加1，返回步骤(2)。

(4)如果输入侧H桥交流方波电压U_ab相位滞后交流电流I₁，记录U_ab滞后I₁的时间t_zh(m)，对本次测量的滞后时间t_zh(m)和上次测量的滞后时间t_zh(m-1)进行比较：

如果t_zh(m)>t_zh(m-1),则智能路由器直流单元的谐振频率为f+△f。m＝1时,不等式t_zh(m)>t_zh(m-1)不成立。

如果不满足t_zh(m)>t_zh(m-1)，对智能路由器直流单元的谐振频率f进行修正，f＝f-△f，m的数值加1。返回步骤(2)。

附图说明

图1为智能路由器直流单元的示意图；

图2为测试智能路由器直流单元的谐振频率的流程框图。

图3为电压U_ab和电压U_cd同相位时的波形图；

图4为智能路由器直流单元输入侧和输出侧开关状态相同且开关频率为谐振频率时，输入侧H桥交流方波电压U_ab和交流电流I₁的波形图；

图5为智能路由器直流单元的等效电路图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1为智能路由器直流单元的示意图。智能路由器直流单元的输入侧直流电压为1000V，负载侧直流电压为750V，高频变压器的变比为1000V/750V。

因此变压器两端的电压等级不同，输入侧H桥和输出侧H桥所选的开关器件不同。不同的开关器件导通和关断时间不同，会导致在相同的控制信号下，输出的交流方波电压的相位有微小的差异，如图3所示。而这一微小的差异会对智能路由器直流单元的控制产生影响。如英飞凌FF300R17ME4型号的IGBT开通时间和关断时间分别为FF300R12ME4型号的IGBT开通时间和关断时间分别为智能路由器直流单元的开关频率为高频时，不同型号IGBT的开通和关断时间不同造成的影响就不能忽略。当输入侧H桥的开关状态和输出侧H桥开关状态相同时，记录在示波器中观测到的输入侧H桥交流方波电压U_ab滞后或者超前于输出侧H桥交流方波电压U_cd的时间，修改智能路由器直流单元控制电路中的程序，对控制信号进行修正。这一过程需要反复进行，直到输入侧H桥交流方波电压U_ab和输出侧H桥交流方波电压U_cd同相位为止。

图5为智能路由器直流单元的等效电路图，U’_cd为输出侧H桥交流方波电压U_cd折合到变压器输入侧的数值，L为折合到变压器输入侧的漏感值，R为折合到变压器输入侧的变压器内阻阻值。输入侧H桥交流方波电压U_ab与输出侧H桥交流方波电压U’_cd为占空比为50％的交流方波电压，输入侧H桥交流方波电压U_ab与输出侧H桥交流方波电压U’_cd频率和相位相等。根据图5的等效电路图，可以推导计算得到当输入侧H桥交流方波电压U_ab与输出侧H桥交流方波电压U’_cd频率满足时，图5等效电路中电流I与输入侧H桥交流方波电压U_ab和输出侧H桥交流方波电压U’_cd是同相位的。

首先根据电桥测量的变压器输入侧的漏感值L和折合到变压器输入侧的变压器内阻R，或从变压器说明书上获得上述参数L和R的，值。然而通过电桥测量或变压器说明书获得的参数不一定为智能路由器直流单元谐振频率下的数值。根据下述公式和初步获得的参数计算智能路由器直流单元的工作频率：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{1}{\mathrm{LC}}-\frac{R^2}{4L^2}}$

式中L为折合到变压器输入侧的漏感值，R为折合到变压器输入侧的变压器内阻值，C为折合到变压器输入侧的谐振电容值。式中L、R、C通过电桥测量或者参考出厂说明书得到。

然后根据图2所示的流程图测定智能路由器直流单元的谐振频率：

(1)根据公式计算智能路由器直流单元的工作频率f＝10kHz，设n＝1，m＝1。

(2)修改控制电路的程序，使得智能路由器直流单元的工作频率为f，用示波器观测输入侧H桥的交流方波电压U_ab和交流电流I₁的波形。

(3)如果输入侧H桥交流方波电压U_ab相位超前交流电流I₁，记录U_ab超前I₁的时间t_cq(n)，对本次测量的超前时间t_cq(n)和上次测量的超前时间t_cq(n-1)进行比较：

如果t_cq(n)>t_cq(n-1),则智能路由器直流单元的谐振频率为f-△f。n＝1时,不等式t_cq(n)>t_cq(n-1)不成立。△f为智能路由器直流单元谐振频率的最小精度，△f＝100Hz。

如果不等式t_cq(n)>t_cq(n-1)不成立，对智能路由器直流单元的谐振频率f进行修正，f＝f+△f，n＝n+1，返回步骤(2)。

(4)如果输入侧H桥交流方波电压U_ab相位滞后交流电流I₁，记录U_ab滞后I₁的时间t_zh(m)，对本次测量的滞后时间t_zh(m)和上次测量的滞后时间t_zh(m-1)进行比较：

如果t_zh(m)>t_zh(m-1),则智能路由器直流单元的谐振频率为f+△f。m＝1时,不等式t_zh(m)>t_zh(m-1)不成立。

如果不等式t_zh(m)>t_zh(m-1)不成立，对智能路由器直流单元的谐振频率f进行修正，f＝f-△f，m＝m+1，然后返回步骤(2)。

Claims (3)

1.一种智能路由器直流单元谐振频率的测试方法，其特征在于：测定所述的智能路由器直流单元谐振频率的步骤如下：

(1)测量所述的智能路由器直流单元输入侧H桥开关和输出侧H桥开关在相同的控制信号下，输入侧H桥交流方波电压U_ab超前或者滞后输出侧H桥交流方波电压U_cd的时间；

(2)根据步骤(1)得到的U_ab超前或者滞后于U_cd的时间，通过智能路由器直流单元控制电路进行校正，使得U_ab与U_cd的同相位；

(3)设定智能路由器直流单元的初始工作频率，通过U_ab超前或者滞后输入侧H桥交流电流I₁的时间对智能路由器直流单元的工作频率进行反复修正，得到最终的谐振频率；测试时设置智能路由器直流单元输入侧H桥和输出侧H桥的工作频率等于谐振频率，开关占空比为50％。

2.如权利要求1所述的智能路由器直流单元谐振频率的测试方法，其特征在于：所述的步骤(3)反复修正智能路由器直流单元的谐振频率的步骤如下：

(a)根据以下公式计算智能路由器直流单元的工作频率f：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{1}{\mathrm{LC}}-\frac{R^2}{{4L}^2}}$

设n＝1，m＝1；

式中：L为折合到变压器输入侧的漏感值，R为折合到变压器输入侧的变压器内阻阻值，C为折合到变压器输入侧的谐振电容值，n，m为迭代测试用到的参数；

(b)修改智能路由器直流单元控制电路的程序，使得智能路由器直流单元的工作频率为f，用示波器观测输入侧H桥的交流方波电压U_ab和交流电流I₁的波形；

(c)如果输入侧H桥交流方波电压U_ab相位超前交流电流I₁，记录U_ab超前I₁的时间t_cq(n)，对本次测量的超前时间t_cq(n)和上次测量的超前时间t_cq(n-1)进行比较：

如果t_cq(n)>t_cq(n-1)，则智能路由器直流单元的谐振频率为f-△f；

如果不满足t_cq(n)>t_cq(n-1)，对智能路由器直流单元的谐振频率f进行修正，f＝f+△f，n的数值加1，返回步骤(b)；

(d)如果输入侧H桥交流方波电压U_ab相位滞后交流电流I₁，记录U_ab滞后I₁的时间t_zh(m)，对本次测量的滞后时间t_zh(m)和上次测量的滞后时间t_zh(m-1)进行比较：

如果t_zh(m)>t_zh(m-1)，则智能路由器直流单元的谐振频率为f+△f；

如果不满足t_zh(m)>t_zh(m-1)，对智能路由器直流单元的谐振频率f进行修正，f＝f-△f，m的数值加1，返回(b)；

△f为智能路由器直流单元谐振频率的最小精度，△f＝100Hz。

3.如权利要求2所述的智能路由器直流单元谐振频率的测试方法，其特征在于：对于m＝1，n＝1时，不等式t_cq(n)>t_cq(n-1)和t_zh(m)>t_zh(m-1)均不成立。