TW201539953A - 功率變換器與該功率變換器的頻率特性測試及調節方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供功率變換器及其頻率特性測試及調節方法，功率變換器包括開關器件功率單元和用於控制開關器件功率單元的控制器。控制器中安裝有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，並自主調節至穩定的狀態，測試與調節過程完全在電源系統內部完成，不需要借助任何外部儀器設備，因此保證了系統不受外界的侵擾。此外，用戶可通過上位機與功率變換器中的通信單元交互資訊並通過上位機控制頻率響應測試和調整單元對功率變換器的頻率特性進行測試與相應調節，不需使用任何頻率響應分析儀。

Description

功率變換器與該功率變換器的頻率特性測試及調節方 法

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。

功率變換器，例如開關型功率變換器，已經被廣泛應用於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，然後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範圍中可靠的運行。

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’；然後，再通過頻率響應分析儀13’輸出一擾動信號CH1’至該控制器12’，使得該控制器12’輸出包括有該擾動信號CH1’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。

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CH1’的頻率範圍，並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。

對於一些結構複雜而難以進行小信號建模的功率變換器而言，頻率響應分析儀對於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，頻率響應分析儀由於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於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。

另外當涉及多個功率變換器並聯時，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並聯後可能不再穩定。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。

為了克服現有技術中的缺陷，本發明的主要目的在於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，該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，並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。

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，該功率變換器包括開關器件功率單元和控制器，該控制器用於控制該開關器件功率單元，其中：該功率變換器還包括檢測單元，該檢測單元檢測該開關器件功率單元所輸出的電壓/電流，並輸出至少一檢測信號； 該控制器中安裝有頻率響應測試和調整單元，該頻率響應測試和調整單元接收該檢測信號且可產生一頻率變化的交流擾動信號；該控制器輸出至該開關器件功率單元的一控制信號包含對應於該交流擾動信號引起的擾動成分；該頻率響應測試和調整單元基於分時多次不同頻率的該交流擾動信號與對應的檢測信號而測得該功率變換器的開環頻率特性曲線資料，並依據所測得功率變換器的開環頻率特性曲線資料，將該功率變換器的頻率相關參數調整至預設值。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該開關器件功率單元為單閉環功率變換單元系統，該檢測單元包括一電壓/電流信號檢測模塊，檢測該開關器件功率單元的電壓/電流而輸出一第一檢測信號至該頻率響應測試和調整單元。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該開關器件功率單元為雙閉環功率變換單元系統，該檢測單元包括至少兩個檢測模塊分別檢測該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。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該頻率響應測試和調整單元包括：一交流擾動信號產生模塊，該交流擾動信號產生模塊用以產生該一交流擾動信號；一頻率響應測試單元，該頻率響應測試單元分時接收該交流擾動信號和對應的該檢測信號測得該功率變換器的開環頻率特性曲線；和一調整單元，該調整單元基於該功率變換器的開環頻率特性曲線調整該頻率響應測試單元補償該功率變換器的頻率相關參數至預設值。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該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衝發生器，其中，該補償器模塊接收該檢測信號並輸出一補償信號；該信號組合器接收該補償信號和該交流擾動信號輸出一混合信號至該脈衝發生器；該脈衝發生器接收該混 合信號並輸出該控制信號至該開關器件功率單元。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該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衝發生器，其中，該補償器模塊包括外環補償器與內環補償器。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該外環補償器與該內環補償器之間還設有一選擇控制單元，該外環補償器和內環補償器通過該選擇控制單元連接。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該調整單元基於該功率變換器的開環頻率特性曲線調整該補償器模塊的相關參數以補償該功率變換器的頻率相關參數至預設值。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該頻率響應測試單元還包括測試資料處理模塊，該測試資料處理模塊獲得該混合信號和與該混合信號對應的該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。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該調整單元包括一自主調節模塊與一儲存模塊，其中，該儲存模塊儲存有該功率變換器待調整的頻率相關參數的預設值、該功率變換器的開環頻率特性曲線和該頻率響應測試單元的配置資訊；該自主調節模塊調節該頻率響應測試單元。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該功率變換器的頻率相關參數包括目標截止頻率、目標相角裕度範圍與目標幅值裕度範圍。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該控制器還包括一通信單元，該通信單元與該頻率響應測試和調整單元通信。

根據本發明的功率變換器的一具體實施例，該功率變換器還包括一上位機，該上位機通過過該通信單元與該頻率響應測試和調整單元實現資訊交互。

並且，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：提供一功率變換器，該功率變換器包括開關器件功率單元和控制器，該控制器裝載有頻率響應測試和調整單元和通信單元；提供一上位機，該上位機通過通信單元與該頻率響應測試和調整單元通信；使用者通過該上位機控制該頻率響應測試和調整單元對該開關器件功率單元進行開環頻率特性曲線測試；使用者通過該上位機令該頻率響應測試和調整單元對該功率變換器的頻率相關參數進行調整。

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，於用戶通過該上位機控制該頻率響應測試和調整單元對該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該開關器件功率單元的電壓/電流，並輸出至少一檢測信號至該頻率響應測試和調整單元。

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，該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；該交流擾動信號產生模塊產生交流擾動信號並輸出至頻率響應測試單元供該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。

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，該頻率響應測試和調整單元設置有調整單元；該頻率響應測試單元設置有補償器模塊；該調整單元調整該補償器模塊對該功率變換器的頻率相關參數進行調整。

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，該調整單元設有儲存模塊，該儲存模塊用於存儲使用者對功率變換器的頻率相關參數的預先設置值，該開關器件功率單元的開環頻 率特性曲線及該補償器模塊當前配置資訊及該補償器模塊的配置方法。

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，該調整單元根據該頻率響應測試單元所測試出的開環頻率特性曲線調整該補償器模塊至該功率變換器的頻率相關參數滿足預設值。

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，該頻率響應測試單元設置有測試資料處理模塊，該測試資料處理模塊根據不同頻率該交流擾動信號計算獲得開關器件功率單元的開環頻率特性曲線。

相比於現有技術，本發明的技術具有以下優點：

1.本發明所提出的功率變換器適用於例如採用LLC線路的伺服器電源或採用三電平線路的充電電源等各類電源系統，該功率變換器內部配置有控制器與頻率響應測試和調整單元，使得該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，並自主調節至穩定的狀態，測試與調節過程完全在電源系統內部完成，不需要借助任何外部儀器設備。

2.此外，通過本發明提供的功率變換器的頻率特性測試及調節方法，用戶可通過一上位機與功率變換器中的通信單元交互資訊；當頻率響應測試和調整單元獲得功率變換器的開環特性曲線資料後可通過通信單元將該開環特性曲線資料發至上位元機顯示，使得操作該上位機的工程人員(使用者)能夠依據所顯示的開環頻率特性曲線資料，同時工程人員可通過頻率響應測試和調整單對功率變換器的頻率相關參數進行調整。或者，也可以將功率變換器的頻率相關參數預先存儲於頻率響應測試和調整單元中，使得頻率響應測試和調整單元依據功率變換器的開環頻率特性曲線自行進行調整功率變換器的頻率相關參數至預設值。

11’‧‧‧功率變換器

12’‧‧‧控制器

13’‧‧‧頻率響應分析儀

CH1’‧‧‧擾動信號

X‧‧‧輸入控制信號

y‧‧‧穩態輸出信號

CH2’‧‧‧穩態輸出信號的分壓信號

11‧‧‧開關器件功率單元

12‧‧‧控制器

13‧‧‧檢測單元

Vin‧‧‧輸入電壓訊號

14‧‧‧頻率響應測試和調整單元

Vout‧‧‧輸出電壓訊號

141‧‧‧交流擾動信號產生模塊

143‧‧‧調整單元

142‧‧‧頻率響應測試單元

1421‧‧‧補償器模塊

1422‧‧‧信號組合器

1423‧‧‧脈衝發生器

S_comp‧‧‧補償信號

S_OSC‧‧‧交流擾動信號

S_MIX‧‧‧混合信號

S_CON‧‧‧控制信號

SI/V‧‧‧電壓/電流信號

S_dec‧‧‧檢測信號

131‧‧‧第一檢測模塊

132‧‧‧第二檢測模塊

Sdec1‧‧‧第一檢測信號

Sdec2‧‧‧第二檢測信號

1425‧‧‧外環補償器

1426‧‧‧內環補償器

1427‧‧‧選擇控制單元

1431‧‧‧自主調節模塊

1432‧‧‧儲存模塊

1424‧‧‧測試資料處理模塊

15‧‧‧通信單元

2‧‧‧上位機

圖1為現有的頻率響應分析儀與電源系統的連接示意圖。

圖2為本發明的一種功率變換器的架構圖。

圖3為本發明功率變換器的架構圖。

圖4為本發明的一種功率變換器的另一實施例架構圖。

圖5為本發明功率變換器的另一實施例架構圖。

圖6為功率變換器中的頻率響應測試單元的架構圖。

圖7A為功率變換器中的補償器模塊與檢測單元的架構圖。

圖7B為功率變換器中的補償器模塊與檢測單元的架構圖。

圖8為頻率響應測試和調整單元中的調整單元的架構圖。

圖9A為補償器模塊的一種調節方式示意圖。

圖9B為補償器模塊的另一種調節方式示意圖。

圖9C為補償器模塊的再一種調節方式示意圖。

圖10為上位機、通信單元與調整單元及測試資料處理模塊的連接架構示意圖。

圖11為本發明的一種功率變換器的頻率特性測試及調節方法的方法流程圖。

圖12為本發明的一種功率變換器的頻率特性測試及調節方法的另一實施例的方法流程圖。

以下將結合圖式具體描述本發明之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的多個實施方式。為明確說明起見，多個實施例的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實施例的細節不應該被用以限制本發明。

本發明的功率變換器適用於各類電源系統，例如採用LLC 線路的伺服器電源系統或採用三電平線路的充電電源系統。請參考圖2，為本發明的功率變換器的一實施例架構圖。如圖2所示，該功率變換器包括開關器件功率單元11和用於控制該開關器件功率單元11的控制器12。該開關器件功率單元11自一輸入源接收一輸入電壓訊號Vin並輸出一輸出電壓訊號Vout。該控制器12通過一檢測單元13檢測開關器件功率單元11產生的電壓/電流並輸出至少一檢測信號。

在本發明提供的一功率變換器的實施例中，如圖控制器12內安裝有頻率響應測試和調整單元14。該頻率響應測試和調整單元14接收檢測單元13所輸出的檢測信號且可產生一頻率變化的交流擾動信號，使得該控制器12輸出至該開關器件功率單元11的一控制信號包含對應於該交流擾動信號引起的擾動成分。頻率響應測試和調整單元14可基於分時多次不同頻率的該交流擾動信號與對應的檢測信號而測得該功率變換器的開環頻率特性曲線資料。頻率響應測試和調整單元14並依據所測得功率變換器的開環頻率特性曲線資料而將該功率變換器的頻率相關參數調整至預設值，使得功率變換器能夠依據不同的輸入源或輸出端負載而自主調節至穩定的輸出狀態。

參見圖3，其中，頻率響應測試和調整單元14包括有一交流擾動信號產生模塊141、一頻率響應測試單元142、和一調整單元143。該交流擾動信號產生模塊141可分時產生頻率變化的交流擾動信號。該頻率變化的交流擾動信號可頻率由小到大變化或者由大到小變化或者為其他模式。該交流擾動信號產生模塊141為數字型的交流擾動信號產生模塊，因此該交流擾動信號的幅值、頻率或頻率變化的模式可由使用人員根據功率變換器的相關參數做適應性設置和調整。該交流擾動信號產生模塊141分時產生不同頻率的交流擾動信號。檢測單元13分時檢測不同頻率的交流擾動信號下對應的功率變換器產生的電壓/電流，並將檢測信號輸出至頻率響應測試單元142。該頻率響應測試單元142接收該交流擾動信號和對應於 該頻率下交流擾動信號的檢測信號，可測得該功率變換器開關頻率特性曲線中一個點。這樣，通過不同頻率的交流擾動信號及對應的檢測信號即可獲得該功率變換器的開環頻率特性曲線。

參見圖4，為本發明功率變換器的另一實施例架構圖。在本發明功率變換器的架構中，該控制器12還可以包括一通信單元15，該通信單元15與該頻率響應測試和調整單元通信。並且，如圖5所示的頻率響應測試和調整單元14的架構，通信單元15與頻率響應測試和調整單元14的頻率響應測試單元142和調整單元143進行通訊。相匹配地，為使得控制器中的資訊視覺化和便於工作人員控制該功率變換器，該功率變換器還包括一上位機2，該上位機2通過通信單元15與頻率響應測試單元142和調整單元143進行通信。工作人員可通過上位機2啟動頻率響應測試單元142對功率變換器進行開環頻率特性曲線的測試，也可通過上位機2與調整單元143通信，基於功率變換器當前開關頻率特性曲線調整頻率響應響應單元142補償該功率變換器。

該頻率響應測試單元142一具體架構的實施例如圖6所示。該頻率響應測試單元142包括有一補償器模塊1421、一信號組合器1422、一脈衝發生器1423、與一測試資料處理模塊1424。其中，該補償器模塊1421接收該檢測信號並輸出一補償信號S_comp，且該信號組合器1422接收該補償信號S_comp和該交流擾動信號S_osc並輸出一混合信號S_MIX至該脈衝發生器1423；該脈衝發生器1423接收該混合信號S_MIX並輸出該控制信號S_con至該開關器件功率單元11。

該補償器模塊1421與檢測單元13的具體配置方式依據不同類型的功率變換器而有所不同。若該功率變換器為單閉環功率變換器，補償模塊1421則為一補償器，如圖7A所示。該檢測單元13為一電壓/電流信號檢測模塊，檢測該開關器件功率單元11的電壓/電流信號SI/V並輸出一檢測信號S_dec至該補償器。基於圖3、圖6與圖7A的架構可知整個環路 的開環傳遞函數S_comp/S_MIX=G_plant * G_comp * G_pulse (1)

其中，G_plant為開關器件功率單元11的傳遞函數；G_comp為補償器傳遞函數；G_pulse為脈衝發生器1423的傳遞函數，需強調的是此公式(1)中的S_comp和S_MIX為對應交流擾動信號頻率下的基波分量資料。由於補償器的傳遞函數G_comp已知，因此可容易計算出開關器件功率單元11對應的功率變換器未補償的開環傳遞函數G_plant*G_pulse。該功率變換器的開環傳遞函數實際通過測得各個頻率下對應的(S_comp/S_MIX)的增益和相位來獲得。

若該功率變換器為雙閉環功率變換器，補償模塊1421的具體結構一實施例可如圖7B所示。如圖7B所示，補償器模塊1421包括內環補償器1426和外環補償器1425。對應地，檢測單元13則包括至少兩個檢測模塊(131,132)分別檢測該開關器件功率單元11而對應的輸出一第一檢測信號S_dec1和一第二檢測信號S_dec2。第一檢測信號S_dec1對應輸出至外環補償器1425，第二檢測信號S_dec2對應輸出至內環補償器1426的。其中，補償器模塊1421更包括有一選擇控制單元1427，設置於外環補償器1425與內環補償器1426之間。當選擇控制單元1427斷開時，可以測試該功率變換器的內環頻率特性。其測試內環頻率特性曲線的工作原理與上述描述單閉環功率變換器的開環傳遞函數測試原理相同，因此不再作過多重複性描述。當選擇控制單元1427閉合時，斷開輸入至內環補償器1426的第二檢測信號S_dec2，此時可得S_comp/S_MIX=G_plant* G_comp1*G_{in_CL}*G_pulse (2)

功換器的外環開環傳遞函數為G_comp1*G_{in_CL}*G_pulse，其中G_comp1為內環補償器1426的傳遞函數。借由採集每個頻率下的補償信號S_comp和混合信號S_MIX資料，並對該補償信號S_comp與進行傅裡葉分解，分別求得該混合信號S_MIX和該補償信號S_comp的基波分量的幅值和相位，即可得到不同頻率交流擾動信號對應的S_comp/S_MIX的增益和相位。

因此，基於以上對頻率響應測試單元的描述，對於單閉環的功率變換器實際上可以通過公式(1)的計算獲得單閉環的功率變換器的幅頻曲線和相頻曲線。對於雙閉環的功率變換器實際上可以通過公式(1)獲得功率變換器的內環的幅頻曲線和相頻曲線和內部補償器的傳遞函數，而通過公式(2)則可測得功率變換器的外環的幅頻曲線和相頻曲線。參見圖8所示的架構圖，該測試資料處理模塊1424，用於對該混合信號S_MIX和與該混合信號對應的該補償信號S_comp，進行如上所述的資料處理，例如傅裡葉分解，計算兩信號中的基波分量的幅值和相位，進而獲得對應每個頻率的交流擾動信號S_osc的功率變換器的開環頻率特性曲線(即幅頻曲線與相頻曲線)。

其中，如圖8所示，該調整單元143包括一自主調節模塊1431與一儲存模塊1432。該儲存模塊1432儲存有功率變換器待調整的頻率相關參數的預設值，例如預設的目標截止頻率、目標相角裕度範圍與目標幅值裕度範圍。另外，該測試資料處理模塊1424所獲得的功率變換器的開環頻率特性曲線(即幅頻曲線與相頻曲線)可儲存於該儲存模塊1432中。或者，該儲存模塊中其他實施例中，該儲存模塊存儲有該功率變換器的歷史調整經驗資訊，方便工作人員能根據歷史調整經驗資訊，快速將功率變換器的頻率相關參數調整至目標值。此外，在一些功率變換器的實施例中，該功率變換器的歷史調整經驗資訊，特別是指補償器模塊1421的相關參數和調節的經驗方法，例如補償器模塊1421的零極點的位置、當前的相角裕度和幅值裕度等參數，以及當前截止頻率偏小或相角裕度不夠時如何移動該零極點等方法。

自主調節模塊1431可根據儲存模塊1432預先存儲的待調整的頻率相關參數對頻率響應測試單元142中補償模塊1421進行調整，補償該功率轉換器的頻率相關參數滿足至儲存模塊1432中預先存儲的頻率相關參數設置的值。

以下以功率變換器為一以降壓型(buck)電源轉換器進行舉例說明。該降壓型電源轉換器中控制器設有如上實施例中描述的頻率響應測試和調整單元。其中，頻率響應測試單元可測試降壓電源轉換器的開環特性曲線如圖9A所示。而補償模塊1421的傳遞函數以及調節配置方法可預先存儲於儲存模塊。例如，補償模塊1421為一單一的補償器，且該補償器的傳遞函數G_comp可表示為下列公式：

在上述公式(3)中，K為補償器的增益，fz1、fz2、fp1和fp2分別為該補償器的兩個零點和兩個極點。接著，如圖9B所示，自主調節模塊依據儲存模塊所儲存的補償器調節的經驗方法而預先定義選取fz1=fz2=fo、fp1=fzc、且fp2=(5^~10)fcv，其中，fcv為目標截止頻率。未補償前，測得的buck電路的開環特性曲線如圖9C中實線所示，當前截止頻率fcv’大於目標截止頻率fcv。將補償器的增益K減小，經過補償器調節之後，再次測得的buck電路的幅頻曲線如圖9C中的虛線所示，當前截止頻率fcv’已經減小至符合目標截止頻率fcv。另外，當然也可以通過改變補償器零點fz1和fz2位置，也可達到相同的效果，具體不再贅述。

除了以上列舉在本發明的功率變換器的實施例之外，本發明另一方面提供了功率變換器的一種頻率特性測試及其調節方法。該頻率特性測試及其調節方法基於以下內容所介紹的功率變換器。提供一功率變換器，參見圖4，該功率變換器包括開關器件功率單元11和控制器12，該控制器12裝載有頻率響應測試和調整單元14和通信單元15；提供一上位機2，該上位機2通過通信單元15與該頻率響應測試和調整單元14通信。使用者通過該上位機2控制該頻率響應測試和調整單元14對該開關器件功率單元11進行開環頻率特性曲線測試。使用者通過該上位機2令該頻率響應 測試和調整單元14對該功率變換器的頻率相關參數進行調整。當然，該開關器件功率單元11還包括檢測單元13，檢測單元檢測開關器件功率單元11的相關參數並傳送至頻率響應測試和調整單元14。關於控制器12中頻率響應測試和調整單元14、通信單元15和上位機等以及它們之間的連接關係在上述裝置的實施例中已描述過，因此不在此做重複描述。

以下列舉的是利用以上該一具體的功率變換器裝置來說明如何對功率變換器實現頻率相關參數測試和自動調整。該頻率相關參數可以是幅值裕度、相角裕度、截止頻率等參數。首先列舉一功率變換器可自動根據控制器中儲存的頻率相關參數進行調整，參見圖11。首先啟動控制器中裝載的頻率響應測試和調整單元，進行開關頻率特性測試，並判斷開關頻率特性資料是否處理完成，當未完成時，會繼續等待，當已完成開關頻率特性資料處理，調整單元此時可讀取儲存模塊中儲存的頻率相關參數和當前補償器的配置參數，並判斷當前補償器的配置參數是否需要調整。若補償器的配置參數不需要調整，此時會結束功率變換器頻率參數的調整過程；若補償器的配置參數需要調整則會對補償器進行參數的重新配置和調整。當然再對補償器的參數進行重新配置和調整時會參考儲存在儲存模塊中補償器的經驗調節方法。對補償器重新調整之後，會再此利用頻率響應測試單元對功率變換器的開環頻率特性曲線進行重新測試，判斷功率變換器的頻率相關參數是否滿足當前存儲的頻率相關參數，若不滿足則在此根據存儲模塊中的補償器的經驗調節方法進行調整，再次進行測試功率變換器的開環頻率特性曲線直至功率變換器的頻率相關參數滿足儲存模塊存儲的功率變換器的頻率從相關參數的目標值而結束調整過程。

在此，再列舉一利用以上介紹的功率變換器的實施例根據使用者選擇的零極點的配置方式和位置，對補償器進行設計，直至滿足用戶的要求，如圖12所示。首先，調整單元通過通信單元接收上位機發送的目標截止頻率fc、相角裕度PM的範圍和幅值裕度GM的範圍，以及零極點 的配置方式和位置。調整單元對比原儲存於儲存模塊中目標資訊和補償資訊，判斷接收的目標資訊和補償資訊相對原儲存資訊是否有調整，若沒有調整，則不作任何處理；若資訊有調整，則對補償器進行調整。待補償器進行調整後，啟動頻率響應測試單元，然後等待測試資料處理，若測試資料處理完成，則確認調整後的補償器是否滿足要求；若測試資料仍在處理中，則等待測試資料處理並發送回饋資訊給上位機。判斷調整後的補償器是否滿足要求，不管是否滿足要求，都發送相應的回饋資訊給上位機，等待上位機的進一步操作。

功率變換器的相關頻率參數的測試和調整方法並不限於以上列舉兩種方式，使用者基於以上描述的功率變換器的實施例，實則可以很靈活的根據不同的需求對該功率變換器進行相關頻率的測試和/或調整。該頻率響應測試和調整單元是安裝於控制器中。通常這種控制器為DSP晶片，那麼頻率響應測試和調整單元可靈活嵌入此種晶片中。該頻率響應測試和調整單元可取代傳統笨拙頻率響應分析儀，簡化了功率變換器的相關頻率參數的測試，也取消了傳統頻率響應分析儀測試過程受實際物理或場地測試條件的限制。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種的變動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的發明保護範圍所界定者為準。

11‧‧‧開關器件功率單元

12‧‧‧控制器

13‧‧‧檢測單元

14‧‧‧頻率響應測試和調整單元

Vin‧‧‧輸入電壓訊號

Vout‧‧‧輸出電壓訊號

Claims (20)

1. 一種功率變換器，該功率變換器包括開關器件功率單元和控制器，該控制器用於控制該開關器件功率單元，其特徵在於：該功率變換器還包括檢測單元，該檢測單元檢測該開關器件功率單元所輸出的電壓/電流，並輸出至少一檢測信號；該控制器中安裝有頻率響應測試和調整單元，該頻率響應測試和調整單元接收該檢測信號且可產生一頻率變化的交流擾動信號；該控制器輸出至該開關器件功率單元的一控制信號包含對應於該交流擾動信號引起的擾動成分；該頻率響應測試和調整單元基於分時多次不同頻率的該交流擾動信號與對應的檢測信號而測得該功率變換器的開環頻率特性曲線資料，並依據所測得功率變換器的開環頻率特性曲線資料，將該功率變換器的頻率相關參數調整至預設值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之功率變換器，其特徵在於，該開關器件功率單元為單閉環功率變換單元系統，該檢測單元包括一電壓/電流信號檢測模塊，檢測該開關器件功率單元的電壓/電流而輸出一第一檢測信號至該頻率響應測試和調整單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述之功率變換器，其特徵在於，該開關器件功率單元為雙閉環功率變換單元系統，該檢測單元包括至少兩個檢測模塊分別檢測該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。
4. 如申請專利範圍第1項所述之功率變換器，其特 徵在於，該頻率響應測試和調整單元包括：一交流擾動信號產生模塊，該交流擾動信號產生模塊用以產生該一交流擾動信號；一頻率響應測試單元，該頻率響應測試單元分時接收該交流擾動信號和對應的該檢測信號測得該功率變換器的開環頻率特性曲線；以及一調整單元，該調整單元基於該功率變換器的開環頻率特性曲線調整該頻率響應測試單元補償該功率變換器的頻率相關參數至預設值。
5. 如申請專利範圍第4項所述之功率變換器，其特徵在於，該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衝發生器，其中，該補償器模塊接收該檢測信號並輸出一補償信號；該信號組合器接收該補償信號和該交流擾動信號輸出一混合信號至該脈衝發生器；該脈衝發生器接收該混合信號並輸出該控制信號至該開關器件功率單元。
6. 如申請專利範圍第5項所述之功率變換器，其特徵在於，該補償器模塊包括外環補償器與內環補償器。
7. 如申請專利範圍第6項所述之功率變換器，其特徵在於，該外環補償器與該內環補償器之間還設有一選擇控制單元，該外環補償器和內環補償器通過該選擇控制單元連接。
8. 如申請專利範圍第5項所述之功率變換器，其特徵在於，該調整單元基於該功率變換器的開環頻率特性曲線調整該補償器模塊的相關參數以補償該功率變換器的頻率相關參數至預設值。
9. 如申請專利範圍第4項所述之功率變換器，其特徵在於，該頻率響應測試單元還包括測試資料處理模塊，該測 試資料處理模塊獲得該混合信號和與該混合信號對應的該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。
10. 如申請專利範圍第4項所述之功率變換器，其特徵在於，該調整單元包括一自主調節模塊與一儲存模塊，其中，該儲存模塊儲存有該功率變換器待調整的頻率相關參數的預設值、該功率變換器的開環頻率特性曲線和該頻率響應測試單元的配置資訊；該自主調節模塊調節該頻率響應測試單元。
11. 如申請專利範圍第1項所述之功率變換器，其特徵在於，該功率變換器的頻率相關參數包括目標截止頻率、目標相角裕度範圍與目標幅值裕度範圍。
12. 如申請專利範圍第1項所述之功率變換器，其特徵在於，該控制器還包括一通信單元，該通信單元與該頻率響應測試和調整單元通信。
13. 如申請專利範圍第12項所述之功率變換器，其特徵在於，該功率變換器還包括一上位機，該上位機通過該通信單元與該頻率響應測試和調整單元實現資訊交互。
14. 一種功率變換器的頻率特性測試及其調節方法，其特徵在於：提供一功率變換器，該功率變換器包括開關器件功率單元和控制器，該控制器裝載有頻率響應測試和調整單元和通信單元；提供一上位機，該上位機通過通信單元與該頻率響應測試和調整單元通信；使用者通過該上位機控制該頻率響應測試和調整單元對該開關器件功率單元進行開環頻率特性曲線測試；以及 使用者通過該上位機令該頻率響應測試和調整單元對該功率變換器的頻率相關參數進行調整。
15. 如申請專利範圍第14項所述之功率變換器的頻率特性測試及其調節方法，其特徵在於：提供一檢測單元，該檢測單元檢測該開關器件功率單元的電壓/電流，並輸出至少一檢測信號至該頻率響應測試和調整單元。
16. 如申請專利範圍第14項所述之功率變換器的頻率特性測試及其調節方法，其特徵在於：該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；該交流擾動信號產生模塊產生交流擾動信號並輸出至頻率響應測試單元供該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。
17. 如申請專利範圍第16項所述之功率變換器的頻率特性測試及其調節方法，其特徵在於：該頻率響應測試和調整單元設置有調整單元；該頻率響應測試單元設置有補償器模塊；該調整單元調整該補償器模塊對該功率變換器的頻率相關參數進行調整。
18. 如申請專利範圍第17項所述之功率變換器的頻率特性測試及其調節方法，其特徵在於：該調整單元設有儲存模塊，該儲存模塊用於存儲使用者對功率變換器的頻率相關參數的預先設置值，該開關器件功率單元的開環頻率特性曲線及該補償器模塊當前配置資訊及該補償器模塊的配置方法。
19. 如申請專利範圍第16項所述之功率變換器的頻率特性測試及其調節方法，其特徵在於：該調整單元根據該頻率響應測試單元所測試出的開環頻率特性曲線調整該補償器 模塊至該功率變換器的頻率相關參數滿足預設值。
20. 如申請專利範圍第16項所述之功率變換器的頻率特性測試及其調節方法，其特徵在於：該頻率響應測試單元設置有測試資料處理模塊，該測試資料處理模塊根據不同頻率該交流擾動信號計算獲得開關器件功率單元的開環頻率特性曲線。