1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

研究背景：

新时代对高频电源的三大基本要求是：高可靠性、高效率、低电磁干扰。近年我国电源开关技术已经有了极大的发展，其中高频电源开关技术位列其中，由于开关电源,市场前景好,产品的附加值高,所以,国内不少的科研院所、厂家投入大量的人力和物力,研制开发性能良好的开关电源。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

研究问题及手段：

就目前国内新出台的政策，以及企业难以达到这一要求等一系列的问题，本课题对如何提高高频电源开关的效率进行了研究，下面对这两方面的研究目的及意义进行分析：

（1） 提高高频电源的输出功率

LCC谐振变换器在一个开关周期内的的开关管导通波形及一次电流i_Ls如下图所示，

图1：开关管导通波形和一次电流波形

由图中可以看出，t1到t3时刻以及t5到t7时刻幅值较小，影响电源的输出功率，所以将幅值小的那块去除可以提高电源的效率。如下图所示在零点前将Q1、Q4开关管关断后，1us后立即再次开通Q2、Q3开关管。此时波形明显压缩，功率将提高约1倍。如下图所示：

图2：一次电流运行波形及预期改进的波形

采用安全点算法^[11]、自适应校验算法^[12]，建立数学模型来计算过零点的预测。波形图如图1所示，但波形的峰值、周期等特征不一样，所以需要用波形匹配的方法来判断输入波形与哪一类波形相似，然后根据相似波形判断出过零点的位置，运用前馈控制，在零点前对开关进行相应的开关操作。

所谓波形匹配，就是计算尺度函数与信号的相似程度，相似度越高，匹配效果越好。国内学者对图像匹配^[13]展开了大量的工作^[14]，提出了很多方法，一般选用基于灰度的匹配方法，基于灰度匹配的方法运算量大，但结果较基于特征匹配的方法更为准确^[15]。基于特征匹配的方法首先在原始图像中提取特征，然后再建立两幅图像之间特征的匹配对应关系。常用的特征匹配基元包括点、线、区域等显著特征。基于特征的匹配算法，其难点在于自动、稳定、一致的特征提取，并且特征提取过程会损失大量的图像信息，因此它对景象类型的适应能力不如基于区域的算法。另外，小波变换神经网络、遗传算法、人工智能以及机器视觉等技术应用图像匹配是当前研究的热点^[16]。

拟解决关键问题

一、提高电源输出功率

1 波形匹配算法改进：提高波形匹配算法的速度和精度。

2 预测过零点：根据改进的波形匹配算法预测过零点。

3 开关管控制：根据波形匹配结果实现开关的提前切换，这既是关键也是难点。

二 、高频电源故障诊断

1 数据库的建立：在现场采集各种状态下的高频电源运行数据（包括各种故障状态下的），如一次电流波形。

2 特征的提取：各种状态下的波形的峰值、周期等是不一样的，因此需要选择合适的特征。如何选择合适的特征，就是一个关键。

拟采取的研究方法、技术路线

一、提高电源输出功率

1）结合图像匹配的思想，找出几种适合本课题的波形匹配方法以及相似度度量方法。

2）在MATLAB上对各种波形匹配算法及相似度度量方法进行验证，比较各种算法的精确性和速度。针对各种算法的优缺点，找到一种改进算法。

3）根据改进的波形匹配算法对高频电源正常运行时的一次电流波形进行匹配。具体说来，就是我们将波形的前半周期与波形库中的波形进行匹配，判断出与哪个波形相似，根据判断出来的结果，我们可以知道波形的零点大概在哪个位置，这样就可以在零点前进行相应的操作将开关管Q₁、Q₄关断，再开通Q₂、Q₃开关管，即将得到预期改进的波形。

4）根据匹配的结果实现开关的提前切换。由于切换的时间很短，只有几微秒的时间，而DSP的运算速度快，所以选用DSP来实现开关管的切换控制。因此之前改进的算法也要用DSP程序来实现。

5）将所做程序采用DSP进行硬件实现。工作主要包括：如何选择合适的DSP；将程序烧入DSP；对性能进行实际试验，根据试验结果对所做工作进行修正。

可行性分析

（1）本课题所用的理论技术，包括波形匹配、特征提取、故障诊断方法等，均已发展非常成熟，并已有很多成功的应用实例，可学习、借鉴的知识非常多。

（2）已经具有大量现场采集的历史数据，且对高频电源的机理和过程知识有一定的了解，为接下来的理论验证工作打下了坚实的基础。

（3）MATLAB/SIMULINK软件工具在现代仿真系统中广泛应用，并且取得很大的成功。