基于Matlab/Simulink的同步整流移相全桥变换器双闭环控制系统设计
本文介绍了一种采用同步整流技术的移相全桥（PSFB）DC-DC变换器，通过电压电流双闭环控制策略提升系统性能。主电路原边四个开关器件均实现了零电压开通（ZVS），副边使用MOSFET替代传统二极管以降低导通损耗。
在0.025秒时刻将负载从满载切换至半载时，系统表现出良好的动态响应特性，如下图所示：
原边ZVS实现机制
为了确保原边四个MOSFET能够可靠地实现软开关，需精确控制死区时间和驱动相位关系。在Simulink环境中构建PWM驱动逻辑时，关键参数配置如下：
shiftAngle = 35; % 相位偏移量
set_param('model/PWMGen','PhaseShift',num2str(shiftAngle));
set_param('model/DeadBand','TimeValue',num2str(120e-9)); % 死区时间120ns
根据实验数据，当直流母线电压低于300V时，建议适当增加死区时间至150ns以上，以保证谐振过程充分完成。
副边同步整流控制策略
同步整流的核心在于准确捕捉副边电流过零点并生成相应驱动信号。下图为驱动波形与电流相位对齐示意图：
为补偿控制链路延时影响，在算法中引入了0.5微秒的前馈校正项，使MOSFET导通时刻恰好落在电流自然流通区间内。
双环控制器实现
电压外环采用PI调节结构，其中包含防积分饱和机制：
function output = PI_VoltageController(ref, feedback)
persistent kp ki integrator;
if isempty(kp)
kp = 0.06;
ki = 1.8;
integrator = 0;
end
err = ref - feedback;
integrator = integrator + err * 0.0001;
output = kp*err + ki*integrator;
% 输出限幅及积分回退
if output > 0.85
integrator = integrator - err * 0.0001;
output = 0.85;
elseif output < 0.15
integrator = integrator - err * 0.0001;
output = 0.15;
end
end
加入该机制后，面对负载阶跃变化场景，输出电压超调量可控制在2%以内。
器件建模要点
针对副边同步整流MOSFET建模时，必须修正其体内二极管反向恢复参数，否则会导致仿真结果偏离实际情况：
MOSFET参数设置：
导通电阻Ron = 4.5mΩ
体二极管参数：
反向恢复时间Trr = 45ns
正向压降Vf = 0.68V
Simscape默认模型中的Trr值通常偏高，应依据实际选型手册进行调整。
环路设计优化
经多次扫频测试确定最优控制器带宽组合：电压环2kHz、电流环10kHz。需要注意的是，此配置对变压器漏感较为敏感。例如当漏感由5μH减小至3μH时，需重新调整PI参数以维持稳定裕度。
最终系统在负载突变条件下展现出快速且平稳的恢复能力，验证了所提方案的有效性。
