在核聚变能源研究领域，辅助加热系统的性能至关重要，而脉冲阶梯调制（PSM）高压电源作为中性束注入等辅助加热系统的核心供能单元，其研发与验证一直是关键环节。PSM高压电源基于模块化串联拓扑结构，通过大量低压功率单元的精密协同工作，实现低纹波、高动态响应的直流高压输出，其性能直接决定了中性束注入系统的加热效率与等离子体控制精度。然而，在极端等离子体物理环境下，确保PSM高压电源的可靠性、实时性以及容错能力，同时规避高成本、高风险的实物测试，成为研发过程中亟待解决的难题。
为应对这一挑战，EasyGo半实物仿真平台提供了创新的解决方案。该平台支持用户在Matlab Simulink上搭建PSM高压电源拓扑模型，并通过EasyGo DeskSim软件将模型载入并部署到仿真设备中，实现与真实控制器的联合调试。这种基于硬件在环（HIL）的半实物仿真方法，为PSM高压电源的研发提供了一个完整的虚拟调试与验证环境，有效降低了研发工程风险。
在PSM高压电源模型的构建中，考虑到实时仿真时FPGA可容纳的拓扑规模有限，研发团队采用了模型分割技术。以不控全桥的直流侧电容为分割点，将拓扑模型分为低频部分和高频部分，分别放入CPU和FPGA中进行仿真。具体实现方式为测量左侧电压和右侧电流，以受控电压源和受控电流源的形式传递所测值，进行等效分割处理。基于此，平台封装了CPU部分与FPGA部分的级联模块，方便用户在Matlab Simulink建模时调用。
以150个子模块串联的PSM高压电源模型为例，研发团队进行了详细的实时仿真联合调试。在控制算法方面，分别采用了PSM控制、PWM配合PSM控制以及移相控制三种方式。PSM控制算法根据目标输出电压调节子模块调用数量，通过电压环的PI调节输出需调用的子模块数量M，形成闭环控制。然而，该方法存在输出电压纹波较大、灵活性不足的问题。在离线仿真中，设定Vref为50kV，启动控制后，负载输出稳定在50kV左右；而在实时仿真中，将Vdc_ref设置为50kV，负载电压稳定在49850~50200V左右。通过实时调参，将Vdc_ref修改为52kV并切换至开环控制模式，可手动输入需要调用的子模块个数，调整投入使用的子模块数为140个。
为改善PSM控制的纹波问题，研发团队提出了PWM配合PSM控制算法。该算法仅对第150个子模块使用PWM控制，其余149个子模块仍采用PSM控制。在离线仿真中，设定Vref为50kV，启动控制后，负载输出波形显示纹波明显减少；实时仿真中，将Vdc_ref设置为50kV，负载电压稳定在49900~50100V左右，纹波相对于纯PSM控制有显著降低。
研发团队还探索了载波移相控制算法。该算法在参考波与载波比较过程中，对不同子模块的载波依次移相。以150个模块串联的模型为例，同相子模块的载波依次移相2.4°。在离线仿真中，设定Vref为50kV，启动控制后，负载输出波形稳定；实时仿真中，将Vdc_ref设置为50kV，负载电压稳定在49950~50050V左右，表现出优异的控制性能。
通过以上多种控制算法的仿真验证，EasyGo实时仿真平台展现了其在PSM高压电源研发中的强大能力。该平台不仅能够帮助研究人员在虚拟环境中精准优化电源的拓扑结构、控制算法及系统保护策略，还能显著缩短研发周期、降低研发成本，规避实物测试中可能出现的重大风险。随着仿真技术的不断发展，EasyGo半实物仿真平台将继续推动核聚变电源系统向更高精度、更强鲁棒性的方向发展，为核聚变能源的实现提供坚实的技术支撑。
