基于Simulink/GUI斩波电路的仿真设计

侯舒婷 何铭蔓 陈心怡 李子杨

（天津职业技术师范大学自动化与电气工程学院 天津 300222）

0 引言

斩波电路是一种将电压恒定的直流电变换为电压可调的直流电的电力电子变流电路，该电路在电力电子相关课程的学习中占据重要地位。本文介绍了一个斩波电路辅助设计教学平台，通过电力电子斩波电路辅助设计教学平台，初学者可以选择不同的拓扑结构，进行所需要的参数设置，而后可以通过图像化的分析结果辅助其对斩波电路的理解。在教学过程中，教师运用斩波电路辅助设计教学平台辅助课堂，通过不同参数所呈现不同的仿真图形的展示，从而加深学生对斩波电路内容的理解。

张志华等在研究直流升降压变换器的过程中，采用了仿真建模的思路，并使用了MATLAB/Simulink软件，使得建模过程具有可视化的特性，使得电路更容易理解。贾立柱等同样关注了利用MATLAB软件搭建斩波电路的研究，并具体建立了升、降压斩波电路系统模型。曾凡琳等从辅助教学及研究人员的角度出发，设计了可以进行斩波电路仿真并分析的仿真平台。梁梅等通过MATLAB软件，仿真斩波电路波形，根据仿真分析数据，指出了斩波电路负载的最优设置方式。王洪凯等研究降压斩波电路和Cuk斩波电路的电路原理，通过GUI调用Simulink搭建的仿真界面，将两个子界面进行对比，得出重要结论。林辉等阐述了升降压斩波和Cuk斩波电路仿真模型的示波器检测的通道信号，提供电感电阻的参考值，从而得出具有参考价值的斩波仿真图形。成卓敏等通过展示计算过程和波形图分析过程，重点关注Sepic斩波电路的分析过程，阐述了Sepic斩波电路的工作原理。

鉴于学术界对斩波电路的研究，局限于特定的一种斩波电路并进行仿真，本文开发了综合四种斩波电路的统一斩波电路辅助设计教学平台。

1 斩波电路辅助设计教学平台功能设计

斩波电路辅助设计教学平台由一个主界面和四个子界面组成。该平台如图1斩波电路辅助设计教学平台所示。电路选择模块为该平台的主界面，参数设置模块、仿真选择模块、仿真图形展示模块以及电路基础知识模块组成该平台的子界面。

图1：斩波电路辅助设计教学平台

在主界面电路选择模块中，设置了可供学生选择电路的按钮，分别为升压斩波电路、降压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路，如图2斩波电路辅助设计教学平台主界面所示。

图2：斩波电路辅助设计教学平台主界面

在子界面中学生可以查看斩波电路的相关知识，并根据需要在参数设置模块中填写所需的数据，点击仿真选择模块后可在波形展示模块观察到相应的波形图。以降压斩波为例，如图3降压斩波电路子界面所示。

图3：降压斩波电路子界面

为了方便教学，进入子界面后，电路基础知识模块将介绍该电路的相关知识并为初学者提供优质参数，同时教师也可以根据此优质参数，进行高质量教学。仿真图形展示模块所提供的输出电压、输入电流等参数的波形也有利于学生深入了解电路知识。

斩波电路辅助设计教学平台操作流程如下：学生进入仿真平台主界面，选择不同的斩波电路类型进入子界面，子界面分别为升压斩波电路、降压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路；进入子界面后学生根据需求点击相应电路知识模块或进行数据的输入，输入后点击开始程序仿真；仿真结束后，学生可以得到所选电路对应数据仿真的图形，根据不同数据得到的不同图形，深刻理解在电路中不同元件所起到的作用，为教师教学环节提供辅助。

2 可视化人机交互仿真平台实现

为了提升教育教学水平，提高教师的教学质量，该GUI程序设计人员通过使用MATLAB软件，基于GUI/Simulink对斩波电路进行模拟仿真实验。该仿真软件首先设计四种斩波电路的Simulink仿真结构，实现通过改变相关参数得到相应的波形图的功能。其次将Simulink数据与GUI界面相结合，教师可以根据授课需求，调节不同的参数从而得到理想的波形图。GUI界面包含三个模块，学生可在自学阶段利用该程序进行辅助学习，加快对斩波电路的理解。教师可以根据自拟定的授课计划，通过调整不同的参数给学生展示各种类型的斩波电路。

以降压斩波电路为例，如图4斩波电路辅助设计分析仿真平台主界面所示，在其平台的主界面中，点击降压斩波电路按钮，而后进入斩波电路子界面——降压斩波电路，教师可以通过调整参数设置模块中的参数，随后可观察到对应的输入电压、输出电压、输出电流的仿真波形图，如图5降压斩波电路子界面所示。

图4：斩波电路辅助设计分析仿真平台主界面

图5：降压斩波电路子界面

3 结论

综合多种斩波电路，本文介绍了一个基于Simulink/GUI的电力电子斩波电路辅助设计教学平台，该教学平台通过Matlab软件中的Simulink程序进行斩波电路仿真模型的搭建，其次进行GUI界面仿真图形的展示，最后利用GUI界面调整Simulink模型参数，即可得到所需仿真图形。较于当今传统化电力电子教学课程，教师和学生可以通过自己的想法设置参数，进行个性化修改，最终得到所需的仿真波形图，既能为电力电子课堂提供一个有利的教学平台，又能提高教学效率。