單相橋式整流電路仿真平臺的設計

摘 要：在對單相橋式整流電路建模的基礎上，應用Matlab GUI進行圖形界面設計，幫助學習者建立了一個直觀易用的整流電路仿真學習平臺。通過在該平臺上操作，如改變相關參數就可以實現不同的仿真顯示。

關鍵詞：Simulink GUI 整流電路 仿真

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0105-01

整流電路作為電力電子電路中出現最早的一種，它的作用是將交流電能變為直流電能供給直流用電設備，不僅應用于一般工業，也廣泛應用于交通運輸、電力系統、通信系統、能源系統等其他領域。因此，學習與研究整流電路具有重要的意義。隨著計算機技術的迅速發展，使得人們可以使用計算機進行電路的分析和設計，極大地激發人們探索和研究整流電路分析和設計的理論和方法[1]。本文以Matlab/Simulink仿真軟件為基礎，利用Power System 工具箱完成整流電路的建模與仿真，同時利用Matlab的圖形用戶界面（GUI）設計了整流電路的分析界面，借助此界面對Simulink模型進行操作，可以方便地實現對模型參數的設置和修改、模型的查看和修正、仿真的顯示及相關的輔助操作[2]。

1 單相橋式全控整流電路建模

單相橋式全控整流電路電路由交流電源u1、整流變壓器T、晶閘管VT1～VT4、負載電阻R以及觸發電路組成。在變壓器次級電壓u2的正半周觸發晶閘管VT1和VT3；在u2的負半周觸發晶閘管VT2和VT4，則負載上可以得到方向不變的直流電，改變晶閘管的控制角可以調節輸出直流電壓和電流的大小。根據單相橋式全控整流電路原理圖，在Simulink的Power System工具箱里提取交流電源、晶閘管、RLC串聯電路、脈沖發生器、變壓器、示波器等元器件。在Simulink操作平臺上連接這些模塊，即可構成單相橋式全控整流電路模型，圖略。

2 GUI界面及仿真實現

利用Matlab GUI功能建立了整流電路的仿真界面，該界面集參數設置、電路說明、模型修改、模型查看、仿真操作、結果顯示和結果顯示輔助工具等為一體，大大減化了仿真操作流程，極大提高仿真測試效率。

整流電路仿真界面分為電路原理圖顯示區、參數設置區、波形顯示區、功能按鈕區，點擊“單相橋式全控整流電路原理圖”，即會在電路原理圖顯示區中顯示單相橋式全控整流電路原理圖。要進行參數設置，可以直接在對應的方框中輸入數值，然后點擊按鈕“仿真開始”，則會在右邊的波形顯示區中顯示相應的波形。點擊右下角的“電路模型”后則會顯示Simulink下單相橋式全控整流電路的仿真電路。在仿真界面上，既可以改變參數的值來得到不同的波形，也可以直接進入電路的Simulink模型中進行修改。

該軟件平臺的技術要點主要包括：（1）MATLAB GUI中對SIMULINK模型的調用；（2）SIMULINK模型中仿真算法的選擇；（3）如何將SIMULINK中仿真輸出的波形和數據在GUI界面中直觀的顯示。

在單相橋式整流電路仿真中，將交流電源電壓設置為100 V，相位角為0 °，頻率為50 Hz，設置仿真結束時間為0.16 s，脈沖寬度為10，取R=20，L=20，C取20，仿真得到的結果如下圖所示。

當學習者改變電路參數，如改變負載、信號源、觸發角等，輸出波形會發生明顯的變化情況，從而可以更好地幫助他們理解電路的功能。

3 結論

計算機輔助設計方法已經進入電子設計的領域并廣泛應用，仿真軟件的應用大大有助于提升教學的效率。此次設計以Matlab2009a為軟件平臺，利用Power System工具箱完成整流電路的建模與仿真，同時利用Matlab的圖形用戶界面（GUI）搭建整流電路的分析界面，借助此界面對Simulink模型進行操作，能幫助學習者輕松獲取不同的仿真波形，具有很強的教學意義。

參考文獻

[1]齊惠娟，李敏.基于MATLAB GUI實現隨機信號的分析與處理[J].電子設計工程，2011，19（12）：11-14.

[2]王潔麗.MATLAB軟件在信號與系統輔助教學中的應用[J].現代電子技術，2008，31（6）：123-125.