一種基于憶阻器的直流斷路器電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于憶阻器的直流斷路器電路，由過電流檢測裝置、判斷裝置、基于憶阻器的直流斷路器，開關(guān)K和負(fù)載組成。該基于憶阻器的直流斷路器由憶阻器和PI控制器組成。在電路正常運行時，通過開關(guān)接入PI控制器，這時憶阻器維持在低阻態(tài)；當(dāng)電路出現(xiàn)過電流時，觸發(fā)開關(guān)切換出PI控制器，這時憶阻器的阻值隨著流過的電流而不斷增大，在很快的時間內(nèi)，憶阻器呈現(xiàn)出高阻態(tài)，從而限制住電流的增加，保護(hù)了整個電路。
【專利說明】
-種基于憶阻器的直流斷路器電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力電子的技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于憶阻器的直流斷路器電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 憶阻器是由華裔科學(xué)家蔡少棠提出的一種具有記憶特性的基本元件，分為磁控憶 阻器和荷控憶阻器，其中磁控憶阻器的定義式為：
[0003]
[0004] 它基本特性為，其阻值會隨著流過的正向電流而不斷增大。
[0005] 隨著高壓直流輸電的發(fā)展，直流斷路器成為其瓶頸之一?，F(xiàn)有的直流斷路器只要 分為=種，即機(jī)械式、全固態(tài)式W及混合式。運=種方式各有優(yōu)缺點。機(jī)械式直流斷路器可 靠性高，通態(tài)損耗低，但是速動性差。固態(tài)式和混合固態(tài)式的速動性好，但是需要大量的電 力電子器件，通態(tài)損耗高，造價昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于憶阻器的直流斷路 器電路。
[0007] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
[000引一種基于憶阻器的直流斷路器電路，所述電路包括過電流檢測裝置、判斷裝置、直 流斷路器和負(fù)載RcU
[0009] 所述直流斷路器包括帶有初值變量端的憶阻器、PI控制器和電控開關(guān)K，所述電控 開關(guān)K的控制端與所述判斷裝置的輸出端相連，所述電控開關(guān)K的輸入端與所述憶阻器的輸 入端相連，所述電控開關(guān)K的輸出端與所述PI控制器的正向輸入端相連，所述PI控制器的輸 出端與所述憶阻器的初值變量端相連，所述憶阻器的反向輸入端與負(fù)載Rd的一端相連；
[0010] 輸入電壓的第一輸入端與所述過電流檢測裝置的輸入端W及所述直流斷路器的 正向輸入端連接，輸入電壓的第二輸入端與所述負(fù)載Rd的另一端連接，所述過電流裝置的 輸出端與所述判斷裝置輸入端相連，所述判斷裝置的輸出端與所述電控開關(guān)K的控制端相 連。
[0011] 進(jìn)一步地，所述過電流檢測裝置為電流探測儀，通過電流探測儀測量出瞬時電流， 并傳遞給所述判斷裝置。
[0012] 進(jìn)一步地，所述判斷裝置為比較器，所述比較器的第一輸入端與所述過電流檢測 裝置的輸出端相連，所述比較器的第二輸入端與設(shè)定的動作值相連或者內(nèi)部設(shè)定比較動作 值，所述比較器的輸出端與所述電控開關(guān)K的控制端相連。
[0013] 進(jìn)一步地，所述過電流檢測裝置測量出瞬時電流出現(xiàn)過電流時，并傳遞給所述判 斷裝置，所述判斷裝置接收到來自所述過電流檢測裝置的信號，并與設(shè)定動作值進(jìn)行比較， 當(dāng)來自所述過電流檢測裝置的瞬時電流信號超過設(shè)定動作值時，輸出控制信號給所述電控 開關(guān)K，觸發(fā)所述電控開關(guān)K切換所述PI控制器接入或者斷開所述憶阻器的初值變量端。
[0014] 進(jìn)一步地，所述電控開關(guān)K接收到來自所述判斷裝置的動作信號時，所述電控開關(guān) K斷開所述PI控制器與所述憶阻器的初值變量端的連接，當(dāng)電流流過憶阻器時，所述憶阻器 快速轉(zhuǎn)為高阻態(tài)；
[0015] 所述電控開關(guān)K沒有接收到來自所述判斷裝置的動作信號時，所述電控開關(guān)K將所 述PI控制器與所述憶阻器的初值變量端相連，當(dāng)電流流過憶阻器時，所述憶阻器維持在低 阻態(tài)。
[0016] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：
[0017] 1、本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，降低了現(xiàn)有直流斷路器的成本W(wǎng)及提高了其可靠性。
[0018] 2、本發(fā)明結(jié)合了現(xiàn)有的=種直流斷路器的優(yōu)點，具有低的通態(tài)損耗的同時，有很 好的速動性。
【附圖說明】
[0019] 圖1是帶有初值變量端的憶阻器；
[0020] 圖2是本發(fā)明公開的一種基于憶阻器的直流斷路器的原理圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明公開的一種基于憶阻器的直流斷路器電路的原理圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明公開的一種基于憶阻器的直流斷路器的matlab仿真等效電路圖；
[0023] 圖5是本發(fā)明公開的一種基于憶阻器的直流斷路器電路的仿真結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0024] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，W下參照附圖并舉實施例對 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用 于限定本發(fā)明。
[00巧]實施例
[0026] 如圖1所示，為帶有初值變量端的憶阻器，其中A端為憶阻器的正向輸入端，B端為 憶阻器的反向輸入端，G端為憶阻器的初值變量端。在初值變量端懸空，電流從憶阻器正向 輸入端(A端)流向反向輸入端(B端)時，憶阻器的阻值會不斷增大。通過改變初值，可W改變 其憶阻值。
[0027] 如圖2所示，為基于憶阻器的直流斷路器。當(dāng)電控開關(guān)K接入PI控制器時，PI控制器 通過控制憶阻器的初值變量端從而維持憶阻器的阻值，使得當(dāng)有電流流過憶阻器Rm時，其 依然能維持低阻態(tài)狀態(tài)。
[00%]如圖3所示，為利用基于憶阻器的直流斷路器的實際應(yīng)用電路原理圖。當(dāng)電路正常 運行時，通過電控開關(guān)K接入PI控制器，憶阻器Rm維持在低阻態(tài)，通態(tài)損耗低。當(dāng)出現(xiàn)過電流 時，該電路的過電流裝置檢測到過電流并傳遞給判斷裝置，從而控制電控開關(guān)K切除PI控制 器。運時憶阻器初值變量端相當(dāng)于懸空，憶阻器的阻值隨著流過的電流不斷增大，從而限制 住電流，斷開電路。
[0029] 如圖3所示，本實施例公開的一種基于憶阻器的直流斷路器電路，所述電路包括過 電流檢測裝置、判斷裝置、直流斷路器和負(fù)載RcU
[0030] 所述直流斷路器包括帶有初值變量端的憶阻器、PI控制器和電控開關(guān)K，所述電控 開關(guān)K的控制端與所述判斷裝置的輸出端相連，所述電控開關(guān)K的輸入端與所述憶阻器的輸 入端相連，所述電控開關(guān)K的輸出端與所述PI控制器的正向輸入端相連，所述PI控制器的輸 出端與所述憶阻器的初值變量端相連，所述憶阻器的反向輸入端與負(fù)載Rd的一端相連；
[0031] 輸入電壓的第一輸入端與所述過電流檢測裝置的輸入端W及所述直流斷路器的 正向輸入端連接，輸入電壓的第二輸入端與所述負(fù)載Rd的另一端連接，所述過電流裝置的 輸出端與所述判斷裝置輸入端相連，所述判斷裝置的輸出端與所述電控開關(guān)K的控制端相 連。
[0032] 在進(jìn)一步優(yōu)選的實施方式中，所述過電流檢測裝置為電流探測儀，通過電流探測 儀測量出瞬時電流，并傳遞給所述判斷裝置。
[0033] 在進(jìn)一步優(yōu)選的實施方式中，所述判斷裝置為比較器，所述比較器的第一輸入端 與所述過電流檢測裝置的輸出端相連，所述比較器的第二輸入端與設(shè)定的動作值相連或者 內(nèi)部設(shè)定比較動作值，所述比較器的輸出端與所述電控開關(guān)K的控制端相連。
[0034] 在電路正常運行時，通過電控開關(guān)K接入PI控制器。運時憶阻器Rm維持在低阻態(tài)。 當(dāng)電路出現(xiàn)過電流時，所述過電流檢測裝置測量出瞬時電流，并傳遞給判斷裝置，所述判斷 裝置接收到來自過電流檢測裝置的信號，并與設(shè)定動作值進(jìn)行比較，當(dāng)來自過電流檢測裝 置的瞬時電流信號超過設(shè)定動作值時，輸出控制信號給電控開關(guān)K，觸發(fā)電控開關(guān)K切換出 PI控制器。運時憶阻器的阻值隨著流過的電流而不斷增大，在很快的時間內(nèi)，憶阻器呈現(xiàn)出 高阻態(tài)，從而限制住電流的增加，保護(hù)了整個電路。
[0035] 具體應(yīng)用中，當(dāng)沒有接收到來自判斷裝置的動作信號時，電控開關(guān)K將PI控制器與 憶阻器相連，當(dāng)電流流過憶阻器時，憶阻器始終維持在低阻態(tài)。
[0036] 當(dāng)電控開關(guān)K接收到來自判斷裝置的動作信號時，電控開關(guān)K斷開PI控制器與憶阻 器的連接，當(dāng)電流流過憶阻器時，憶阻器快速轉(zhuǎn)為高阻態(tài)。
[0037] 當(dāng)憶阻器為高阻態(tài)時，整個電路相當(dāng)于斷路，從而保護(hù)整個電路。
[0038] 如圖4所示，為一種基于憶阻器的直流斷路器的matlab仿真等效電路圖，給定輸入 電壓為2000V，內(nèi)部設(shè)定比較動作值（即，過電流動作閥值)為18A。利用在電路中突然切除電 阻Ron，來制造過電流的情況。
[0039] 如圖5所示，為基于憶阻器的直流斷路器的仿真結(jié)果圖，在0.08s時，出現(xiàn)過電流， 直流斷路器迅速動作，通過開關(guān)切除PI控制器，從而斷開電路.從仿真結(jié)果可W看出，其斷 開時間為ms級別。
[0040] 綜上所述，該實施例公開的基于憶阻器的直流斷路器電路結(jié)構(gòu)簡單，降低了現(xiàn)有 直流斷路器的成本W(wǎng)及提高了其可靠性，同時，結(jié)合了現(xiàn)有的=種直流斷路器的優(yōu)點，具有 低的通態(tài)損耗，而且保持很好的速動性。
[0041] 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于憶阻器的直流斷路器電路，所述電路包括過電流檢測裝置、判斷裝置、直流 斷路器和負(fù)載Rd，其特征在于， 所述直流斷路器包括帶有初值變量端的憶阻器、PI控制器和電控開關(guān)K，所述電控開關(guān) K的控制端與所述判斷裝置的輸出端相連，所述電控開關(guān)K的輸入端與所述憶阻器的輸入端 相連，所述電控開關(guān)K的輸出端與所述PI控制器的正向輸入端相連，所述PI控制器的輸出端 與所述憶阻器的初值變量端相連，所述憶阻器的反向輸入端與負(fù)載Rd的一端相連； 輸入電壓的第一輸入端與所述過電流檢測裝置的輸入端以及所述直流斷路器的正向 輸入端連接，輸入電壓的第二輸入端與所述負(fù)載Rd的另一端連接，所述過電流裝置的輸出 端與所述判斷裝置輸入端相連，所述判斷裝置的輸出端與所述電控開關(guān)K的控制端相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于憶阻器的直流斷路器電路，其特征在于，所述過電流檢測 裝置為電流探測儀，通過電流探測儀測量出瞬時電流，并傳遞給所述判斷裝置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于憶阻器的直流斷路器電路，其特征在于:所述判斷裝置為 比較器，所述比較器的第一輸入端與所述過電流檢測裝置的輸出端相連，所述比較器的第 二輸入端與設(shè)定的動作值相連或者內(nèi)部設(shè)定比較動作值，所述比較器的輸出端與所述電控 開關(guān)K的控制端相連。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于憶阻器的直流斷路器電路，其特征在于，所述過電流檢測 裝置測量出瞬時電流出現(xiàn)過電流時，并傳遞給所述判斷裝置，所述判斷裝置接收到來自所 述過電流檢測裝置的信號，并與設(shè)定動作值進(jìn)行比較，當(dāng)來自所述過電流檢測裝置的瞬時 電流信號超過設(shè)定動作值時，輸出控制信號給所述電控開關(guān)K，觸發(fā)所述電控開關(guān)K切換所 述PI控制器接入或者斷開所述憶阻器的初值變量端。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于憶阻器的直流斷路器電路，其特征在于，所述電控開關(guān)K 接收到來自所述判斷裝置的動作信號時，所述電控開關(guān)K斷開所述PI控制器與所述憶阻器 的初值變量端的連接，當(dāng)電流流過憶阻器時，所述憶阻器快速轉(zhuǎn)為高阻態(tài)； 所述電控開關(guān)K沒有接收到來自所述判斷裝置的動作信號時，所述電控開關(guān)K將所述PI 控制器與所述憶阻器的初值變量端相連，當(dāng)電流流過憶阻器時，所述憶阻器維持在低阻態(tài)。
【文檔編號】H02H3/087GK105846393SQ201610362874
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】陳艷峰, 譚斌冠, 張波
【申請人】華南理工大學(xué)