CN205791450U - 一种基于忆阻器的直流断路器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于忆阻器的直流断路器电路，由过电流检测装置、判断装置、基于忆阻器的直流断路器，开关K和负载组成。该基于忆阻器的直流断路器由忆阻器和PI控制器组成。在电路正常运行时，通过开关接入PI控制器，这时忆阻器维持在低阻态；当电路出现过电流时，触发开关切换出PI控制器，这时忆阻器的阻值随着流过的电流而不断增大，在很快的时间内，忆阻器呈现出高阻态，从而限制住电流的增加，保护了整个电路。

Description

一种基于忆阻器的直流断路器电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子的技术领域，特别涉及一种基于忆阻器的直流断路器电路。

背景技术

忆阻器是由华裔科学家蔡少棠提出的一种具有记忆特性的基本元件，分为磁控忆阻器和荷控忆阻器，其中磁控忆阻器的定义式为：

它基本特性为，其阻值会随着流过的正向电流而不断增大。

随着高压直流输电的发展，直流断路器成为其瓶颈之一。现有的直流断路器只要分为三种，即机械式、全固态式以及混合式。这三种方式各有优缺点。机械式直流断路器可靠性高，通态损耗低，但是速动性差。固态式和混合固态式的速动性好，但是需要大量的电力电子器件，通态损耗高，造价昂贵。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于忆阻器的直流断路器电路。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种基于忆阻器的直流断路器电路，所述电路包括过电流检测装置、判断装置、直流断路器和负载Rd，

所述直流断路器包括带有初值变量端的忆阻器、PI控制器和电控开关K，所述电控开关K的控制端与所述判断装置的输出端相连，所述电控开关K的输 入端与所述忆阻器的输入端相连，所述电控开关K的输出端与所述PI控制器的正向输入端相连，所述PI控制器的输出端与所述忆阻器的初值变量端相连，所述忆阻器的反向输入端与负载Rd的一端相连；

输入电压的第一输入端与所述过电流检测装置的输入端以及所述直流断路器的正向输入端连接，输入电压的第二输入端与所述负载Rd的另一端连接，所述过电流装置的输出端与所述判断装置输入端相连，所述判断装置的输出端与所述电控开关K的控制端相连。

进一步地，所述过电流检测装置为电流探测仪，通过电流探测仪测量出瞬时电流，并传递给所述判断装置。

进一步地，所述判断装置为比较器，所述比较器的第一输入端与所述过电流检测装置的输出端相连，所述比较器的第二输入端与设定的动作值相连或者内部设定比较动作值，所述比较器的输出端与所述电控开关K的控制端相连。

进一步地，所述过电流检测装置测量出瞬时电流出现过电流时，并传递给所述判断装置，所述判断装置接收到来自所述过电流检测装置的信号，并与设定动作值进行比较，当来自所述过电流检测装置的瞬时电流信号超过设定动作值时，输出控制信号给所述电控开关K，触发所述电控开关K切换所述PI控制器接入或者断开所述忆阻器的初值变量端。

进一步地，所述电控开关K接收到来自所述判断装置的动作信号时，所述电控开关K断开所述PI控制器与所述忆阻器的初值变量端的连接，当电流流过忆阻器时，所述忆阻器快速转为高阻态；

所述电控开关K没有接收到来自所述判断装置的动作信号时，所述电控开关K将所述PI控制器与所述忆阻器的初值变量端相连，当电流流过忆阻器时，所述忆阻器维持在低阻态。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本实用新型电路结构简单，降低了现有直流断路器的成本以及提高了其可靠性。

2、本实用新型结合了现有的三种直流断路器的优点，具有低的通态损耗的同时，有很好的速动性。

附图说明

图1是带有初值变量端的忆阻器；

图2是本实用新型公开的一种基于忆阻器的直流断路器的原理图；

图3是本实用新型公开的一种基于忆阻器的直流断路器电路的原理图；

图4是本实用新型公开的一种基于忆阻器的直流断路器的matlab仿真等效电路图；

图5是本实用新型公开的一种基于忆阻器的直流断路器电路的仿真结果图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

如图1所示，为带有初值变量端的忆阻器，其中A端为忆阻器的正向输入端，B端为忆阻器的反向输入端，G端为忆阻器的初值变量端。在初值变量端悬空，电流从忆阻器正向输入端(A端)流向反向输入端(B端)时，忆阻器的阻值会不断增大。通过改变初值，可以改变其忆阻值。

如图2所示，为基于忆阻器的直流断路器。当电控开关K接入PI控制器时，PI控制器通过控制忆阻器的初值变量端从而维持忆阻器的阻值，使得当有电流流过忆阻器RM时，其依然能维持低阻态状态。

如图3所示，为利用基于忆阻器的直流断路器的实际应用电路原理图。当电路正常运行时，通过电控开关K接入PI控制器，忆阻器RM维持在低阻态，通态损耗低。当出现过电流时，该电路的过电流装置检测到过电流并传递给判断装置，从而控制电控开关K切除PI控制器。这时忆阻器初值变量端相当于悬空，忆阻器的阻值随着流过的电流不断增大，从而限制住电流，断开电路。

如图3所示，本实施例公开的一种基于忆阻器的直流断路器电路，所述电路包括过电流检测装置、判断装置、直流断路器和负载Rd，

所述直流断路器包括带有初值变量端的忆阻器、PI控制器和电控开关K， 所述电控开关K的控制端与所述判断装置的输出端相连，所述电控开关K的输入端与所述忆阻器的输入端相连，所述电控开关K的输出端与所述PI控制器的正向输入端相连，所述PI控制器的输出端与所述忆阻器的初值变量端相连，所述忆阻器的反向输入端与负载Rd的一端相连；

输入电压的第一输入端与所述过电流检测装置的输入端以及所述直流断路器的正向输入端连接，输入电压的第二输入端与所述负载Rd的另一端连接，所述过电流装置的输出端与所述判断装置输入端相连，所述判断装置的输出端与所述电控开关K的控制端相连。

在进一步优选的实施方式中，所述过电流检测装置为电流探测仪，通过电流探测仪测量出瞬时电流，并传递给所述判断装置。

在进一步优选的实施方式中，所述判断装置为比较器，所述比较器的第一输入端与所述过电流检测装置的输出端相连，所述比较器的第二输入端与设定的动作值相连或者内部设定比较动作值，所述比较器的输出端与所述电控开关K的控制端相连。

在电路正常运行时，通过电控开关K接入PI控制器。这时忆阻器RM维持在低阻态。当电路出现过电流时，所述过电流检测装置测量出瞬时电流，并传递给判断装置，所述判断装置接收到来自过电流检测装置的信号，并与设定动作值进行比较，当来自过电流检测装置的瞬时电流信号超过设定动作值时，输出控制信号给电控开关K，触发电控开关K切换出PI控制器。这时忆阻器的阻值随着流过的电流而不断增大，在很快的时间内，忆阻器呈现出高阻态，从而限制住电流的增加，保护了整个电路。

具体应用中，当没有接收到来自判断装置的动作信号时，电控开关K将PI控制器与忆阻器相连，当电流流过忆阻器时，忆阻器始终维持在低阻态。

当电控开关K接收到来自判断装置的动作信号时，电控开关K断开PI控制器与忆阻器的连接，当电流流过忆阻器时，忆阻器快速转为高阻态。

当忆阻器为高阻态时，整个电路相当于断路，从而保护整个电路。

如图4所示，为一种基于忆阻器的直流断路器的matlab仿真等效电路图，给定输入电压为2000V，内部设定比较动作值(即，过电流动作阈值)为18A。利用在电路中突然切除电阻Ron，来制造过电流的情况。

如图5所示，为基于忆阻器的直流断路器的仿真结果图，在0.08s时，出现过电流，直流断路器迅速动作，通过开关切除PI控制器，从而断开电路.从 仿真结果可以看出,其断开时间为ms级别。

综上所述，该实施例公开的基于忆阻器的直流断路器电路结构简单，降低了现有直流断路器的成本以及提高了其可靠性，同时，结合了现有的三种直流断路器的优点，具有低的通态损耗，而且保持很好的速动性。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于忆阻器的直流断路器电路，所述电路包括过电流检测装置、判断装置、直流断路器和负载Rd，其特征在于，

所述直流断路器包括带有初值变量端的忆阻器、PI控制器和电控开关K，所述电控开关K的控制端与所述判断装置的输出端相连，所述电控开关K的输入端与所述忆阻器的输入端相连，所述电控开关K的输出端与所述PI控制器的正向输入端相连，所述PI控制器的输出端与所述忆阻器的初值变量端相连，所述忆阻器的反向输入端与负载Rd的一端相连；

输入电压的第一输入端与所述过电流检测装置的输入端以及所述直流断路器的正向输入端连接，输入电压的第二输入端与所述负载Rd的另一端连接，所述过电流装置的输出端与所述判断装置输入端相连，所述判断装置的输出端与所述电控开关K的控制端相连。

2.根据权利要求1所述的基于忆阻器的直流断路器电路，其特征在于，所述过电流检测装置为电流探测仪，通过电流探测仪测量出瞬时电流，并传递给所述判断装置。

3.根据权利要求1所述的基于忆阻器的直流断路器电路，其特征在于：所述判断装置为比较器，所述比较器的第一输入端与所述过电流检测装置的输出端相连，所述比较器的第二输入端与设定的动作值相连或者内部设定比较动作值，所述比较器的输出端与所述电控开关K的控制端相连。

4.根据权利要求1所述的基于忆阻器的直流断路器电路，其特征在于，所述过电流检测装置测量出瞬时电流出现过电流时，并传递给所述判断装置，所述判断装置接收到来自所述过电流检测装置的信号，并与设定动作值进行比较，当来自所述过电流检测装置的瞬时电流信号超过设定动作值时，输出控制信号给所述电控开关K，触发所述电控开关K切换所述PI控制器接入或者断开所述忆阻器的初值变量端。

5.根据权利要求1所述的基于忆阻器的直流断路器电路，其特征在于，所述电控开关K接收到来自所述判断装置的动作信号时，所述电控开关K断开所述PI控制器与所述忆阻器的初值变量端的连接，当电流流过忆阻器时，所述忆阻器快速转为高阻态；

所述电控开关K没有接收到来自所述判断装置的动作信号时，所述电控开关K将所述PI控制器与所述忆阻器的初值变量端相连，当电流流过忆阻器时，所述忆阻器维持在低阻态。