一种利用SPWM控制实现的大功率忆阻器电路的制作方法

本实用新型涉及电力电子
技术领域：
，特别涉及一种利用SPWM控制实现的大功率忆阻器电路。
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，当输入正弦波信号时，忆阻器的伏安特性曲线为一个“斜八字”。2008年惠普公司制造出了纳米级别的忆阻器，但是该忆阻器主要用于作计算机存储，而不适用电力电子电路。现有的忆阻器模型大部分为小功率模型，即由乘法器，运算放大器等器件搭建而成，其功率受到了一定的限制。将开关管与电阻并联，利用斩波的方式可以改变电阻值，从搭建出一个斩波控制的可变电阻。具体参考张广益的《斩波式可变电阻器及其应用》。技术实现要素：本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用SPWM控制实现的大功率忆阻器电路。本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种利用SPWM控制实现的大功率忆阻器电路，所述电路包括：低通滤波器、可变电阻器、PI控制器和比较放大器，输入电压Vin通过第一输入端和第 二输入端接入所述大功率忆阻器电路后，与所述低通滤波器的输入端连接，所述低通滤波器的输出端与所述可变电阻器连接；输入电压Vin经过采样传输给所述PI控制器，所述PI控制器输出得到调整波Vq后和载波信号Vc经过所述比较放大器进行比较放大后得到脉冲电压信号Vg，所述脉冲电压信号Vg控制所述可变电阻器的电阻变化。进一步地，所述低通滤波器包括电感L、电容C和电阻Rc，所述电容C和电阻Rc并联，然后与电感L的一端串联；所述第一输入端与所述电感L的另一端相连，所述第二输入端与并联的所述电容C和电阻Rc的另一端相连。进一步地，所述可变电阻器包括电阻Ron、电阻Roff以及晶闸管，所述电阻Roff以及晶闸管并联后与所述电阻Ron的一端串联，所述电阻Ron的另一端与所述电感的一端相连，并联的所述Roff以及晶闸管的另一端与并联的所述电容C和电阻Rc的另一端相连。进一步地，所述脉冲电压信号Vg控制所述晶闸管的导通与关断从而控制所述可变变阻器的电阻变化。进一步地，所述电感L使得输出电流连续，所述低通滤波器使得输出电流与输入电压Vin具有相同的相位，并且所述低通滤波使得所述大功率忆阻器电路整体呈现阻性。进一步地，所述PI控制器将输入电压Vin进行积分得到磁通变量，所述比较放大器将磁通变量与所述载波信号Vc进行比较，得到SPWM波形的所述脉冲电压信号Vg。进一步地，所述载波信号Vc为三角载波。进一步地，所述大功率忆阻器电路的忆阻值为上式中，Ron为电阻，Roff为电阻，d(t)为占空比，其中，表示输入电压Vin的积分，即磁通；表示磁通和输入电压Vin的函数关系。本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、本实用新型利用需要的SPWM波形改变可变电阻器阻值，使其符合忆阻器阻值特性。2、本实用新型使用电阻，电感，电容，晶闸管等功率器件，电路结构简单，降低了忆阻器模型的成本以及提高了其可靠性，并且理论上可以实现任意等级的功率忆阻器。3、本实用新型利用低通滤波器使得输出电流连续，并与输入电压具有相同的相位。4、本实用新型相比传统型，能够适用各种功率环境，包括大功率的电路环境。现有的忆阻器模型由于受到运放的限制，其功率级别为mW。利用SPWM实现的忆阻器模型因为主电路上没有运放等器件的限制，原则上功率不受限制。附图说明图1为本实用新型中公开的一种利用SPWM控制实现的大功率忆阻器电路的原理图；图2为本实用新型中公开的一种利用SPWM控制实现的大功率忆阻器电路的电路图图3为本实用新型中控制晶闸管的SPWM波形；图4为本实用新型中公开的一种利用SPWM控制实现的大功率忆阻器电路的伏安特性曲线。具体实施方式为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，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1，一种利用SPWM和滤波电路实现的大功率忆阻器电路的具体构造为：输入端第一端(即“1”端)连接电感L的一端，电感L的另一端与电容C的一端，电阻Rc的一端，电阻Ron的一端相连，电阻Ron的另一端与电阻Roff的一端,开关管的一端相连，电阻Roff的另一端与输入端第二端(即“2”端),电容C的另一端,电阻Rc的另一端，开关管的另一端相连。输入电压Vin经过采样传输给PI控制器(比例积分控制器)，然后得到调制波Vq，调制波Vq和载波信号Vc经过比较放大后得到脉冲电压信号Vg，脉冲电压信号Vg控制晶闸管的导通与关断从而控制电阻的变化。如图2，给出了具体的实例电路图。给定输入电压Vin＝siny式中y＝100t电压探测器V采样之后，对其进行积分，经过比例放大并于常数项相加之后，得到V2＝∫Vindt＝cos(100t)设定载波信号为频率为10^5rad/s的三角波。此时V2与三角波进行比较，得到控制晶闸管通断的SPWM波形，其占空比为d(t)=1+cosy+Σm=-∞m=∞((-1)m+1*J0(m*π)+1)*sin(m*x)m*x2+Σm=-∞m=∞Σn=-∞n=∞((-1)m+nJn(m*π)cos(m*x+n*y)+(-1)m+n+1Jn(m*π)sin(m*x+n*y)m*π)2]]>对d(t)进行换元以及三角函数的和差化积，可以得到上式中x＝100000t，表示载波信号；表示输入电压的积分，即磁通；表示磁通和输入电压的函数关系；如图3所示。通过该SPWM波形，使得与开关并联的电阻值发生改变，其电阻值为d(t)Roff，由于电感和电容滤波,所以整个电路的忆阻值为由此可知该电路的阻值是一个跟磁通有关的阻值，符合忆阻器的定义式。其电流与电压的伏安特性曲线呈现出忆阻器所具有的“斜八字”模型。其伏安特性曲线如图4所示。综上所述，本实用新型公开了一种利用SPWM控制实现的大功率忆阻器电路，包括电感L，电容C，电阻Rc，电阻Ron，电阻Roff，晶闸管，PI控制器，比较放大器。电感L使得电流连续，并与电容C，电阻Rc构成低通滤波器，使得输入电压与输出电流同相位。PI控制器将输入电压进行积分得到磁通变量，比较放大器将磁通变量与三角载波进行比较，得到需要的SPWM波形，晶闸管与电阻Roff并联组成SPWM波形控制的可变电阻器。本实用新型利用SPWM波形改变可变电阻器阻值，使其符合忆阻器阻值特性；使用电阻，电感，电容，晶闸管等功率器件，电路结构简单，理论上可实现任意等级的功率忆阻器；利用低通滤波器使得输出电流连续，并与输入电压具有相同的相位。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。当前第1页1 2 3