积分电路、电流传感器及断路器制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种积分电路、电流传感器及断路器。其中，积分电路包括：第一电路模块，被构造为对罗氏线圈的二次输出电压信号进行模拟积分，得到第一积分信号；第二电路模块，被构造为对所述第一积分信号进行模拟积分，得到第二积分信号；和积分合成模块，被构造为将所述第一积分信号和所述第二积分信号进行相加合成，得到合成后的积分信号。本发明专利技术实施例中的技术方案不仅可以利用各个电路模块的原测量优势，而且还可以相互进行补充，提高整个积分部件的积分还原精度。

Integral circuit, current sensor and circuit breaker

The embodiment of the invention discloses an integral circuit, a current sensor and a circuit breaker. The integral circuit includes: the first circuit module, which is constructed to simulate and integrate the secondary output voltage signal of Roche coil to obtain the first integral signal; the second circuit module, which is constructed to simulate and integrate the first integral signal to obtain the second integral signal; and the integral synthesis module, which is constructed as the first integral signal. The first integral signal and the second integral signal are added and synthesized to obtain the synthesized integral signal. The technical scheme in the embodiment of the invention can not only take advantage of the original measurement advantages of each circuit module, but also complement each other to improve the integral reduction accuracy of the whole integral component.

【技术实现步骤摘要】
积分电路、电流传感器及断路器
本专利技术涉及电路领域，特别是一种积分电路、电流传感器及断路器。
技术介绍
目前，在有些电流传感器中采用罗氏(Rogowski)线圈进行一次大电流的测量，罗氏线圈频率范围宽，一般设计范围从0.1Hz～100MHz以上，因此可以满足一般的宽频测量要求，但是罗氏线圈二次输出电压信号是一次电流信号的微分，如果要真实还原与一次电流成正比例的信号就必须添加相应的积分电路。其中，一次电流指的是待测系统主回路的电流，二次输出的电压信号指的是罗氏线圈所在的测试回路中的电压。由于无源积分电路的稳定性较好，因此目前通常采用无源积分电路来实现上述的信号积分还原。但积分电路存在一个截止频率fL，经过积分电路的信号频率低于该截止频率fL的话，信号幅度将大幅地衰减。无源积分电路的输出Vout可以简化为下式(1)：其中，M为罗氏线圈的互感系数，I(t)为一次电流值。其中，R为无源积分电路的积分电阻，C为无源积分电路的积分电容。此外，为了得到较好的积分效果，典型的无源积分电路的截止频率fL需满足下式(2)：其中，λ为积分精度处于可接受范围内的经验系数。例如，λ＝5，或者为了使式(2)简化，取λ＝6.28等。根据式(1)可以看出，RC的取值不能太大，因为太大的话会导致积分电路的输出降低。根据式(2)可以看出，由于RC的取值不能太大，因此fL的取值就不会太小，通常情况下，fL的取值为30Hz左右。这样就限制了无源积分电路的应用场景，因为有些应用场景中的一次大电流的频率可能非常低，例如10Hz，甚至还有可能低至几Hz(例如风力系统)等，这样的话，罗氏线圈二次输出电压信号经过目前的无源积分电路后必然大幅衰减，从而影响对一次电流的正确测量。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术一方面提出了一种积分电路，用于提高积分电路的积分精度。另一方面提出了一种电流传感器和断路器，用于提高电流传感器的测量范围，以实现对较多应用场景的电流检测。本专利技术提出的一种积分电路，包括：第一电路模块，被构造为对罗氏线圈的二次输出电压信号进行模拟积分，得到第一积分信号；第二电路模块，被构造为对所述第一积分信号进行模拟积分，得到第二积分信号；和积分合成模块，被构造为将所述第一积分信号和所述第二积分信号进行相加合成，得到合成后的积分信号。该积分部件不仅可以利用各个电路模块的原测量优势，而且还可以相互进行补充，提高整个积分部件的积分还原精度。在一个实施方式中，所述第一电路模块为无源模拟积分电路；所述第一电路模块的第一截止频率fL1大于所述积分电路的目标截止频率fL；所述第二电路模块为有源模拟积分电路；所述第二电路模块的第二截止频率fL2小于或等于所述积分电路的目标截止频率fL。通过对无源模拟积分电路设置稍大的截止频率，而对有源模拟积分电路设置稍小的截止频率，可以充分利用无源模拟积分电路和有源模拟积分电路的本身特性，既可以在高频率下利用无源模拟积分电路的稳定性，又可以在低频率下利用有源模拟积分电路的低频输出精度。在一个实施方式中，所述无源模拟积分电路的积分电阻R和积分电容C的取值按照下式确定：其中，fL为所述积分电路的目标截止频率，M为罗氏线圈的互感系数，Imin为最小的一次电流值，V1detectable为可被所述无源模拟积分电路检测到的最小电压值,λ为设定的经验系数。该实施方式中给出了一种无源模拟积分电路的具体实施策略，并且该实施策略简单易行。在一个实施方式中，所述无源模拟积分电路包括：第一积分电阻、第二积分电阻、第一滤波电阻、第二滤波电阻和第一积分电容；其中，所述第一积分电阻的一端与罗氏线圈的一个输出端相连，另一端与所述第一滤波电阻的一端以及所述第一积分电容的一端相连；所述第二积分电阻的一端与罗氏线圈的另一个输出端相连，另一端与所述第二滤波电阻的一端以及所述第一积分电容的另一端相连；所述第一滤波电阻的另一端接地；所述第二滤波电阻的另一端接地；所述第一积分电容的两端为所述无源模拟积分电路的输出端。该实施方式中给出了一种无源模拟积分电路的具体实施手段，并且该实施手段简单易行。在一个实施方式中，所述有源模拟积分电路的积分电阻Ri、积分电容Ci和与积分电容Ci并联的有损积分电阻R0的取值按照下式确定：且在信号频率f位于区间[fL2,fL1]内时，有源模拟积分电路的输出Vout2满足式：其中，Vout1为无源模拟积分电路的输出，k为一增益系数，V2detectable为可被所述有源模拟积分电路检测到的最小电压值,λ为设定的经验系数。该实施方式中给出了一种有源模拟积分电路的具体实施策略，并且该实施策略简单易行。在一个实施方式中，所述有源模拟积分电路包括：第三积分电阻、第二积分电容、有损积分电阻、运算放大器、第三滤波电阻和第四滤波电阻；其中，所述第三积分电阻的一端作为所述有源模拟积分电路的输入端，另一端与所述运算放大器的反相输入端相连；所述第二积分电容的一端与所述运算放大器的反相输入端相连，另一端与所述运算放大器的输出端相连；所述有损积分电阻与所述第二积分电容并联；所述第三滤波电阻的一端与所述运算放大器的同相输入端相连，另一端接地；所述第四滤波电阻的一端与所述运算放大器的输出端相连，另一端接地。该实施方式中给出了一种有源模拟积分电路的具体实施手段，并且该实施手段简单易行。在一个实施方式中，所述积分电路进一步包括：信号调理电路，被构造为对所述第一电路模块输出的第一积分信号进行包括放大和/或滤波在内的处理，并将处理后的第一积分信号输出给所述第二电路模块。该实施方式中通过添加该信号调理电路，可进一步提高输入到有源模拟积分电路的信号精度，从而可以提高积分电路的信号处理精度。在一个实施方式中，所述信号调理电路包括：运算放大器芯片、增益电阻和供电电路；其中，所述运算放大器芯片的两个信号输入端分别与所述第一电路模块的两个输出端相连；所述运算放大器芯片的两个电压输入端分别与所述供电电路的供电端相连；所述运算放大器芯片的两个增益电阻连接端分别连接所述增益电阻的两端；所述运算放大器芯片的信号输出端与所述第二电路模块的输入端相连。该实施方式中给出了一种信号调理电路的具体实施手段，并且该实施手段简单易行。在一个实施方式中，所述积分合成模块按照下式将所述第一积分信号和所述第二积分信号进行相加合成：其中，M为罗氏线圈的互感系数，R为无源模拟积分电路的积分电阻，C为无源模拟积分电路的积分电容，Vout1(t)为无源模拟积分电路的输出，Ri为有源模拟积分电路的积分电阻，Ci为有源模拟积分电路的积分电容，Vout2(t)为有源模拟积分电路的输出，k为一增益系数，I(t)为合成后的积分信号，也即经积分电路积分还原后的电流信号。该实施方式中给出了一种积分合成模块的具体实施策略，并且该实施策略简单易行。在一个实施方式中，所述积分合成模块为基于运算放大器的加法电路，或者为基于数字采样的数字加法器。无论是采用加法电路还是数字加法器都可以灵活地实现积分合成模块的功能。本专利技术实施例中提出的一种电流传感器，可包括上述任一实施方式中的积分电路，相应地，本专利技术实施例中的电流传感器的测量精度更高，测量范围更大。本专利技术实施例中提出的一种电流传感器，可包括上述的电流传感器，相应地，本专利技术实施例中的断路器的测量精度更高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种积分电器，其特征在于，包括：第一电路模块(11)，被构造为对罗氏线圈的二次输出电压信号进行模拟积分，得到第一积分信号；第二电路模块(12)，被构造为对所述第一积分信号进行模拟积分，得到第二积分信号；和积分合成模块(13)，被构造为将所述第一积分信号和所述第二积分信号进行相加合成，得到合成后的积分信号。

【技术特征摘要】
1.一种积分电器，其特征在于，包括：第一电路模块(11)，被构造为对罗氏线圈的二次输出电压信号进行模拟积分，得到第一积分信号；第二电路模块(12)，被构造为对所述第一积分信号进行模拟积分，得到第二积分信号；和积分合成模块(13)，被构造为将所述第一积分信号和所述第二积分信号进行相加合成，得到合成后的积分信号。2.根据权利要求1所述的积分电器，其特征在于，所述第一电路模块(11)为无源模拟积分电路，其中所述第一电路模块(11)的第一截止频率fL1大于所述积分电路的目标截止频率fL；所述第二电路模块(12)为有源模拟积分电路，其中所述第二电路模块(12)的第二截止频率fL2小于或等于所述积分电路的目标截止频率fL。3.根据权利要求2所述的积分电路，其特征在于，所述无源模拟积分电路的积分电阻R和积分电容C的取值按照下式确定：其中，fL为所述积分电路的目标截止频率，M为罗氏线圈的互感系数，Imin为最小的一次电流值，V1detectable为可被所述无源模拟积分电路检测到的最小电压值,λ为设定的经验系数。4.根据权利要求2所述的积分电路，其特征在于，所述无源模拟积分电路(11)包括：第一积分电阻(R1)、第二积分电阻(R2)、第一滤波电路(R3、R4)和第一积分电容(C1)；其中，所述第一积分电阻(R1)的一端与罗氏线圈的一个输出端相连，另一端与所述第一积分电容(C1)的一端相连；所述第二积分电阻(R2)的一端与罗氏线圈的另一个输出端相连，另一端与所述第一积分电容(C1)的另一端相连；所述第一滤波电路(R3，R4)的一端与所述第一积分电容(C1)的一端连接，另一端接地；所述第一积分电容(C1)的两端为所述无源模拟积分电路的输出端。5.根据权利要求2所述的积分电路，其特征在于，所述有源模拟积分电路的积分电阻Ri、积分电容Ci和与积分电容Ci并联的有损积分电阻R0的取值按照下式确定：且在信号频率f位于区间[fL2,fL1]内时，有源模拟积分电路的输出Vout2满足式：其中，Vout1为无源模拟积分电路的输出，k为一增益系数，V2detectable为可被所述有源模拟积分电路检测到的最小电压值,λ为设定的经验系数。6.根据权利要求2所述的积分电路，其特征在于，所述有源模拟积分电路(12)包括：第三积分电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜峰，陈维刚，卓越，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE