专利名称：积分器和带有积分器的断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1和2的前序部分所述的一种积分器和一种断路器。
背景技术：
众所周知，为了对电信号进行积分应用一种模拟被动的低通(低通滤波器)，这种 低通滤波器在最简单的情况下由一个电阻-电容器组合体(RC-构件)组成。这样的积分 例如使用在电子断路器中，以便测定流过断路器的电流，这是因为作为电流传感器大多采 用具有Rogowski (罗高夫斯基)线圈的电流互感器，其产生一个电压，该电压与电流在时间 上的导数成比例。一种模拟被动的低通滤波器的优点在于，它在很大程度上对高频的干扰 进行抑制(短路)，这尤其简化了后面的信号处理。此外将具有相对较大的电容量的积分电 容器例如直接设置在后面的积分电路(例如运算放大器)的两个输入端(输入金属接头) 上。这种低通滤波器的缺点在于，相位特征曲线与理想的积分器的相位特征曲线差别很大。 也就是当低通滤器的角频率明显在有意义的频率范围之下时才这样，因此振幅特征曲线只 带有相对较小的误差。相反相位误差就比较大并且由于其非线性即使通过数字信号处理也 难于进行校正。但是相位误差基本上可以通过主动的积分来排除，例如在一种简单的实施 方式中通过将电容器设置在运算放大器的负反馈线路(反馈)中，这样在有意义的频率范 围内实际上形成了理想的振幅特征曲线和相位特征曲线。但如果应用一种信号中止-输入 端(所有信号接地)，那么电容器的一侧照旧位于输入信号处，但另外一侧不接地(也不能 导致高频的干扰)，而是位于运算放大器的输出端上。高频干扰以这种方式就能到达运算放 大器，这可能导致不可校验的误差。这个问题也存在于一种对称的(差分的)输入电路，在 这种电路中，解决的方案是通过一个位于两个输入端(输入插头)之间的电容器使高频干 扰短路。
发明内容
本发明的目的是提出一种积分器和一种具有这样的积分器的断路器，该积分器可 以实现电信号的时间上的更好的积分。涉及积分器方面的目的通过权利要求1所述的特征来实现，而涉及断路器方面的 目的通过权利要求2所述的特征来实现。涉及积分器方面的解决方案是设置带有两个放大元件的差分放大器，这些元件 分别具有输入端；这两个放大元件彼此连接以用于产生差分信号；两个放大元件的输入端 通过积分电容器彼此相连；以及每个放大元件通过反馈装置正反馈(mitgekoppelt)于元 件的输入端上，这样两个放大元件共同形成了并联于积分电容器的负的输入电阻。因此提 出了一种测量放大器(Instrumentation Amplifier)样式的对称的差分放大器，其产生一 个负的输入电阻，该电阻大大减小了相位特征曲线与理想积分器之间的偏差并因此大大减 小了积分的误差，而不必放弃对高频干扰的抑制。这两个放大元件通过一个电连接元件、尤 其是一个电阻相互连接。
涉及断路器方面的解决方案是积分器具有带有两个放大元件的差分放大器，这 些元件分别具有输入端；这两个放大元件彼此连接以用于产生差分信号；两个放大元件的 输入端通过积分电容器彼此相连；以及每个放大元件通过反馈装置而正反馈于其输入端 上，这样两个放大元件共同产生并联于积分电容器的负的输入电阻。所应用的积分器是类 似抗高频的并因此具有相应更好的抗干扰性。以此方式可以利用微小的消耗来减少误脱 扣。
以下根据一个实施例对本发明详细加以说明。
具体实施例方式唯一的附图表示了用于低压断路器(没有详细示出)的积分器，该断路器具有至 少一个开关触点，由驱动装置使其接通和断开。开关触点的断开和接通由电子过电流脱扣 器根据流过开关触点的电流来触发。借助于电流传感器来检测电流，该传感器设计成电流 互感器并具有Rogowski线圈。该Rogowski线圈由流动的电流中产生电压，其对应于电流 在时间上的导数。借助于主动的模拟积分器由此求出流动电流。积分器设计成被动的对称低通滤波器LPF，在其后面连接了测量放大器1。该测量 放大器1是带有两个放大元件2的差分放大器，这两个元件在这里是指两个运算放大器2a。 两个运算放大器2a分别具有输入端3，并在输入侧为了产生差分电压形式的差分信号，通 过电阻PK作为电连接元件4相互连接。对应于电流在时间上的导数的电压Us通过电阻R加载在两个运算放大器2a的输 入端3上。两个输入端通过积分电容器C彼此相连接；积分电容器C和电阻R构成一个对 称的低通滤波器LPF (被动的RC-过滤器)。在负反馈支路(Gegenkopplungszweig) 5中接 有电阻Rm，该电阻这样确定大小以形成正反馈，这样就调整了并联于积分电容器C的负的 输入电阻。两个运算放大器2a的输出电压由第三运算放大器2b放大。 如果想借助于一种负的电阻来完全地补偿低通滤波器LPF的电阻R，尤其是为了 得到理想的积分器，那么就在测量放大器1的稳定性界限处移动。因此实际上总是保持一 个安全间距，从而在考虑到元件公差、老化、温度变化特性等等时，总是处于放大器1的稳 定的范围中。积分器的性能当然不再如同理想的积分器，而是使一个这样的“部分补偿的” 低通滤波器LPF的相位特征曲线与理想的积分器的相位特征曲线只有微小的差别。
权利要求
一种积分器，所述积分器设计成具有积分电容器(C)的被动对称的低通滤波器(LPF)，其特征在于，设置带有两个放大元件(2)的差分放大器，所述元件分别具有输入端(3)；所述两个放大元件(2)彼此连接以用于产生差分信号；所述两个放大元件(2)的所述输入端通过所述积分电容器(C)彼此相连；以及每个所述放大元件(2)通过反馈装置(Rm)正反馈于所述放大元件的所述输入端(3)上，这样所述两个放大元件(2)共同形成并联于所述积分电容器(C)的负的输入电阻。
2.一种尤其是用于低电压的断路器，具有 至少一个开关触点；使所述开关触点接通和断开的驱动装置；电流传感器，用于检测传感器信号(Us)，所述传感器信号对应于分别流过所述开关触 点的电流在时间上的导数；主动的模拟积分器，用于通过对所述传感器信号(Us)积分求出所述电流，所述积分器 设计成具有积分电容器(C)的被动对称的低通滤波器(LPF)；电子过电流脱扣器，用于按照求出的所述电流断开所述开关触点， 其特征在于，所述积分器具有带有两个放大元件(2)的差分放大器，所述元件分别具有输入端(3)； 所述两个放大元件(2)彼此连接以用于产生差分信号； 所述两个放大元件(2)的所述输入端通过所述积分电容器(C)彼此相连；以及 每个所述放大元件(2)通过反馈装置(Rm)正反馈于所述元件的所述输入端(3)上，这 样两个所述放大元件(2)共同产生并联于所述积分电容器(C)的负的输入电阻。
全文摘要
本发明涉及一种积分器和一种断路器，其中积分器设计成具有积分电容器(C)的被动对称的低通滤波器(LPF)。为了能够更好地对电信号在时间上进行积分，建议设置带有两个放大元件(2)的差分放大器，这些元件分别具有输入端(3)；这两个放大元件(2)彼此连接以用于产生差分信号；两个放大元件(2)的输入端通过积分电容器(C)彼此相连；以及每个放大元件(2)通过反馈装置(Rm)正反馈于其输入端(3)上，这样两个放大元件(2)共同形成并联于积分电容器(C)的负的输入电阻。
文档编号H01H9/54GK101989845SQ20101023621
公开日2011年3月23日 申请日期2010年7月21日 优先权日2009年7月30日
发明者于尔根·海贝尔, 曼弗雷德·席勒 申请人:西门子公司