[发明专利]接地故障断路器及其方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及测量系统，并且更加具体地是涉及关于电信号的测量系统。

背景技术

用于测量或计算电信号比如电流、电压、和功率的电路以及用于测量和计算电参数比如阻抗、导纳、相位关系的电路被用于多种应用，包括了阻抗测量、负载检测和校准、安全系统、智能电网、传感器接口、汽车系统、自检测系统等等。例如，被用来确定系统阻抗的电路可包括与负载串联放置的电阻器，以使流过电阻器的电流能够被用来确定流过负载的电流。该技术的不足之处在于降低了输入电压的范围、消耗了大片面积的用来制造电路的半导体材料、限制了电路元件的频率、以及需要极精确的电路元件。

在一些应用中，可能需要探测接地故障状况。一种用于探测该状况的技术是当电感器-电阻器-电容器网络被暴露在接地点对中性点状况下时建立其中的谐振。谐振可通过将脉冲送达包括运算放大器的正反馈系统来建立。可供选择地，稳态激励能够被送达至电路，该电路随后监控波形轮廓中的明显改变。这些技术的不足之处在于，它们很容易发生会降低探测精确度的温度漂移和制造漂移(shift)。

相应地，具有用于确定电路元件的电子参数和电信号的电路和方法将是很有利的。对于该电路和方法而言将会更加有利的是实现了成本效益。

附图说明

本发明将通过结合所附示意图阅读以下详细描述来更好地理解，其中相同的参考符号指示相同的元件，其中：

图1是根据本发明实施方式的测量电路的方框图；

图2是根据本发明实施方式的一部分测量电路的方框图；

图3是根据本发明实施方式的关于随机化接地点对中性点测量的定时的电路模块的方框图；

图4是根据本发明实施方式的关于随机化接地点对中性点测量的定时的波形图；

图5是关于图1中一部分电路模块的定时图；

图6示出关于图1中一部分电路模块的临界值图；

图7是根据本发明另一实施方式的测量电路的示意图；

图8是根据本发明另一实施方式的测量电路的示意图；

图9是根据本发明另一实施方式的测量电路的示意图；

图10是根据本发明另一实施方式的测量电路的示意图；

图11是根据本发明另一实施方式的测量电路的示意图；

图12是根据本发明另一实施方式的测量电路的示意图；

图13是根据本发明另一实施方式的测量电路的示意图；以及

图14是根据本发明另一实施方式的测量电路的示意图。

具体实施方式

一般来说，本发明提供具有不同元件的接地故障断路器，其包括阻抗测量电路。根据本发明的实施方式，跨导运算放大器(OTA)生成多个输出信号。例如，OTA可产生多个输出电流，这里第二、第三、第四等电流是第一电流的备份。可供选择地，OTA可生成多个输出电压，这里多个输出电压中的每个输出电压都正比于OTA的输出电流。当OTA生成多个输出电流时，它们可作为电流被输入到相应的混合器，或者它们可被转换成输出电压，其被输入到相应混合器中。调制器可用来通过同相信号调制来自OTA的至少一个电流或电压信号，导致由低通滤波器过滤以通过混合信号的基带电压的已调制信号。优选地，同相信号与到OTA的输入信号同相。低通滤波器的输出信号通过模数转换器被数字化，以便确定多个实阻抗水平，或者通过比较器确定具体的实阻抗。此外，调制器可被用来通过相移信号调制来自OTA的至少一个电流或电压信号，导致由低通滤波器过滤的已调制信号，这里所述已调制信号指示负载的电抗性阻抗。电抗性分量被模数转换器或比较器数字化。优选地，相移信号从OTA输入端子上的信号被相移90度。

根据可供选择的实施方式，电路能够被配置成仅测量同相阻抗或者仅测量交轴阻抗(quadrature impedance)。此外，通过在不同时刻执行测量，单个调制器可被用来测量同相阻抗和交轴阻抗。

此外，本发明的实施方式适合用于与单绕单电流变压器电路相关的GFCI电路，由此形成基于单绕单电流变压器的阻抗测量电路。使用单绕单电流变压器电路的优势在于它们可被较廉价地实现。