CN104659916A - 信号积分电路和断路器智能控制器 - Google Patents

Abstract

信号积分电路和断路器智能控制器，信号积分电路包括第一运算放大器，第一运算放大器的反相输入端和正相输入端分别与信号积分电路的第一输入端和第二输入端连接，第一运算放大器的输出端与信号积分电路的第一输出端连接；还包括低通滤波器，限制信号积分电路的最大输出幅度的限幅电路和直流分量电路；在第一输入端和第二输入端与第一运算放大器之间设有低通滤波器，在第一输入端和第二输入端与低通滤波器之间设有直流分量电路，限幅电路与第一运算放大器电路连接；直流分量电路还与抬升输出信号的基准电压和第一运算放大器的正相输入端连接。本发明提供一种结构简单，灵敏度高，性能稳定的信号积分电路和包括此信号积分电路的断路器智能控制器。

Description

信号积分电路和断路器智能控制器

技术领域

本发明涉及低压电器领域，特别涉及一种信号积分电路和断路器智能控制器。

背景技术

现在普遍应用空心线圈(Rogowski)作为电流传感器，因其无磁饱和现象，测量范围广，带宽高且体积小，绝缘简单，成本低廉，越来越广泛地应用于测量控制和计量保护等方面。利用空心线圈测量电流时线圈围绕载有被测电流的导体，当被测电流发生变化时，线圈两端感应出电压信号，被测电流与空心线圈感应电压之间存在如下关系：

$e\left(t\right)=-M\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}$

M为空心线圈与载流导体之间的互感系数，由此可以看出空心线圈感应电压与被测电流在时间上的导数成比例。因此，在应用空心线圈作为电流传感器时，必须对空心线圈感应电压进行积分才能得出与被测电流呈线性关系的电压信号。

为了实现信号的积分，一般使用一种低通滤波器来实现，最简单的实现方式是：一个电阻和电容的组合(RC低通滤波器)，通俗地称为无源积分电路，因该积分电路存在误差大，灵敏度低等缺点，真正在应用中多采用有源积分电路和数字积分器。

有源积分电路是基于运放技术组成的模拟积分器，理想的模拟积分器在一定频率范围内具有很好的频响特性及幅相频特性，且在空心线圈及模拟积分器均为理想器件的情况下，模拟积分器的输出电压特性与一次测的电流特性能保持高度一致，但实际上，受加工工艺及电子元器件的影响，空心线圈和模拟积分器都很难做到理想的状态，只能采用一些复杂的信号调理电路进行处理，以保证采样信号的精度；数字积分器虽然可以成技术上实现高精度，高灵敏度的积分运算，但是需要性能强大的数字信号处理芯片和高精度的ADC及DAC且对算法依赖性强。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单，灵敏度高，性能稳定的信号积分电路和断路器智能控制器。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种信号积分电路，包括第一运算放大器U1，其特征在于：第一运算放大器U1的反相输入端和正相输入端分别与信号积分电路的第一输入端IN1和第二输入端IN2连接，第一运算放大器U1的输出端与信号积分电路的第一输出端OUT连接；还包括低通滤波器，限制信号积分电路2的最大输出幅度的限幅电路和直流分量电路；在第一输入端IN1和第二输入端IN2与第一运算放大器U1之间设有低通滤波器，在第一输入端IN1和第二输入端IN2与低通滤波器之间设有直流分量电路，所述限幅电路与第一运算放大器U1电路连接；所述直流分量电路还与抬升输出信号的基准电压Vref和第一运算放大器U1的正相输入端连接。

进一步，所述低通滤波器包括第一电阻R1，第二电阻R2和第二电容C2；所述第一电阻R1和第二电阻R2的一端分别连接到信号积分电路的第一输入端IN1和第二输入端IN2，另一端分别连接到第一运算放大器U1的反相输入端和正相输入端；第二电容C2的一端连接到第一电阻R1和第一运算放大器U1之间，另一端连接到第二电阻R2和第一运算放大器U1之间。

进一步，所述限幅电路包括第五电阻R5，第六电阻R6，信号积分电路的电源VCC经过第五电阻R5连接到第一运算放大器U1的电源正端VDD，第一运算放大器U1的接地端VSS经过第六电阻R6接地。

进一步，所述直流分量电路包括第七电阻R7和第八电阻R8，第七电阻R7和第八电阻R8串联，串联后第七电阻R7的另一端连接到低通滤波器与第一输入端IN1之间，第八电阻R8的另一端连接到低通滤波器与第二输入端IN2之间；第七电阻R7和第八电阻R8的中间节点连接到基准电压Vref，第四电容C4和第四电阻R4并联，并联后的一端连接基准电压Vref，另一端连接到第一运算放大器U1的正相输入端。

进一步，所述低通滤波器包括第一电阻R1，第二电阻R2和第二电容C2；所述第一电阻R1、第二电阻R2的一端分别连接到第一输入端IN1和第二输入端IN2，另一端分别连接到第一运算放大器U1的反相输入端和正相输入端；第二电容C2的一端连接到第一电阻R1和第一运算放大器U1之间，另一端连接到第二电阻R2和第一运算放大器U1之间；所述限幅电路包括第五电阻R5，第六电阻R6，信号积分电路的电源VCC经过第五电阻R5连接到第一运算放大器U1的电源正端VDD，第一运算放大器U1的接地端VSS经过第六电阻R6接地；所述直流分量电路包括第七电阻R7和第八电阻R8，第七电阻R7和第八电阻R8串联，串联后第七电阻R7的另一端连接到第一电阻R1与第一输入端IN1之间，第八电阻R8的另一端连接到第二电阻R2与第二输入端IN2之间；第七电阻R7和第八电阻R8的中间节点连接到基准电压Vref，第四电容C4和第四电阻R4并联，并联后的一端连接基准电压Vref，另一端连接到第一运算放大器U1的正相输入端；所述的信号积分电路还包括第一电容C1，第三电容C3和第三电阻R3；所述第一电容C1的两端分别与第七电阻R7和第八电阻R8的另一端连接；第三电容C3和第三电阻R3并联，且并联后的两端分别和第一运算放大器U1的输出端和反相输入端连接。

进一步，所述限幅电路可使第一运算放大器U1输出的最大幅度小于电源VCC。

一种断路器智能控制器，其特征在于：包括微处理器电路3，权利要求1-6任一所述的信号积分电路2和提供工作电源的电源电路1；

所述微处理器电路3与脱扣电路4连接，所述脱扣电路4与磁通变换器7连接，微处理器电路3可向脱扣电路4输出控制信号驱动磁通变换器7使断路器脱扣；

所述信号积分电路2的输入端与空芯互感器101连接用于取得主电路的电流信号，将空芯互感器101的微分信号还原成与主回路电流成正比例的电压信号；

所述信号积分电路2的输出端与接通电流控制电路201和放大电路202连接，放大电路202的输出端与微处理器电路3的A/D转换接口连接可将已处理的电压信号输出给微处理器电路3，将电流信号转化为数字量；接通电流控制电路201与脱扣电路4连接可直接输出信号至脱扣电路4并使磁通变换器7驱动断路器脱扣。

进一步，所述接通电流控制电路201包括接通电流阀值电压调节电路，同相放大电路和减法电路；所述接通电流阀值电压调节电路中接入微动开关SW1输出阀值电压，阀值电压经过同相放大电路后输出接通电流阀值上限电压MCR_H，接通电流阀值上限电压MCR_H经过减法电路后输出接通电流阀值下限电压MCR_L。

进一步，所述接通电流阀值电压调节电路包括第九电阻R9和第十电阻R10，电源电压VCC经过串联连接的第九电阻R9和第十电阻R10后连接到微动开关SW1的常开端NO，微动开关SW1的常闭端NC连接到电源地GND，微动开关SW1)的公共端COM连接到第五电容C5的正极，第五电容C5的负极连接到电源地GND；所述同相放大电路包括第七运算放大器U3B，第九电阻R9和第十电阻R10的中间节点连接到第七运算放大器U3B的正相输入端，第七运算放大器U3B的输出端与反相输入端连接；所述减法电路包括第十一电阻R11，第十一电阻R11的一端连接到第七运算放大器U3B的反相输入端，另一端连接到第八运算放大器U3C的反相输入端，第十二电阻R12的一端连接到第八运算放大器U3C的反相输入端，另一端连接到第八运算放大器U3C的输出端，电源VCC经过第十三电阻R13连接到第八运算放大器U3C的正相输入端，第十四电阻R14的一端连接到第八运算放大器U3C的正相输入端，另一端接地；第七运算放大器U3B的输出端输出接通电流阀值上限电压MCR_H，第八运算放大器U3C的输出端输出接通电流阀值下限电压MCR_L。

进一步，所述接通电流阀值上限电压MCR_H分别连接到第二运算放大器U2A，第五运算放大器U2D和第六运算放大器U3A的反相输入端；接通电流阀值下限电压MCR_L分别连接到第三运算放大器U2B，第四运算放大器U2C和第九运算放大器U3D的正相输入端；电流信号IC分别连接到第二运算放大器U2A和第三运算放大器U2B的正相和反相输入端，电流信号IB分别连接到第五运算放大器U2D和第四运算放大器U2C的正相和反相输入端，电流信号IA分别连接到第六运算放大器U3A和第九运算放大器U3D的正相和反相输入端；第二运算放大器U2A、第三运算放大器U2B、第四运算放大器U2C、第五运算放大器U2D、第九运算放大器U3D和第六运算放大器U3A的输出端分别与第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的正极连接，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的负极连接到一起输出脱扣输出控制CTL_DO。

进一步，所述电源电路1的输入端分别与速饱和互感器102和辅助电源111连接，所述微处理器电路3还可与整定电路5，通讯电路6，显示模块8，键盘输入9，输入输出电路10，IIC数据存储器电路11，开关位置检测电路12和LED状态指示电路13连接；输入输出电路10通过光电耦合器将外部开关信号输入到微处理器电路3中，并通过继电器将微处理器电路3的控制信号输出到外部；开关位置检测电路12通过检测和断路器开关位置同步的微动开关SW1信号得到断路器的分/合闸状态，并同时给接通电流控制电路201提供合闸信号。

本发明的信号积分电路精度和灵敏度高，结构简单，方便设计在断路器智能控制器的采样线路中，具有更强的抗干扰能力，能简化整体信号处理电路；加入限幅电路，消除了后续接通电流控制电路中比较器电路的两个比较输入端电平相同的可能性，提高了电路运行的可靠性；同时加入直流分量电路，引入直流分量，提高智能积分器的信噪比，同时抬升输出信号，保证信号始终在ADC采样电压范围内，使得采样数字量与实际信号相互一致。

附图说明

图1是本发明断路器智能控制器的方框图；

图2是本发明信号积分电路的电路图；

图3是本发明信号积分电路的输出波形图；

图4是本发明接通电流控制电路的电路图；

图5是本发明接通电流控制电路的输出波形图。

具体实施方式

以下结合附图1至5给出的实施例，进一步说明本发明的信号积分电路和带有信号积分电路的断路器智能控制器的具体实施方式。本发明的信号积分电路和带有信号积分电路的断路器智能控制器不限于以下实施例的描述。

如图1所示，本发明的断路器智能控制器包括微处理器电路3、信号积分电路2和电源电路1。所述电源电路1分别与速饱和互感器102和辅助电源111连接可用于提供工作电源。所述微处理器电路3与脱扣电路4连接，所述脱扣电路4与磁通变换器7连接，微处理器电路3可向脱扣电路4输出控制信号驱动磁通变换器7使断路器脱扣。所述信号积分电路2的输入端与空芯互感器101连接用于取得主电路的电流信号，将空芯互感器101的微分信号还原成与主回路电流成正比例的电压信号。所述信号积分电路2的输出端与接通电流控制电路201和放大电路202连接，放大电路202的输出端与微处理器电路3的A/D转换接口连接可将已处理的电压信号输出给微处理器电路3，将电流信号转化为数字量；接通电流控制电路201与脱扣电路4连接可直接输出信号至脱扣电路4并使磁通变换器7驱动断路器脱扣。本发明的断路器智能控制器，结构简单合理，性能稳定，生产成本低。

如图1所示，本发明的断路器智能控制器的微处理器电路3是整个控制器的核心控制器电路，可实现电流计算、谐波分析、时钟处理、区域连锁处理、负载监控处理、故障报警处理、故障记录处理、波形捕捉处理、长延时处理、短延时处理、瞬时处理、接地故障处理、电流不平衡处理、自诊断处理和热记忆处理等功能。电源电路1的输入端分别与速饱和互感器102和辅助电源111连接，电源电路1的输出端包括+24V输出端、VCC输出端和参考地输出端GND；电源电路1将速饱和互感器102电源和辅助电源111转换成+24V和VCC电源，+24V电源给脱扣电路4提供驱动电源，VCC电源给其他电路提供工作电源。接通电流控制电路201检测断路器的合闸瞬间信号积分电路2是否存在大电流情况，如果有大电流情况，直接触发脱扣电路4使断路器分闸，达到接通快速保护的功能。脱扣电路4接收接通电流控制电路201和微处理器电路3的脱扣触发信号，再将脱扣触发信号放大后驱动磁通变换器7。

如图1所示，本发明的断路器智能控制器还包括整定电路5，通讯电路6，显示模块8，键盘输入9，输入输出电路10，IIC数据存储器电路11，开关位置检测电路12和LED状态指示电路13。整定电路5通过按键或拨码方式将用户所需的参数值传输给微处理器电路3。通讯电路6是连接外部通讯总线和微处理器电路3的桥梁，通过它，可实现断路器智能控制器的远程通讯功能。显示模块电路8可通过LED/LCD方式进行显示电流值、整定参数、故障信息等内容。键盘输入电路9通过轻触开关方式，连接到微处理器电路3，通过键盘输入电路9得到不同按键功能，实现各种操作需求。输入输出电路10通过光电耦合器将外部开关信号输入到微处理器电路3中；通过继电器将微处理器电路3的控制信号输出到外部。IIC数据存储器电路11通过IIC总线将数据存储器和微处理器电路3连接起来，存储用户整定值、故障记录等数据。开关位置检测电路12通过检测和断路器开关位置同步的微动开关SW1信号得到断路器的分/合闸状态，并同时给接通电流控制电路201提供合闸信号。LED状态指示电路13通过LED指示灯的亮灭来指示当前整定状态或当前故障状态。

如图2所示，本发明的信号积分电路，包括第一运算放大器U1。所述第一运算放大器U1的反相输入端和正相输入端分别与信号积分电路的第一输入端IN1和第二输入端IN2连接，第一运算放大器U1的输出端与信号积分电路的第一输出端OUT连接；还包括低通滤波器，限制信号积分电路2的最大输出幅度的限幅电路和直流分量电路；在第一输入端IN1和第二输入端IN2与第一运算放大器U1之间设有低通滤波器，在第一输入端IN1和第二输入端IN2与低通滤波器之间设有直流分量电路，所述限幅电路与第一运算放大器U1电路连接；所述直流分量电路还与抬升输出信号的基准电压Vref和第一运算放大器U1的正相输入端连接。本发明的信号积分电路精度和灵敏度高，结构简单，方便设计在断路器智能控制器的采样线路中，具有更强的抗干扰能力，能简化整体信号处理电路；加入限幅电路，消除了后续接通电流控制电路中比较器电路的两个比较输入端电平相同的可能性，提高了电路运行的可靠性；同时加入直流分量电路，引入直流分量，提高智能积分器的信噪比，同时抬升输出信号，保证信号始终在ADC采样电压范围内，使得采样数字量与实际信号相互一致。

如图2所示，所述低通滤波器包括第一电阻R1，第二电阻R2和第二电容C2；所述第一电阻R1、第二电阻R2的一端分别连接到第一输入端IN1和第二输入端IN2，另一端分别连接到第一运算放大器U1的反相输入端和正相输入端；第二电容C2的一端连接到第一电阻R1和第一运算放大器U1之间，另一端连接到第二电阻R2和第一运算放大器U1之间；所述限幅电路包括第五电阻R5，第六电阻R6，信号积分电路的电源VCC经过第五电阻R5连接到第一运算放大器U1的电源正端VDD，第一运算放大器U1的接地端VSS经过第六电阻R6接地；所述直流分量电路包括第七电阻R7和第八电阻R8，第七电阻R7和第八电阻R8串联，串联后第七电阻R7的另一端连接到第一电阻R1与第一输入端IN1之间，第八电阻R8的另一端连接到第二电阻R2与第二输入端IN2之间；第七电阻R7和第八电阻R8的中间节点连接到基准电压Vref，第四电容C4和第四电阻R4并联，并联后的一端连接基准电压Vref，另一端连接到第一运算放大器U1的正相输入端；所述的信号积分电路还包括第一电容C1，第三电容C 3和第三电阻R3；所述第一电容C1的两端分别与第七电阻R7和第八电阻R8的另一端连接；第三电容C3和第三电阻R3并联，且并联后的两端分别和第一运算放大器U1的输出端和反相输入端连接。

如图2所示，所述低通滤波器包括第一电阻R1，第二电阻R2和第二电容C2，所述第一电阻R1、第二电阻R2的一端分别连接到信号积分电路的第一输入端IN1和第二输入端IN2，另一端分别连接到第一运算放大器U1的反相输入端和正相输入端，形成差分输入方式；第二电容C2的一端连接到第一电阻R1和第一运算放大器U1之间，另一端连接到第二电阻R2和第一运算放大器U1之间。所述低通滤波器(即无源积分电路)，对直流分量几乎没有放大作用，而对于交流信号具有放大作用，公式如下：

$A_u=\frac{1}{1+\mathrm{j\ωRC}}$

第一电容C1的两端分别与信号积分电路的第一输入端IN1和第二输入端IN2连接，用以滤除高频信号。

如图2所示，所述限幅电路包括第五电阻R5，第六电阻R6，电源VCC经过第五电阻R5连接到第一运算放大器U1的电源正端VDD，第一运算放大器U1的接地端VSS经过第六电阻R6接地；第三电容C3和第三电阻R3并联，且并联后的两端分别和第一运算放大器U1的输出端和反相输入端连接。限幅电路中串入第五电阻R5和第六电阻R6，限制第一运算放大器U1输出的最大幅度，保护信号电路后端免受过高压的威胁，保证了电路稳定运行。第三电容C3和第三电阻R3并联，且并联后的两端分别和第一运算放大器U1的输出端和反相输入端连接，形成有源积分电路，将电流互感器输出的微分信号还原成实际信号；限幅电路中的第五电阻R5，第六电阻R6也可以改为第七二极管D7和第八二极管D8，电源VCC经过第七二极管D7连接到第一运算放大器U1的电源正端，第一运算放大器U1的接地端通过第八二极管D8接地；即第七二极管D7的正极与电源VCC连接，负极与第一运算放大器U1的电源正端连接，第八二极管D8的正极与第一运算放大器U1的接地端连接，负极接地。由于接入第五电阻R5和第六电阻R6，或第七二极管D7和第八二极管D8，使得第一运算放大器U1输出的最大幅度将小于电源电压VCC，消除了后续接通电流控制电路201中比较器电路的两个比较输入端电平相同的可能性，提高了电路运行的可靠性，避免了智能控制器的误动。

如图3所示，所述的限幅范围最大值应符合ADC满量程时电压值，即Max(VDD-VSS)≤V_r(V_r为ADC满量程时的电压值)。(a)信号幅值范围落在以Vref为基线，以VDD和VSS为上下限的范围内，ADC满量程电压为V_r＝(VCC-GND)，信号电压能被ADC完整跟踪转换；(b)信号幅值过高，通过信号积分电路将信号的电压幅值限制在VDD和VSS之间，过大的信号(超过设计极限的信号)将被限制。

如图2所示，所述限幅电路和低通滤波器组成二阶电路，使滤波器的过渡带变窄，衰减斜率值加大，通过设置相应元器件的参数可以使得幅频特性和相频特性较佳的积分电路，其输入与输出信号之间的关系如下式可表示为：

$U_{\mathrm{out}}\left(t\right)=-K_j\∫U_{\mathrm{in}}\left(t\right)$

其中，U_out(t)为输出信号，U_in(t)为输入信号。所述二阶电路实现信号积分电路低频性能和相位特性，使积分后的电压信号更加精确地反映被测电流信号，且灵敏度高，结构简单。

如图2所示，所述直流分量电路包括第七电阻R7和第八电阻R8，第七电阻R7和第八电阻R8串联，串联后第七电阻R7的另一端连接到低通滤波器与第一输入端IN1之间，第八电阻R8的另一端连接到低通滤波器与第二输入端IN2之间；第七电阻R7和第八电阻R8的中间节点连接到基准电压Vref，第四电容C4和第四电阻R4并联，并联后的一端连接基准电压Vref，另一端连接到第一运算放大器U1的正相输入端。第七电阻R7和第八电阻R8与上述二阶电路建立直流通路，引入直流分量Vref，提高信号积分电路的信噪比；第四电容C4和第四电阻R4并联，并联后的一端连接基准电压Vref，另一端连接到第一运算放大器U1的正相输入端，形成加法电路，将输出信号的零点抬高至Vref；信号抬升可以保证信号始终在ADC采样电压范围内，避免出现采样溢出导致采样数字量与实际信号不一致，ADC模数转换如下式所示：

$S\_\mathrm{Data}=\frac{V_i}{V_r}\×2^n$

此外，信号积分电路的失调电压，电流的温漂影响，其对应的失调温漂ΔU_IO和ΔI_IO引起的相对误差为计算公式如下：

$|\∂|=\left|\frac{\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{IO}}+\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{IO}}{R}_{\mathrm{eq}}}{U_i}\right|\×100\%$

可见积分电路的相对误差与输入电压U_i成反比，即输入电压U_i愈小，相对误差愈大，因此要提高信号积分电路的精度，减小失调温漂的误差是必须的。直流分量电路通过第七电阻R7，第八电阻R8在电路的两输入端引入直流分量，可以提高信号积分电路的信噪比，同时经第四电阻R4引入偏置电压，这样在信号积分电路的输出端将形成与基准电压Vref相一致的直流分量，由于运算放大器U1对直流分量较好的跟随特性，这样可以减小失调温漂对积分器的误差影响，提高信号积分电路的精度。

如图4所示，所述接通电流控制电路201包括接通电流阀值电压调节电路，同相放大电路和减法电路；所述接通电流阀值电压调节电路中接入微动开关SW1输出阀值电压，阀值电压经过同相放大电路后输出接通电流阀值上限电压MCR_H，接通电流阀值上限电压MCR_H经过减法电路后输出接通电流阀值下限电压MCR_L。所述接通电流控制电路201直接接入一组微动开关SW1连接接通电流阀值电压调节电路，连接线路简单可靠。

如图4所示，所述接通电流阀值电压调节电路包括第九电阻R9和第十电阻R10，电源电压VCC经过串联连接的第九电阻R9和第十电阻R10后连接到微动开关SW1的常开端NO，微动开关SW1的常闭端NC连接到电源地GND，微动开关SW1的公共端COM连接到第五电容C5的正极，第五电容C5的负极连接到电源地GND。所述接通电流阀值电压调节电路可在微动开关SW1的常闭端NC，常开端NO和公共端COM之间相互转换，连接线路简单可靠。

如图4所示，所述同相放大电路包括第七运算放大器U3B，第九电阻R9和第十电阻R10的中间节点连接到第七运算放大器U3B的正相输入端，第七运算放大器U 3B的输出端与反相输入端连接；所述减法电路包括第十一电阻R11，第十一电阻R11的一端连接到第七运算放大器U3B的反相输入端，另一端连接到第八运算放大器U3C的反相输入端，第十二电阻R12的一端连接到第八运算放大器U3C的反相输入端，另一端连接到第八运算放大器U 3C的输出端，电源VCC经过第十三电阻R13连接到第八运算放大器U3C的正相输入端，第十四电阻R14的一端连接到第八运算放大器U3C的正相输入端，另一端接地；第七运算放大器U3B的输出端输出接通电流阀值上限电压MCR_H，第八运算放大器U3C的输出端输出接通电流阀值下限电压MCR_L。

如图4所示，接通电流阀值上限电压MCR_H分别连接到第二运算放大器U2A，第五运算放大器U2D和第六运算放大器U3A的反相输入端；接通电流阀值下限电压MCR_L分别连接到第三运算放大器U2B，第四运算放大器U2C和第九运算放大器U3D的正相输入端；电流信号IC分别连接到第二运算放大器U2A和第三运算放大器U2B的正相和反相输入端，电流信号IB分别连接到第五运算放大器U2D和第四运算放大器U2C的正相和反相输入端，电流信号IA分别连接到第六运算放大器U3A和第九运算放大器U3D的正相和反相输入端；第二运算放大器U2A，第三运算放大器U2B，第四运算放大器U2C，第五运算放大器U2D，第九运算放大器U3D和第六运算放大器U3A的输出端分别通过第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4，第五二极管D5和第六二极管D6形成的“或”的关系连接到脱扣输出控制CTL_DO，即第二运算放大器U2A、第三运算放大器U2B、第四运算放大器U2C、第五运算放大器U2D、第九运算放大器U3D和第六运算放大器U3A的输出端分别与第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的正极连接，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的负极连接到一起输出脱扣输出控制CTL_DO。

如图5所示，所述接通电流控制电路201工作时，当断路器合闸，微动开关SW1也同步运动，由常闭NC点转换到常开NO点，第五电容C5开始充电，形成一个充电上升过程T1，用来调节接通电流阀值上限电压MCR_H和接通电流阀值下限电压MCR_L，如果在此期间，电流信号(IA、IB、IC)大于接通电流阀值上限电压MCR_H和接通电流阀值下限电压MCR_L，比较器输出端将产生脱扣输出信号CTL_D0，驱动脱扣电路4进行磁通变换器7动作，断路器断开。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种信号积分电路，包括第一运算放大器(U1)，其特征在于：第一运算放大器(U1)的反相输入端和正相输入端分别与信号积分电路的第一输入端(IN1)和第二输入端(IN2)连接，第一运算放大器(U1)的输出端与信号积分电路的第一输出端(OUT)连接；还包括低通滤波器，限制信号积分电路(2)的最大输出幅度的限幅电路和直流分量电路；在第一输入端(IN1)和第二输入端(IN2)与第一运算放大器(U1)之间设有低通滤波器，在第一输入端(IN1)和第二输入端(IN2)与低通滤波器之间设有直流分量电路，所述限幅电路与第一运算放大器(U1)电路连接；所述直流分量电路还与抬升输出信号的基准电压(Vref)和第一运算放大器(U1)的正相输入端连接。

2.根据权利要求1所述的信号积分电路，其特征在于：所述低通滤波器包括第一电阻(R1)，第二电阻(R2)和第二电容(C2)；所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的一端分别连接到信号积分电路的第一输入端(IN1)和第二输入端(IN2)，另一端分别连接到第一运算放大器(U1)的反相输入端和正相输入端；第二电容(C2)的一端连接到第一电阻(R1)和第一运算放大器(U1)之间，另一端连接到第二电阻(R2)和第一运算放大器(U1)之间。

3.根据权利要求1所述的信号积分电路，其特征在于：所述限幅电路包括第五电阻(R5)，第六电阻(R6)，信号积分电路的电源(VCC)经过第五电阻(R5)连接到第一运算放大器(U1)的电源正端(VDD)，第一运算放大器(U1)的接地端(VSS)经过第六电阻(R6)接地。

4.根据权利要求1所述的信号积分电路，其特征在于：所述直流分量电路包括第七电阻(R7)和第八电阻(R8)，第七电阻(R7)和第八电阻(R8)串联，串联后第七电阻(R7)的另一端连接到低通滤波器与第一输入端(IN1)之间，第八电阻(R8)的另一端连接到低通滤波器与第二输入端(IN2)之间；第七电阻(R7)和第八电阻(R8)的中间节点连接到基准电压(Vref)，第四电容(C4)和第四电阻(R4)并联，并联后的一端连接基准电压(Vref)，另一端连接到第一运算放大器(U1)的正相输入端。

5.根据权利要求1所述的信号积分电路，其特征在于：所述低通滤波器包括第一电阻(R1)，第二电阻(R2)和第二电容(C2)；所述第一电阻(R1)、第二电阻(R2)的一端分别连接到第一输入端(IN1)和第二输入端(IN2)，另一端分别连接到第一运算放大器(U1)的反相输入端和正相输入端；第二电容(C2)的一端连接到第一电阻(R1)和第一运算放大器(U1)之间，另一端连接到第二电阻(R2)和第一运算放大器(U1)之间；所述限幅电路包括第五电阻(R5)，第六电阻(R6)，信号积分电路的电源(VCC)经过第五电阻(R5)连接到第一运算放大器(U1)的电源正端(VDD)，第一运算放大器(U1)的接地端(VSS)经过第六电阻(R6)接地；所述直流分量电路包括第七电阻(R7)和第八电阻(R8)，第七电阻(R7)和第八电阻(R8)串联，串联后第七电阻(R7)的另一端连接到第一电阻(R1)与第一输入端(IN1)之间，第八电阻(R8)的另一端连接到第二电阻(R2)与第二输入端(IN2)之间；第七电阻(R7)和第八电阻(R8)的中间节点连接到基准电压(Vref)，第四电容(C4)和第四电阻(R4)并联，并联后的一端连接基准电压(Vref)，另一端连接到第一运算放大器(U1)的正相输入端；所述的信号积分电路还包括第一电容(C1)，第三电容(C3)和第三电阻(R3)；所述第一电容(C1)的两端分别与第七电阻(R7)和第八电阻(R8)的另一端连接；第三电容(C3)和第三电阻(R3)并联，且并联后的两端分别和第一运算放大器(U1)的输出端和反相输入端连接。

6.根据权利要求3或5所述的信号积分电路，其特征在于：所述限幅电路可使第一运算放大器(U1)输出的最大幅度小于电源(VCC)。

7.一种断路器智能控制器，其特征在于：包括微处理器电路(3)，权利要求1-6任一所述的信号积分电路(2)和提供工作电源的电源电路(1)；

所述微处理器电路(3)与脱扣电路(4)连接，所述脱扣电路(4)与磁通变换器(7)连接，微处理器电路(3)可向脱扣电路(4)输出控制信号驱动磁通变换器(7)使断路器脱扣；

所述信号积分电路(2)的输入端与空芯互感器(101)连接用于取得主电路的电流信号，将空芯互感器(101)的微分信号还原成与主回路电流成正比例的电压信号；

所述信号积分电路(2)的输出端与接通电流控制电路(201)和放大电路(202)连接，放大电路(202)的输出端与微处理器电路(3)的A/D转换接口连接可将已处理的电压信号输出给微处理器电路(3)，将电流信号转化为数字量；接通电流控制电路(201)与脱扣电路(4)连接可直接输出信号至脱扣电路(4)并使磁通变换器(7)驱动断路器脱扣。

8.根据权利要求7所述的断路器智能控制器，其特征在于：所述接通电流控制电路(201)包括接通电流阀值电压调节电路，同相放大电路和减法电路；所述接通电流阀值电压调节电路中接入微动开关(SW1)输出阀值电压，阀值电压经过同相放大电路后输出接通电流阀值上限电压(MCR_H)，接通电流阀值上限电压(MCR_H)经过减法电路后输出接通电流阀值下限电压(MCR_L)。

9.根据权利要求8所述的断路器智能控制器，其特征在于：所述接通电流阀值电压调节电路包括第九电阻(R9)和第十电阻(R10)，电源电压(VCC)经过串联连接的第九电阻(R9)和第十电阻(R10)后连接到微动开关(SW1)的常开端(NO)，微动开关(SW1)的常闭端(NC)连接到电源地(GND)，微动开关(SW1)的公共端(COM)连接到第五电容(C5)的正极，第五电容(C5)的负极连接到电源地(GND)；所述同相放大电路包括第七运算放大器(U3B)，第九电阻(R9)和第十电阻(R10)的中间节点连接到第七运算放大器(U3B)的正相输入端，第七运算放大器(U3B)的输出端与反相输入端连接；所述减法电路包括第十一电阻(R11)，第十一电阻(R11)的一端连接到第七运算放大器(U3B)的反相输入端，另一端连接到第八运算放大器(U3C)的反相输入端，第十二电阻(R12)的一端连接到第八运算放大器(U3C)的反相输入端，另一端连接到第八运算放大器(U3C)的输出端，电源(VCC)经过第十三电阻(R13)连接到第八运算放大器(U3C)的正相输入端，第十四电阻(R14)的一端连接到第八运算放大器(U3C)的正相输入端，另一端接地；第七运算放大器(U3B)的输出端输出接通电流阀值上限电压(MCR_H)，第八运算放大器(U3C)的输出端输出接通电流阀值下限电压(MCR_L)。

10.根据权利要求9所述的断路器智能控制器，其特征在于：所述接通电流阀值上限电压(MCR_H)分别连接到第二运算放大器(U2A)，第五运算放大器(U2D)和第六运算放大器(U3A)的反相输入端；接通电流阀值下限电压(MCR_L)分别连接到第三运算放大器(U2B)，第四运算放大器(U2C)和第九运算放大器(U3D)的正相输入端；电流信号(IC)分别连接到第二运算放大器(U2A)和第三运算放大器(U2B)的正相和反相输入端，电流信号(IB)分别连接到第五运算放大器(U2D)和第四运算放大器(U2C)的正相和反相输入端，电流信号(IA)分别连接到第六运算放大器(U3A)和第九运算放大器(U3D)的正相和反相输入端；第二运算放大器(U2A)、第三运算放大器(U2B)、第四运算放大器(U2C)、第五运算放大器(U2D)、第九运算放大器(U3D)和第六运算放大器(U3A)的输出端分别与第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)和第六二极管(D6)的正极连接，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)和第六二极管(D6)的负极连接到一起输出脱扣输出控制(CTL_DO)。