[发明专利]具有改进的相位精度的电阻分压器

说明书

技术领域

本发明涉及电阻分压器，其包括至少第一和第二电阻器，该第一和第二电阻器串联电连接。这些电阻器由采用迹线的形式施加在绝缘衬底上的电阻膜材料制成。第二电阻器的迹线的两个端分别与第一和第二接触端子至少部分重叠，并且第一电阻器的迹线的两个端分别与第二和第三接触端子至少部分重叠。典型地，第二接触端子连接到例如地的参考电势，第三接触端子连接到输入电压电势，并且第一接触端子相对于参考电势提供与电压比和输入电压电势成比例的电压。分压器的电压比具有具有一百到一百万之间的值。

背景技术

分压器可存在于其最简单的形式中：只有两个串联电阻器，一个具有高电阻值并且另一个具有低电阻值。在更先进的情况下，串联的电阻器中的一个或者两个可以由具有相应等效电阻值的电阻网络替代。这些电阻器或者对应的电阻器网络在下面还可分别叫作高和低欧姆电阻器。在分压器中，高和低欧姆电阻器都处于相同的衬底上。

已知通过使诸如金属膜或金属箔（例如镍铬、金属陶瓷膜（例如氮化钽、二氧化钌、钌酸铋、碳膜），或基于玻璃和金属陶瓷混合物的复合材料膜）的非绝缘的电阻膜或箔材料处于绝缘衬底上来制造电阻器的不同技术。在罕见的情况下，电阻膜材料可以由具有上述不同名称的材料的多层组成。绝缘衬底可以是陶瓷、硅、玻璃或者一些其他合成材料，并且该膜材料可通过诸如溅射（薄膜）、丝网和网版印刷（厚膜）或者通过喷嘴的直接印刷（厚膜）的方法而施加到衬底。该绝缘衬底可具有平坦的平面片或圆柱的形式，并且相应地，电阻膜沉积到二维的平面表面上或者三维轴对称表面上。在分压器中，高和低欧姆电阻器都处于相同的衬底上。另外，具有比电阻器的膜材料低得多的电阻率的高导电结构也沉积在衬底上。该高导电结构意在用作接触端子，并且它们采用电阻器的电阻膜材料与它们至少部分重叠这样的方式而放置于衬底上。

为了实现明显超过一的电压比并且同时减少分压器的尺寸，已知的是，将高欧姆电阻器的电阻膜材料布置成长且窄的迹线，其中该迹线形状类似蜿蜒的形式。术语蜿蜒的形式意味着该迹线恰好不是直线而是采用在小的衬底区域上实现长的长度这样的方式弯曲。蜿蜒的形式例如可看起来像方波、三角波、正弦波、蛇形、Z字形或在三维情况下的螺旋形式。这例如在对于厚膜电阻器的US 5,521,576和对于薄膜AC分压器的US 7,079,004 B2中描述。如也在那里公开的，低欧姆电阻器的低电阻值通常通过采用短且宽的迹线布置电阻膜材料而获得。

一般，上文描述的电阻分压器可以用于宽范围的电压水平，从低至中到高压应用。尽管本发明源于例如ABB的KEVCD和KEVA传感器类型的通常能适用于在3.6kV和36kV之间的电压范围的中压传感器的领域，本发明的应用领域不限于该电压范围。

如从本领域（例如从US 5,521,576和US 7,079,004 B2）已知的，第一接触端子通常被放置于第二和第三接触端子之间。第二接触端子连接到例如地的参考电势，第三接触端子连接到输入电压电势，并且第一接触端子相对于参考电势提供与电压比和输入电压电势成比例的电压。因此，第一寄生电容出现与高欧姆电阻器并联，即在第一和第三接触端子之间，并且第二寄生电容出现与低欧姆电阻器并联，即在第一和第二接触端子之间。假设高欧姆电阻器具有电阻值R₁，低欧姆电阻器具有电阻值R₂，第一寄生电容具有值C₁并且第二寄生电容具有值C₂。当在第二和第三接触端子之间向分压器的输入施加AC电压时，在电压比（R₁+R₂）/R₂等于第二寄生电容与第一寄生电容的比（C₁+C₂）/C₁的情况下，第二和第一接触端子之间的AC输出电压示出没有相位误差。该相位误差随这些比的失配的增加而增加。