電氣接線裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，所述裝置包括處理電路，所述處理電路經(jīng)配置以基于在跳閘狀態(tài)已建立之后的預(yù)定時(shí)間段內(nèi)檢測多個(gè)線路端處的接線狀態(tài)參數(shù)來確定接線狀態(tài)。所述處理電路經(jīng)配置以基于接線狀態(tài)確定而將接線狀態(tài)指示符存儲在接線狀態(tài)寄存器中。所述接線狀態(tài)寄存器被預(yù)先設(shè)置成當(dāng)AC電源第一次由安裝者施加給所述多個(gè)線路端或多個(gè)負(fù)載端時(shí)，使斷路器跳閘。
【專利說明】電氣接線裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型大體上涉及保護(hù)性裝置，且確切地說涉及具有錯(cuò)誤接線保護(hù)的保護(hù)性裝置。本實(shí)用新型大體上涉及一種具有非易失性存儲器錯(cuò)誤接線電路的保護(hù)性裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]將AC電力提供給住宅、建筑物或其他這樣的設(shè)施，所用方式是通過將一個(gè)或多個(gè)斷電器面板耦接到配電系統(tǒng)，或另一個(gè)這樣的AC電源。由于已知在電氣接線系統(tǒng)中會發(fā)生某些類型的故障，因此每個(gè)電路通常采用一個(gè)或多個(gè)電路保護(hù)裝置。電路保護(hù)性裝置已被設(shè)置在斷電器面板、插座出口、插頭內(nèi)等。保護(hù)性裝置通常包括斷路器(circuitinterrupter)，該斷路器在復(fù)位狀態(tài)下將線路端連接到負(fù)載端，而在跳閘狀態(tài)下使線路端與饋通和插座負(fù)載端斷開連接。當(dāng)故障狀況發(fā)生時(shí)，斷路器跳閘。存在各種類型的保護(hù)性裝置，包括接地故障斷路器(GFCI)、接地故障設(shè)備保護(hù)器(GFEP)，以及電弧故障斷路器(AFCI)0有些保護(hù)性裝置包括GFCI和AFCI兩者。
[0003]在將負(fù)載端連接到AC電力來進(jìn)行安裝的過程中，保護(hù)性裝置可能會被錯(cuò)誤接線。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，斷路器可能無法在故障狀況存在時(shí)中斷流向插座端的電流。不幸的是，保護(hù)性裝置通常不會警告用戶此錯(cuò)誤接線的狀況。因此，直到損害或傷害發(fā)生時(shí)，錯(cuò)誤接線狀況才變得明顯。
[0004]需要的是一種保護(hù)性裝置，它拒絕在錯(cuò)誤接線狀況下將電力供給包括插座端等的被保護(hù)電路。此外，需要的是在每個(gè)和每一安裝過程中會對錯(cuò)誤接線狀況做出響應(yīng)的保護(hù)性裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型滿足了上述需要，方法是提供一種保護(hù)性裝置，它拒絕在錯(cuò)誤接線狀況下將電力供給包括插座端等的被保護(hù)電路。此外，還有一種可以在每個(gè)和每一安裝過程中對錯(cuò)誤接線狀況做出響應(yīng)的保護(hù)性裝置。
[0006]本實(shí)用新型涉及用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，所述配電系統(tǒng)包括耦接到AC電源的多個(gè)線路導(dǎo)體，以及多個(gè)負(fù)載導(dǎo)體，所述裝置包括:經(jīng)配置以在接線狀態(tài)下來端接所述多個(gè)線路導(dǎo)體和所述多個(gè)負(fù)載導(dǎo)體的多個(gè)線路端和多個(gè)負(fù)載端；在所述多個(gè)線路導(dǎo)體端接到所述多個(gè)線路端時(shí)，所述接線狀態(tài)處于正確接線狀況；當(dāng)所述多個(gè)線路導(dǎo)體端接到所述多個(gè)負(fù)載端時(shí)，所述接線狀態(tài)處于錯(cuò)誤接線狀況；耦接到所述多個(gè)線路端或所述多個(gè)負(fù)載端的保護(hù)性電路組件，所述保護(hù)性電路組件包括至少一個(gè)故障檢測器，其經(jīng)配置以基于在所述多個(gè)線路端中的至少一個(gè)線路端或所述多個(gè)負(fù)載端中的至少一個(gè)負(fù)載端上傳播的電擾動，而生成故障檢測信號；耦接到所述保護(hù)性電路組件的斷路器組件，所述斷路器組件包括多個(gè)中斷觸點(diǎn)，所述多個(gè)中斷觸點(diǎn)經(jīng)配置以，在復(fù)位狀態(tài)下，響應(yīng)于復(fù)位刺激，而在所述多個(gè)線路端與所述多個(gè)負(fù)載端之間建立連續(xù)性，以及，在跳閘狀態(tài)下，響應(yīng)于包括所述故障檢測信號或錯(cuò)誤接線狀態(tài)信號的跳閘刺激，而在所述多個(gè)線路端與所述多個(gè)負(fù)載端之間建立不連續(xù)性；以及處理電路，所述處理電路經(jīng)配置以基于在所述跳閘狀態(tài)已建立之后的預(yù)定時(shí)間段內(nèi)，檢測所述多個(gè)線路端處的接線狀態(tài)參數(shù)來確定所述接線狀態(tài)，所述處理電路經(jīng)配置以基于接線狀態(tài)的確定而將接線狀態(tài)指示符存儲在接線狀態(tài)寄存器中，所述接線狀態(tài)寄存器被預(yù)先設(shè)置成，當(dāng)所述AC電源第一次由安裝者施加給所述多個(gè)線路端或所述多個(gè)負(fù)載端時(shí)，使所述斷路器跳閘。
[0007]下文的【具體實(shí)施方式】部分將闡述本實(shí)用新型的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，并且其中的一部分將由所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員通過閱讀說明而清楚地了解，或者將在按本文所述那樣實(shí)踐本實(shí)用新型后了解，這些說明包括隨后的【具體實(shí)施方式】、權(quán)利要求書以及附圖。
[0008]應(yīng)了解，不管是前文概述還是下文的【具體實(shí)施方式】，這些都只是對本實(shí)用新型的示例，并且只是為幫助理解所主張的本實(shí)用新型的性質(zhì)和特點(diǎn)而提供的概覽或框架。加入附圖以幫助進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，并且所述附圖并入本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分。附圖所示為本實(shí)用新型的各項(xiàng)實(shí)施例，并且輔以描述以便對本實(shí)用新型的原理和運(yùn)作加以解釋。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1A為根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的保護(hù)性裝置的示意圖；
[0010]圖1B為圖1A中描繪的保護(hù)性裝置的微控制器部分的示意圖；
[0011]圖2A至圖2H為本實(shí)用新型的自動多用途錯(cuò)誤接線檢測特征的圖形描繪；
[0012]圖3為根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的保護(hù)性裝置的示意圖；以及
[0013]圖4A至圖4C為示出了根據(jù)本實(shí)用新型的各種時(shí)間圖的圖表。

【具體實(shí)施方式】
[0014]現(xiàn)在將詳細(xì)描述本實(shí)用新型的各項(xiàng)示例性實(shí)施例，所述實(shí)施例的各個(gè)實(shí)例將參考附圖進(jìn)行說明。在任何可能的情況下，附圖中相同的參考標(biāo)號始終指代相同或相似部分。圖1所示為本實(shí)用新型的保護(hù)性裝置的一項(xiàng)示例性實(shí)施例，所述保護(hù)性裝置在全文中一般用參考標(biāo)號10表不。
[0015]如本文所實(shí)施且如圖1A所描繪，揭示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的保護(hù)性裝置10的示意圖。接地故障電路10包括:差動變壓器LI，其經(jīng)配置以感測負(fù)載側(cè)接地故障，即，位于連接至負(fù)載端(3、4)或插座觸點(diǎn)(5、6)的負(fù)載中的接地故障；以及變壓器L2，其配置成中線接地發(fā)射器，所述中線接地發(fā)射器經(jīng)配置以用于中線接地故障檢測。差動變壓器LI和中線接地變壓器L2均經(jīng)由電路系統(tǒng)11而耦接到故障檢測器集成電路18。檢測器18從雙電源電路30接收電力，下文對該雙電源電路進(jìn)行更詳細(xì)地描述。檢測器18的輸出端連接到SCR Ql的控制輸入端。當(dāng)SCR Ql接通時(shí)，雙螺線管Kl的GFCI螺線管Kl-1通電后啟動斷路器20，使得斷路器20和輔助開關(guān)16均跳閘(斷開)。螺線管Kl保持通電一段時(shí)間，這段時(shí)間通常短于約25毫秒。當(dāng)斷路器20跳閘時(shí)，線路端(1、2)與它們各自的負(fù)載端(3,4)或插座觸點(diǎn)(5、6)斷開連接。在消除故障狀況之后，斷路器20可以借助于復(fù)位按鈕來復(fù)位。
[0016]中線接地發(fā)射器L2經(jīng)配置以檢測中線接地狀況。(線路中線2通常在線路中在面板處接地，而這并不構(gòu)成中線接地故障狀況)。當(dāng)不存在中線接地狀況時(shí)，中線接地發(fā)射器L2經(jīng)配置以將相等信號耦合到火線和中線中。由于差動變壓器LI經(jīng)配置以感測差動電流，因此由中線接地發(fā)射器L2提供的相等信號能有效地彼此抵消。另一方面，當(dāng)負(fù)載中線(即，連接到負(fù)載中線端4或中線插座觸點(diǎn)6的導(dǎo)線)意外接地時(shí)，會發(fā)生中線接地狀況。這樣會在中線線路端2與中線負(fù)載端4之間形成(相對于中線返回路徑)并聯(lián)的導(dǎo)電路徑。因此，另一信號圍繞著該電流回路循環(huán)，并且耦合到中線(而非火線)上，以產(chǎn)生差動電流。差動變壓器LI對火線與中線之間的差動電流進(jìn)行感測，且檢測器18響應(yīng)于此而生成故障檢測信號。該故障檢測信號會使斷路器20跳閘。當(dāng)跳閘時(shí)，斷路器20借助于觸點(diǎn)24而去除與火線端(1、3、5)的耦接，并借助于觸點(diǎn)22而去除與中線端(2、4、6)的耦接。在故障信號被移除之后，斷路器20可以借助于復(fù)位按鈕(未圖示)而手動復(fù)位，該復(fù)位按鈕將中線觸點(diǎn)22和火線觸點(diǎn)24閉合。因此，當(dāng)斷路器20處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，端(1、3、5)通過火線觸點(diǎn)24互連，而中線端(2、4、6)通過中線觸點(diǎn)22互連。當(dāng)斷路器20處于跳閘狀態(tài)時(shí)輔助開關(guān)16斷開，而當(dāng)斷路器處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)輔助開關(guān)閉合。
[0017]參考雙電源電路30，所述雙電源電路用于滿足檢測功能(上文描述)以及下文描述的通用自動測試功能的需要。雙電源電路30包括第一電源部分，所述第一電源部分包括與電阻器R8串聯(lián)的二極管D2的串聯(lián)電路。該串聯(lián)電路設(shè)置在二極管D6的陰極與二極管D15的陽極之間。因此，該第一電源部分經(jīng)由二極管D6和螺線管Kl連接到線路火線，并且進(jìn)一步經(jīng)配置以經(jīng)由二極管D15向檢測器18的電源端供電。二極管D6進(jìn)一步連接到第二電源部分，所述第二電源部分包括與電阻器RlO串聯(lián)的二極管D16的串聯(lián)電路。該串聯(lián)電路連接到二極管D15的陰極。第二電源部分經(jīng)配置以對電容器C2充電，而第一電源部分經(jīng)配置以對并聯(lián)電容器組(C15至C19)充電。電容器組(C15至C19)的總電容大于電容C2的電容。電容器組(C15至C19)存儲了足夠能量，以在負(fù)半周期自動測試過程中維持電源電壓。當(dāng)AC線路周期為負(fù)時(shí)，二極管D15正向偏置，從而將電容器組(C15至C19)耦接到電容器C6。由于在負(fù)半周期中電源是接通的，因此檢測器18也會對此自動測試做出響應(yīng)。
[0018]當(dāng)GFCIlO檢測到故障狀況時(shí)，它經(jīng)配置以在AC線路周期的正半周期使斷路器20中斷。為了滿足跳閘時(shí)間要求，第二電源部分(D16，R10)經(jīng)配置以在小于約2毫秒內(nèi)充電至滿電源電壓。這意味著，在正半周期中檢測到危險(xiǎn)的接地故障狀況并迅速將其中斷。另一方面，由于電容器組(C15至C19)的值較大，因此第一電源部分(D2、R8)充滿電的耗時(shí)較長。該電源(D2、R8)以大約15毫秒的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行充電。然而，由于二極管D15的反向偏置，因此無法阻止第二電源部分(D16、R10)快速充電?？傊?，檢測器18在正半周期中依靠第二電源(D16、R10)來進(jìn)行接地故障檢測，而在負(fù)半周期中依靠第一電源(D2、R8)來進(jìn)行自動測試。
[0019]在此，對通用自動測試電路12進(jìn)行論述比較有幫助，因?yàn)殡p電源30的目的之一是支持自動測試電路12。當(dāng)FET Q2接通時(shí)，自動測試電路12會借助于電線回路12-1生成模擬中線接地測試信號。當(dāng)FET Q2轉(zhuǎn)為接通狀態(tài)(ON)時(shí)，中線接地發(fā)射器L2產(chǎn)生振蕩信號，所述振蕩信號是滿電源電壓的函數(shù)。在接通狀態(tài)(ON)的FET Q2的電阻小于約4歐姆。因此，電線回路12-1與FET Q2 (處于接通狀態(tài)(ON))—起形成穿過差動變壓器LI和中線發(fā)射器L2的回路，以模擬中線接地狀況。在一個(gè)替代實(shí)施例中，電線回路12-1可以包括設(shè)置在線路中線端2與負(fù)載中線端4之間的中線導(dǎo)體的一部分，而不是具有穿過變壓器(L1、L2)的第三電線。將第三電線放置在電線回路內(nèi)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，提高了抗噪聲性。當(dāng)采用第三電線時(shí)，電線回路12-1與中線是隔離的，這樣，在自行測試過程中，在電線回路12-1中傳播的電流不會受到電壓下降或中線中傳播的電噪聲的影響。否則，在中線上傳播的噪聲可能損害測試故障信號以及GFCI對該信號的檢測。
[0020]FET接通狀態(tài)的定時(shí)由定時(shí)電阻器Rl來控制。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，F(xiàn)ETQ2在AC電源的正半周期即將結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)為接通狀態(tài)(0N)，且在負(fù)半周期的一部分中保持接通狀態(tài)(0N)，以產(chǎn)生測試故障信號。響應(yīng)于在電線回路12-1中傳播的測試電流，中線接地變壓器L2生成差動電流。該差動電流繼而由變壓器LI感測到。如果電路正確地工作，那么由LI提供的傳感器信號應(yīng)被檢測器18視作故障。如上所述，在正常運(yùn)作過程中并且當(dāng)GFCIlO正確地運(yùn)作時(shí)，故障檢測器18提供足以接通SCR Ql的故障檢測信號。然而，自動測試在負(fù)半周期中或在正半周期的后期執(zhí)行，從而在正半周期中，SCR Ql不會在一個(gè)時(shí)間轉(zhuǎn)為接通狀態(tài)(ON)從而可能引起斷路器無故跳閘。在一項(xiàng)實(shí)施例中，SCR Ql在AC線路周期的正半周期的后期轉(zhuǎn)為接通(0N)，其中流經(jīng)SCR Ql的電流量不足以使雙螺線管Kl中的GFCI螺線管Kl-1通電。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，Ql在負(fù)半周期接通(0N)，在接下來的正半周期之前保持接通狀態(tài)(0N)，直到電源30充分放電，這在接下來的正半周期開始之前發(fā)生。此夕卜，在負(fù)半周期中，由二極管D6來防止SCR Ql將電流引導(dǎo)穿過雙螺線管K1-1。
[0021]針對回路12-1生成的模擬故障信號使用相對較長的持續(xù)時(shí)間的一個(gè)原因在于，確保檢測器18有足夠的時(shí)間來對自行測試進(jìn)行檢測。此方法的一個(gè)缺點(diǎn)涉及傳感器芯中的磁通量的持續(xù)時(shí)間。具體而言，如果該芯中的磁通量延續(xù)到隨后的正半周期，那么所得的傳感器輸出將使檢測器18不當(dāng)?shù)亟油⊿CR Ql并且使裝置10無故跳閘。為此，在負(fù)半周期結(jié)束之前，雙電源30的輸出電壓會發(fā)生崩潰。崩潰的電源電壓能防止無故跳閘，其中一個(gè)原因在于中線接地振蕩無法在沒有電源輸出電壓時(shí)持續(xù)。即使FET Q2接通(0N)，一旦電源電壓崩潰，傳感器芯中基本上也不存在磁通量。因此，如果電源電壓30在負(fù)半周期結(jié)束之前崩潰，那么另外將由FET Q2生成的中線接地振蕩無法延續(xù)到正半周期。因此，雙電源30的崩潰防止了自動測試功能引起的無故跳閘。
[0022]最后，讀者應(yīng)注意GFCI電源30與輔助開關(guān)和螺線管Kl是串聯(lián)的。當(dāng)輔助開關(guān)16閉合時(shí)，螺線管Kl的電感保護(hù)GFCI電源免于雷擊電涌，否則此雷擊電涌可能會損壞GFCI。另一方面，輔助開關(guān)16在SCR Ql短路時(shí)保護(hù)了螺線管K1-1，因?yàn)楫?dāng)斷路器20跳閘時(shí)它中斷了供給GFCI電路的電力。同樣地，輔助開關(guān)16在SCR Q3短路時(shí)保護(hù)了另一個(gè)螺線管K1-2，因?yàn)楫?dāng)斷路器20跳閘時(shí)它中斷了供給自行測試電路的電力。
[0023]現(xiàn)在更詳細(xì)地描述防止無故跳閘特征。在自行測試過程中，F(xiàn)ET Q2轉(zhuǎn)為接通(0N)，且中線接地發(fā)射器L2產(chǎn)生振蕩信號，所述振蕩信號是滿電源電壓的函數(shù)。如果檢測器18在運(yùn)作，那么SCR Ql在AC線路周期的約225°至280°處(即，在負(fù)半周期的一部分中)轉(zhuǎn)為接通(0N)。因此，電容器C2和電容器組C15至C19經(jīng)由SCR Q1、二極管D8和電阻器R6進(jìn)行切斷電源式放電(dump-di scharged)，從而使電源的輸出電壓崩潰。由于時(shí)間常數(shù)與電容器組C15至C19相關(guān)，因此放電過程將漸漸發(fā)生。隨著電源電壓根據(jù)上述時(shí)間常數(shù)漸漸崩潰，中線接地發(fā)射器L2所產(chǎn)生的振蕩信號的幅度也減小。繼而，在圍繞回路12-1流動的中線接地模擬電流也減小。最后，變壓器芯中的磁通量太低以至于它提供給故障檢測器18的傳感器信號無法表示故障狀況。上述過程在負(fù)半周期結(jié)束之前發(fā)生。因此，在隨后的正半周期開始時(shí)，變壓器芯中只有很少或沒有磁通量。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，電容器組C15至C19時(shí)間常數(shù)約為0.5毫秒，中線接地振蕩的時(shí)間約為0.15毫秒。
[0024]GFCI電路還包括三個(gè)金屬氧化壓敏電阻(M0V1、M0V2和M0V3)，這三個(gè)金屬氧化物壓敏電阻經(jīng)配置以保護(hù)GFCI免于雷擊電涌。MOVl用于保護(hù)低電壓電路。M0V2和M0V3保護(hù)GFCI電路和自行測試電路。由于MOVl設(shè)置成跨過線路，因此它的尺寸相對較大(12mm)，以抵抗電涌。由于M0V2、M0V3分別與GFCI螺線管Kl-1和自行測試螺線管K1-2串聯(lián)，因此它們的尺寸可以相對較小(例如，5mm)。雙螺線管Kl的電感用作高頻濾波器，它限制了 M0V2和M0V3在雷擊的情況下必需吸收的電涌能量。
[0025]參考圖1B，它揭示了圖1A中描繪的保護(hù)性裝置的微控制器40部分的示意圖。在一個(gè)實(shí)施例中，微控制器40可以由處理器例如瑞薩科技(Renesas)的R5F10266等來實(shí)施。處理器40提供用于數(shù)字時(shí)鐘的IMHz時(shí)鐘信號以及其他內(nèi)部定時(shí)信號。處理器40為在嵌入式處理器設(shè)計(jì)中廣泛使用的16位微控制器。處理器40包括用于存儲固件的2KB ROM以及用于實(shí)施接線狀態(tài)寄存器的2KB閃存。
[0026]所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)顯而易見地認(rèn)識到，可以根據(jù)處理復(fù)雜度對本實(shí)用新型的處理器40做出修改和變化。嵌入式處理器40包括板上存儲器，該板上存儲器通常包括隨機(jī)存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。嵌入式處理器40功能可以使用以下各種形式來實(shí)施，如硬件、軟件、嵌入式處理器、信號處理器、RISC計(jì)算機(jī)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)裝置、門陣列狀態(tài)機(jī)、定制集成電路以及/或者上述裝置的組合。RAM存儲器可以具有備用電池。因此，本實(shí)用新型的實(shí)施例并不限于硬件電路系統(tǒng)和/或軟件的任何特定組合。在本文中，可以將RAM與ROM—起并稱為“計(jì)算機(jī)可讀媒體”。本文中所用的術(shù)語“計(jì)算機(jī)可讀媒體”指代在向處理器提供數(shù)據(jù)和/或指令以用于執(zhí)行的過程中所參與的任何媒體。舉例來說，本文中所采用的計(jì)算機(jī)可讀媒體可以包括任何合適的存儲器裝置，包括SRAM、DRAM、NVRWM、PROM、E2PROM,閃存存儲器，或任何合適類型的存儲器。閃存存儲器或帶備用電池的RAM為非易失性存儲器的實(shí)例，所述非易失性存儲器在本文中用來對針對多用途錯(cuò)誤接線目的的裝置的接線狀態(tài)進(jìn)行存儲。
[0027]現(xiàn)在來看處理器40，注意處理器40的引腳14為通過R25耦接到線路火線的零交叉輸入端(zero cross input)。盡管處理器40具有其自身時(shí)鐘,但是由于其操作頻率較高而通常大于約1MHz，因此將其用于對較長的定時(shí)間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)通常是不實(shí)際的。引腳14允許用精確性稍低的方式來計(jì)時(shí)，即，將線路周期用作定時(shí)信號。因此，精確性稍低的定時(shí)信號可以支持再循環(huán)指示器，該再循環(huán)指示器可以大約每秒鐘循環(huán)一次。也可以使用該不精確定時(shí)信號來做出壽命終止決策。上述自行測試功能可能在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)需要測試接受信號，該預(yù)定時(shí)間段的范圍為約3個(gè)線路周期至3小時(shí)的時(shí)間段。另外，零交叉信號還允許處理器40將自行測試信號與AC電源同步，例如在負(fù)半周期內(nèi)發(fā)生。
[0028]處理器40的引腳13為GFCI監(jiān)控輸入端，該輸入端耦接到SCR Ql的陽極。如上所述，當(dāng)執(zhí)行自行測試功能時(shí)，SCR Ql在負(fù)半周期內(nèi)被啟動。該信號被處理器40作為測試接受信號來寄存，即，GFCI在正常地工作。每當(dāng)引腳13電壓變低，處理器40的內(nèi)部“壽命終止”定時(shí)器便重置。但注意，引腳13還耦接到濾波器電路(R14、C14和R17)。該濾波器移除高頻噪聲，所述高頻噪聲可能錯(cuò)誤地指示裝置10通過了壽命終止測試。如果壽命終止定時(shí)器在預(yù)編程的時(shí)間幀內(nèi)未復(fù)位，那么它將發(fā)信號通知處理器40中的CPU以壽命終止?fàn)顩r已達(dá)到。CPU使引腳16和19的電壓升高。引腳16連接到指示器LED D7。引腳19經(jīng)由二極管D3、濾波器電路(R15、C20)以及SCR Q3耦接到自行測試螺線管K1-2。
[0029]引腳17具有通電復(fù)位(POR)能力。引腳17耦接到接地端T2、R24、R22、R23、D13、D14以及Q5。簡言之，處理器40立刻將QS接通(0N)，以將測試信號注入設(shè)置在配電系統(tǒng)的地線導(dǎo)體中，所述配電系統(tǒng)連接到T2。通電復(fù)位(POR)引腳17以下文參考圖2A至圖2H描述的各種方式進(jìn)行使用。
[0030]如上簡要描述，引腳16驅(qū)動多用途指示器D7。處理器40可以經(jīng)編程以驅(qū)動指示器D7，從而提供多個(gè)指示，這些指示包括跳閘指示、復(fù)位指示、壽命終止指示、夜明燈能力，以及/或者接地連續(xù)性指示。所示指示器D7為視覺指示器(LED)，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，它可以實(shí)施為聽覺指示器或?qū)嵤槁犛X兼視覺指示器。當(dāng)檢測到壽命終止?fàn)顩r時(shí)，指示器D7可以提供循環(huán)或振蕩指示以警告用戶電力中斷即將發(fā)生。在預(yù)定間隔之后，實(shí)施電力中斷以使GFCI跳閘。一旦跳閘，GFCI便無法復(fù)位。在另一個(gè)實(shí)施例中，GFCI可以復(fù)位，但是GFCI在另一個(gè)預(yù)定間隔之后會再次跳閘。指示器D7也可以用于指示POR測試失敗并且提供與自行測試壽命終止?fàn)顩r不同的獨(dú)特顯示。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，POR失敗顯示為再現(xiàn)的雙閃爍或雙嗶聲。
[0031]引腳20為整數(shù)狀態(tài)(INT STATUS)引腳，并且將中斷觸點(diǎn)20的狀態(tài)提供給處理器40。它用間接的方式這樣做，從而對輔助開關(guān)16的斷開或閉合狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。間接監(jiān)控的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，無需將電路系統(tǒng)連接到負(fù)載側(cè)端。這樣的電路系統(tǒng)可能需要被隔離，使得當(dāng)斷路器20處于跳閘狀態(tài)時(shí)，不會妥協(xié)去除線路端(1、2)與負(fù)載端(3、4、5、6)的耦接。因此，可以避免使用昂貴的隔離電路系統(tǒng)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，引腳20還對輔助開關(guān)16的壽命終止?fàn)顩r進(jìn)行監(jiān)控。確切地說，引腳20連接到寄存器R7、R9和R20，以及雙螺線管Kl的自行測試部分螺線管K1-2。當(dāng)輔助開關(guān)16斷開時(shí)，由于R7的電壓被劃分在串聯(lián)電阻器R9和R20上，因此引腳20處的電壓為低。當(dāng)輔助開關(guān)16閉合時(shí)，引腳20處的電壓為高。
[0032]輔助開關(guān)16和雙螺線管Kl通過如下方式保護(hù)電路。當(dāng)輔助開關(guān)16閉合時(shí)，自行測試螺線管K1-2的電感保護(hù)R7、R9、R20以及引腳20免于雷擊電涌。還注意，輔助開關(guān)16在跳閘狀態(tài)下中斷供給雙螺線管Kl的線圈的電力。這意味著當(dāng)SCR Q3短路(發(fā)生故障)時(shí)，供給自行測試螺線管K1-2的電力被中斷以保護(hù)它使其免于燒壞。同樣地，當(dāng)SCR Ql短路(發(fā)生故障)時(shí)，供給GFCI螺線管Kl-1的電力被中斷以保護(hù)它使其免于燒壞。在沒有輔助開關(guān)16的情況下，如果其中一個(gè)螺線管燒壞，故障狀況可以無限持續(xù)；K1則可能無法驅(qū)動斷路器20來中斷它。然而，通過包含輔助開關(guān)，斷路器在每次嘗試復(fù)位時(shí)均會保持跳閘。這意味著，可以避免因短路狀況的產(chǎn)生而提供未受保護(hù)的電力給負(fù)載端的風(fēng)險(xiǎn)。
[0033]弓丨腳19為自動監(jiān)控器(AUT0_M0NIT0R)輸入端且用于經(jīng)由自行測試螺線管Kl_2來使斷路器跳閘。參考圖1Α，自動監(jiān)控器輸入端經(jīng)由電阻器R15和電容器C20而耦接到SCRQ3的控制輸入端。Q3的陽極經(jīng)由二極管D3而連接到螺線管Κ1。在替代實(shí)施例中，引腳17可以連接到二極管D17(見圖1Α)并且可以用于在壽命終止?fàn)顩r下將SCR Ql接通(0N)。因此，雙螺線管(Κ1-1，Κ1-2)的兩側(cè)可以用于使斷路器20跳閘，以確保裝置10在壽命終止時(shí)跳閘。
[0034]引腳10 (VCC)耦接到冗余處理器電源35并且從斷路觸點(diǎn)的線路邊獲得電力。處理器電源35的各部件連接到線路火線并且包括D4、R5、D5和C12。處理器電源35允許自行測試電路在GFCI電源30 (見圖1Α)中發(fā)生壽命終止?fàn)顩r下運(yùn)作。讀者應(yīng)注意，GFCI電源30在跳閘狀態(tài)下斷電。見上文。然而，由于處理器40自身具有電源35，該電源從端I而不是借助于輔助開關(guān)16來接收電力，因此該處理器在跳閘狀態(tài)下是可作用的。
[0035]本實(shí)用新型提供錯(cuò)誤接線保護(hù)能力。該功能只需一位的非易失性存儲器，但是系統(tǒng)存儲器可以包括更多位。所述一位存儲器，即，接線狀態(tài)寄存器，用于存儲裝置的接線狀態(tài)。(1=正確接線，0=錯(cuò)誤接線)。因此，當(dāng)接線狀態(tài)寄存器存儲I (ONE)時(shí)，處理器40允許斷路器20復(fù)位(假定壽命終止?fàn)顟B(tài)不再存在)。然而，如果接線狀態(tài)寄存器為低(LOW)，那么它指示錯(cuò)誤接線狀況且斷路器20無法保持復(fù)位，因?yàn)樘幚砥鲗⒁恢笔箶嗦菲魈l，直到實(shí)現(xiàn)正確接線且存儲位被設(shè)置成高(HIGH)狀態(tài)為止。如上所述，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，接線狀態(tài)寄存器使用閃存存儲器來實(shí)施。
[0036]當(dāng)制造GFCI裝置時(shí)，在該裝置進(jìn)入商用電流之前的最終組裝步驟之一為，將邏輯零寫入接線狀態(tài)寄存器中。這是通過以下順序來實(shí)現(xiàn)的。將源電壓施加給負(fù)載端以模擬錯(cuò)誤接線狀況。通過使斷路器20復(fù)位來使GFCI電源30和自行測試電源通電。施加模擬故障狀況，以使該裝置跳閘(這可以通過按下測試按鈕來實(shí)現(xiàn))。當(dāng)中斷觸點(diǎn)20被跳閘時(shí)，整數(shù)狀態(tài)引腳20的電壓變低，且零交叉輸入端引腳14停止提供零交叉數(shù)據(jù)。在自行測試電源的電壓開始衰減前，處理器40將運(yùn)作約兩個(gè)線路周期。此時(shí)，處理器40將跳閘狀態(tài)下不存在零交叉數(shù)據(jù)解譯為指示裝置10被錯(cuò)誤接線，并且因此將所述一位存儲器設(shè)置為邏輯O(ZERO)狀態(tài)。隨后，每次嘗試復(fù)位時(shí)，處理器40便來引導(dǎo)SCR Q3以經(jīng)由自行測試螺線管K1-2使斷路器20跳閘。一位存儲器將一直保持邏輯O (ZERO)狀態(tài)，直到處理器40檢測到正確接線狀況并且將一位寄存器的值設(shè)置為等于邏輯I (ONE)。
[0037]接線狀態(tài)寄存器根據(jù)以下順序來設(shè)置為邏輯I (ONE)。很明顯，必須將AC電源施加給線路端。最初通過按下測試按鈕來使GFCI跳閘(如果尚未跳閘的話)。當(dāng)正確接線時(shí)，將零交叉數(shù)據(jù)提供給處理器40，即使在該裝置跳閘時(shí)也如此。因此，處理器40對引腳14(ZC)和引腳20 (整數(shù)狀態(tài))進(jìn)行讀取并且在跳閘狀態(tài)下中斷對零交叉數(shù)據(jù)的接收，以指示裝置10正確接線。處理器40將邏輯I (ONE)值寫入接線狀態(tài)寄存器中并且允許該裝置在用戶將裝置10復(fù)位后保持復(fù)位狀態(tài)。
[0038]如果裝置10從服務(wù)中被移除，且隨后重新正確安裝，那么處理器將讀取接線狀態(tài)寄存器中的邏輯I (ONE)值并且允許復(fù)位。另一方面，如果該裝置在重新安裝時(shí)錯(cuò)誤接線，那么處理器經(jīng)編程以響應(yīng)于用戶對測試按鈕的操作來執(zhí)行上述接線狀態(tài)檢測測試。
[0039]在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例中，一位存儲器被相反地配置，使得邏輯O (ZERO)狀態(tài)表示正確接線狀況而邏輯I (ONE)狀態(tài)表示錯(cuò)誤接線狀況。
[0040]如果接線狀態(tài)檢測測試失敗(B卩，存在錯(cuò)誤接線狀況)，那么處理器40依靠自行測試程序來讓檢測器18使斷路器20跳閘。在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例中，在不生成模擬故障狀況下，處理器40可以經(jīng)編程以使用AUT0_M0NIT0R引腳來引導(dǎo)SCR Q3使該裝置跳閘。在上述另一個(gè)實(shí)施例中，引腳17可以連接到二極管D17 (見圖1A)并且可以用于在存在錯(cuò)誤接線狀況的情況下將SCR Ql接通(0N)。
[0041]參考圖2A至圖2H，它們揭示了本實(shí)用新型的自動多用途錯(cuò)誤接線檢測特征的圖形描繪。確切地說，這些特征與圖1B中描繪的POR電路50 (引腳17)的功能有關(guān)。圖2A至圖2H提供了意欲幫助讀者理解該標(biāo)的物的簡圖。在每個(gè)描繪中，所示斷路器20處于復(fù)位位置。
[0042]在圖2A中，GFCIlO正確接線。接地電路50 (見圖1A)設(shè)置在LI的線路邊，并且通過電開關(guān)Q5而接地。每當(dāng)處理器40從斷電狀態(tài)轉(zhuǎn)換成通電狀態(tài)時(shí)，Q5自動且立刻閉合。SI被定時(shí)以在正半周期內(nèi)閉合。當(dāng)Q5閉合時(shí)，接地電路50通過線路火線和地線而注入循環(huán)電流(I)以模擬接地故障狀況。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，接地電路50包括15K歐姆的電阻器。該電流不通過LI循環(huán)，因此，不存在LI輸出信號且斷路器不會跳閘。
[0043]在圖2B中，GFCIlO被錯(cuò)誤接線。在這種情況下，接地電流(I)通過LI循環(huán)且被LI檢測為差動電流。檢測器18將SCR Ql接通(0N)。由于Q5在正半周期內(nèi)閉合，因此SCRQl在正半周期內(nèi)接通(ON)且斷路器20借助于GFCI螺線管Kl-1來跳閘。每當(dāng)復(fù)位按鈕被啟動時(shí)，斷路器將復(fù)位，但是循環(huán)電流恢復(fù)，且斷路器20再次跳閘。該過程自身一直重復(fù)。斷路器將保持復(fù)位且只在錯(cuò)誤接線問題被安裝者更正時(shí)才提供電力。
[0044]圖2C和圖2D所示為自動多用途錯(cuò)誤接線電路系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，接地電路50設(shè)置在LI的負(fù)載邊且Q5在AC線路周期中斷路器無法跳閘的某個(gè)點(diǎn)處(例如，在線路頻率的正半周期的后期或在負(fù)半周期內(nèi))閉合。當(dāng)閉合發(fā)生在正半周期的后期時(shí)，線路電壓不足以使GFCI螺線管釋放跳閘機(jī)構(gòu)。當(dāng)閉合發(fā)生在負(fù)半周期中時(shí)，D6被反向偏置，因此即使SCR Ql接通，GFCI螺線管Kl-1也不通電。圖2C所示為GFCI被正確接線且LI檢測到循環(huán)電流(I)。SCR Ql被接通(ON)但GFCI螺線管Kl-1不使斷路器20跳閘。處理器40識別出SCR Ql已接通(ON)而沒有發(fā)生任何情況。另一方面，圖2D所示為處于錯(cuò)誤接線狀態(tài)下的GFCI。此次循環(huán)電流(I)不被LI檢測到，因此SCR Ql不被轉(zhuǎn)為接通(0N)。處理器40將失敗轉(zhuǎn)成接通(ON)當(dāng)作為壽命終止?fàn)顩r來處理，并且在正半周期的前期發(fā)送一個(gè)信號至自動監(jiān)控器引腳19以將SCR Q3接通，進(jìn)而經(jīng)由自行測試螺線管K1-2來使斷路器20跳閘。
[0045]在圖2E中，示出了自動錯(cuò)誤接線電路的另一個(gè)實(shí)施例。即使存在反極性狀況(AC電壓源中的火線和中線的對換)，該電路配置也提供錯(cuò)誤接線保護(hù)。如圖2E所示，中線4’連接到負(fù)載火線端3，而火線3’電線連接到負(fù)載中線端4。這樣，圖2E示出了反極性狀況和錯(cuò)誤接線狀況兩者。多用途錯(cuò)誤接線電路類似于圖2C至圖2D中所示的實(shí)施例，除了接地電路50經(jīng)由分壓器耦接到線路端(1，2)。這意味著循環(huán)電流(I)即使在反極性狀況下也將流動。通過圖2C至圖2D的方式，當(dāng)存在錯(cuò)誤接線狀況時(shí)，LI不會檢測到循環(huán)電流，這會使斷路器跳閘。然而，當(dāng)存在正確接線狀況時(shí)，能檢測到循環(huán)電流，且不發(fā)生任何情況。
[0046]圖2C至圖2D的實(shí)施例在反極性狀況下不生成循環(huán)電流，因此，即使正確接線，斷路器也不保持復(fù)位。在反極性呈現(xiàn)出電擊危險(xiǎn)(例如在具有極化插頭的某些器具中發(fā)生的危險(xiǎn))的某些情況下，這可能是安全特征。
[0047]POR特征還保護(hù)以防止發(fā)生斷開接地狀況。斷開接地狀況可能是由到達(dá)端T2的不良電氣連接或不具有地線的安裝所導(dǎo)致的。在圖2C至圖2D以及圖2E所示的實(shí)施例中，不存在循環(huán)電流(在存在斷開接地狀況時(shí)發(fā)生)，這使得斷路器跳閘且不會提供電力給負(fù)載端。
[0048]圖2F中示出上電復(fù)位(POR)特征的另一個(gè)實(shí)施例。此處，上電復(fù)位故障為涉及地線和中線的模擬接地中線狀況。模擬接地中線電阻器60小于約4歐姆，量值小于接地故障模擬電路中采用的電阻值的數(shù)量級，例如，接地電路50包括15000歐姆的電阻值。這樣，模擬接地中線方法能夠檢測低阻抗值處的斷開接地狀況。換句話說，模擬接地中線方法可以檢測模擬接地故障方法可能無法檢測到的斷開接地狀況。
[0049]如果電源相線(phase source conductor)和電源中線的極性正好反向偏置,那么當(dāng)FET Q5接通(ON)時(shí)電阻60將設(shè)置在電壓源上，并且該電阻會被燒壞。為了防止發(fā)生這種情況，晶體管62與電阻64串聯(lián)地連接在線路中線端2與接地端T2之間。因此當(dāng)存在正確極性狀況時(shí)晶體管62將斷開(0FF)，而當(dāng)在反極性狀況下火線連接到端2時(shí)，晶體管將接通(0N)。晶體管62防止了 FET Q5在反極性狀況下接通(0N)。當(dāng)晶體管62斷開時(shí)(0FF)，F(xiàn)ET Q5響應(yīng)于來自處理器40的信號而接通(ON)。
[0050]圖2F的實(shí)施例在存在反極性狀況時(shí)不運(yùn)作。這是因?yàn)榧词乖贕FCI正確接線時(shí)，也不存在循環(huán)電流(I)。如果需要使接地中線模擬方案在反極性狀況下仍然起作用，那么“接通(0N)”的晶體管62啟動反向開關(guān)(未圖示)，從而去除電阻(60，64)與線路中線端2的耦接并且隨后將這些電阻器耦接到中線所在處的線路火線端I (電阻(60、64)仍然連接到變壓器L1，L2的一側(cè))。因此，當(dāng)該裝置正確接線時(shí)，即使存在反極性狀況時(shí)，循環(huán)電流(I)也流動。
[0051]圖2G中示出了另一個(gè)實(shí)施例，且示出了模擬電路50可以連接到電路中斷觸點(diǎn)的負(fù)載側(cè)。該電路的運(yùn)作類似于圖2C至圖2D中所示的實(shí)施例。
[0052]圖2G的實(shí)施例示出了將接地連續(xù)性監(jiān)控器接合到例如GFCI等中斷裝置的優(yōu)點(diǎn)。盡管使用了圖2G，但是該優(yōu)點(diǎn)可能在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中顯示出來。負(fù)載70連接到一組負(fù)載端(3、4)。負(fù)載70具有連接到接地端T2的金屬外殼72。如果在面板處的地面74與端T2之間的接地路徑中存在不連續(xù)性，且如果不存在電路中斷供應(yīng)，那么不發(fā)生任何情況。隨后，當(dāng)故障狀況76在負(fù)載70與金屬外殼72之間發(fā)生時(shí)，如果用戶在觸摸外殼72時(shí)則會暴露于電擊的風(fēng)險(xiǎn)中，而沒有東西來阻止。然而，存在斷路器時(shí)，當(dāng)在端T2與地面74之間存在接地不連續(xù)性時(shí)，負(fù)載電力被中斷。當(dāng)負(fù)載70與電源的耦接被去除時(shí)，不可能會因?yàn)樨?fù)載70中絕緣被損害而發(fā)生電擊。這樣，GFCIlO通過以下兩種方式來保護(hù)用戶免于電擊:通過確保地線的存在以及通過能夠檢測并中斷接地故障狀況。圖2G中所示的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，循環(huán)電流(I)穿過該組中斷觸點(diǎn)24。處理器40經(jīng)由SCR Ql接通(ON)來識別出存在循環(huán)電流(I)，并且將此解譯為斷路器20經(jīng)由SCR OUT (引腳15)被復(fù)位。然而，處理器40還通過借助于整數(shù)狀態(tài)(INT STATUS)(引腳20)監(jiān)控輔助開關(guān)16，來對斷路器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)在兩個(gè)處理器輸入端(15、20)(即，一個(gè)指示復(fù)位而另一個(gè)指示跳閘)之間存在不一致時(shí)，處理器40經(jīng)由一個(gè)或兩個(gè)螺線管(Κ1-1、Κ1-2)來啟動跳閘命令或經(jīng)由指示器D7來指示斷路器20中的壽命終止?fàn)顩r。斷路器壽命終止?fàn)顩r的一個(gè)實(shí)例為焊接式電力觸點(diǎn)。
[0053]在圖2H中，上電復(fù)位(POR)特征從輔助開關(guān)電路16和螺線管Kl-1或Kl_2中獲得電力。再來參考圖1Α，螺線管Kl-1和MOVl的電感，或螺線管Κ1-2和M0V3的電感，保護(hù)了接地部件50和晶體管Q5電路免于雷擊電涌。
[0054]如本文所實(shí)現(xiàn)且如圖3所描繪，揭示了根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的保護(hù)性裝置的示意圖。在該實(shí)施例中，GFCI的核心功能類似于圖1A至圖1B中所描繪的裝置。
[0055]一個(gè)差異涉及GFCI電源。在該實(shí)施例中，包括二極管D4、電阻器R8和RlO以及電容器C6的單個(gè)電源30提供了未過濾的半波電源。GFCI電源D4只在正半周期內(nèi)才“接通”。因此，該實(shí)施例在負(fù)半周期內(nèi)不執(zhí)行自行測試。相反，自行測試在正半周期快結(jié)束時(shí)執(zhí)行，此時(shí)瞬時(shí)電源電壓近乎零交叉，因此足夠低，這使得斷路器不會跳閘。
[0056]接地中線模擬電路由來自處理器80的信號來驅(qū)動。該方法關(guān)于在AC線路周期上的何處執(zhí)行接地中線測試信號，提供了更大的靈活性。該特征允許對電源進(jìn)行一些簡化。該特征還允許處理器用更大的靈活性來安排測試，即，自行測試無需在每一 AC線路周期執(zhí)行。這樣允許處理器80將壽命終止跳閘決策延到更長時(shí)間段之后。延遲跳閘決策減少了由于某瞬間負(fù)載狀況(例如，可能使壽命終止測試機(jī)構(gòu)失效的涌入)而無故跳閘的幾率。注意，處理器80的引腳17耦接到測試開關(guān)。當(dāng)按下測試開關(guān)(TEST)時(shí)，引腳17的電壓變高(HIGH)，以警告處理器80發(fā)生了手動測試事件。如上所述，手動測試特征使斷路器20跳閘。此外，該實(shí)施例的接線狀態(tài)檢測特征類似于圖1A至圖1B的實(shí)施例，除了 POR特征以外。手動測試按鈕的啟動使處理器80執(zhí)行上述錯(cuò)誤接線檢測程序。由于涉及到按鈕，因此該方法稱為“手動”多用途錯(cuò)誤接線。該按鈕可以為離散的測試按鈕或它可以為組合按鈕，其中測試功能在該按鈕被按下以完成測試電路并且機(jī)械地耦接到斷路器時(shí)執(zhí)行，使得當(dāng)包含POR特征時(shí)，不涉及任何按鈕，這就是它被稱為提供“自動”多用途錯(cuò)誤接線的原因。不管怎樣，處理器(40、80)經(jīng)編程以基于GFCIlO是正確接線還是錯(cuò)誤接線來改變接線狀態(tài)寄存器的狀態(tài)。并且不管怎樣，接線狀態(tài)由跳閘狀態(tài)下是否存在零交叉來決定。
[0057]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，處理器80使用富士通公司(Fujitsu)的MB95f564k處理器來實(shí)施。如先前的實(shí)施例一樣，該處理器為20引腳裝置且包括具有IMHz時(shí)鐘、20KB ROM以及496B閃存存儲器的8位處理器。
[0058]參考圖4A至圖4C，揭示了根據(jù)本實(shí)用新型的各種時(shí)間圖。在圖4A至圖4C中，正半周期表示為P1-Pn，其中P指代正半周期，且N為正半周期的整數(shù)目。因此，P1為第一正周期，P2為第二正周期，如此類推。負(fù)半周期標(biāo)記為N1-Nm,其中N指代負(fù)半周期，且M為周期的整數(shù)目，這樣，N1為第一負(fù)周期，N2為第二負(fù)周期，如此類推。
[0059]圖4A至圖4B適用于GFCI電源30在整個(gè)AC線路周期(B卩，正半周期加負(fù)半周期)的絕大部分中通電的情況，而圖4C適用于這樣的實(shí)施例，其中電源在負(fù)半周期的絕大部分中不通電。
[0060]簡言之，術(shù)語“自行測試”指代接地中線自行測試、接地故障自行測試或AFCI自行測試。如果在AFCI中包含GFCI功能以感測特定電弧故障狀況(例如，在線路與地線之間發(fā)生的電弧故障)，那么AFCI自行測試可以包括接地中線測試或接地故障自行測試。POR測試在本文中描述為包括以下項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng):自動多用途錯(cuò)誤接線測試、接地連續(xù)性測試，或反極性測試。
[0061]參考圖4A，斷路器10經(jīng)配置以在正半周期P1-P7內(nèi)跳閘。所有測試發(fā)生在負(fù)半周期內(nèi)。圖4A示出了一些測試組合的混合和匹配的可能性。如圖所示，測試發(fā)生在半周期N1-N3與N5-N6內(nèi)。不在正半周期內(nèi)進(jìn)行測試的一個(gè)原因是為了避免任何誤跳閘。測試也不在半周期N4內(nèi)執(zhí)行。讀者應(yīng)注意，負(fù)半周期被劃分為各區(qū)段(即，A、B，有時(shí)還有C)。例如，負(fù)半周期N3還包括“C”區(qū)段?；谶@些區(qū)段，模擬接地中線測試在負(fù)半周期N1, N2和N5中標(biāo)記為“A”的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行，且在這些周期的B部分內(nèi)不執(zhí)行其他測試。處理器40/80被固件安排在負(fù)半周期N3的區(qū)段A中執(zhí)行自行測試，以及在該半周期的區(qū)段C中執(zhí)行POR測試。在負(fù)半周期N6內(nèi)，在區(qū)段A中執(zhí)行另一個(gè)POR測試，而不是執(zhí)行自行測試。相應(yīng)地，自行測試在選定的負(fù)半周期內(nèi)執(zhí)行。POR測試可以在自行測試不執(zhí)行時(shí)執(zhí)行，或有時(shí)，這兩個(gè)測試可以在同一半周期內(nèi)執(zhí)行。處理器通常在電源電壓剛施加給該裝置之后立刻安排POR測試。
[0062]負(fù)半周期自行測試的持續(xù)時(shí)間被減小，以避免潛在的測試信號侵入接下來的正半周期并引起無故跳閘。相應(yīng)地，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例將區(qū)段A實(shí)施為約4毫秒(mS)的窗口，在該窗口內(nèi)執(zhí)行模擬接地中線故障測試。在另一個(gè)實(shí)施例中，自行測試執(zhí)行模擬接地故障相對快于接地中線測試。在另一個(gè)實(shí)施例中，GFCI的噪聲濾波器級25 (見圖1A)被繞過，以縮短測試時(shí)間。例如，處理器40的引腳I可以將錯(cuò)誤(ERROR)信號輸入提供給檢測器18，以繞過濾波器25，使得SCR Ql在約2mS內(nèi)接通(ON)。如果檢測器18或SCR Ql無法在預(yù)定時(shí)間幀內(nèi)做出響應(yīng)，那么處理器引導(dǎo)SCR Q3使該裝置跳閘。該特征減小了無故跳閘的幾率，并且還減少了半波電源在負(fù)半周期內(nèi)需持續(xù)的時(shí)間量。因此，在該實(shí)施例中，組(C15至19)中電容器的數(shù)量可以減少。
[0063]在圖4B中，示出了根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的類似的半周期框架。此處，自行測試在負(fù)半周期K、N2和N6的A區(qū)段內(nèi)執(zhí)行，而POR測試在正半周期P4、P6和P7的B區(qū)段部分內(nèi)執(zhí)行。圖4B示出了本實(shí)用新型范圍內(nèi)一些測試組合的混合和匹配的可能性。
[0064]在圖4C中，自行測試和POR測試均由處理器80在正半周期內(nèi)執(zhí)行。同樣，測試發(fā)生在正半周期的后期，此時(shí)斷路器無法跳閘。例如，自行測試在正半周期PpP2和P6的B區(qū)段內(nèi)執(zhí)行且被定時(shí)使得SCR Ql相對近乎零交叉地接通(0N)，使得能量不足以使螺線管Kl通電。POR測試在正半周期PJP P5內(nèi)執(zhí)行。在圖3的實(shí)施例中，例如，GFCI電源30在正半周期的絕大部分中通電，而在負(fù)半周期的足夠時(shí)間內(nèi)不通電以允許此時(shí)進(jìn)行測試。
[0065]盡管以上描述了 GFCI，但是其他保護(hù)性裝置也是適用的，例如AFCI或組合式AFCI/GFCI。
[0066]本文所述的所有參考文獻(xiàn)，包括公開案、專利申請案以及專利都以引用的方式并入本文中，正如將每份參考文獻(xiàn)個(gè)別及具體地指明是通過引用的方式完整地并入本文并于本文獲得陳述的那樣。
[0067]在說明本實(shí)用新型的過程中使用了術(shù)語“一”和“所述”以及類似的詞語(尤其是在所附權(quán)利要求書中)，應(yīng)該將這些術(shù)語解釋為既涵蓋單數(shù)又涵蓋復(fù)數(shù)，除非本文中另有指明或上下文有明確的相反提示。應(yīng)該將術(shù)語“包含”、“具有”、“包括”以及“含有”解釋為開放性術(shù)語(即，表示“包括但不限于”)，除非另有說明。應(yīng)該將術(shù)語“所連接的”解釋為部分或完全包含于其中、附接到或結(jié)合在一起，即使是存在中介元件時(shí)也是如此。
[0068]本文中所敘述的數(shù)值范圍僅僅是一種速記，意圖用于按個(gè)別方式提及屬于相關(guān)范圍的每個(gè)獨(dú)立的值，除非本文中另有說明；并且每個(gè)獨(dú)立的值都并入本說明書中，正如這些值按個(gè)別方式陳述于本文中一樣。
[0069]本文中所述的所有方法都可以按任何適當(dāng)次序加以執(zhí)行，除非本文中另有指明或上下文有明確的相反提示。對本文中所提供的任何以及所有實(shí)例或示例性語言(例如“諸如”)的使用都僅僅為了更好地說明本實(shí)用新型的實(shí)施例，而并非對本實(shí)用新型的范圍加以限制，除非另外主張。
[0070]本說明書中任何措辭都不應(yīng)被解釋為將任一非要求保護(hù)的元件指示為實(shí)踐本實(shí)用新型所必須的。
[0071]在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型作各種修改和變化。本文絕非意圖將本實(shí)用新型限于所揭示的一種或多種特定形式，相反，而是意圖涵蓋所附權(quán)利要求書所界定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)的所有修改、替代結(jié)構(gòu)以及等效物。因此，本實(shí)用新型應(yīng)涵蓋所有屬于所附權(quán)利要求書及其等效物的范圍內(nèi)的修改和變化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，所述配電系統(tǒng)包括耦接到AC電源的多個(gè)線路導(dǎo)體，以及多個(gè)負(fù)載導(dǎo)體，所述裝置包括: 經(jīng)配置以在接線狀態(tài)下來端接所述多個(gè)線路導(dǎo)體和所述多個(gè)負(fù)載導(dǎo)體的多個(gè)線路端和多個(gè)負(fù)載端；在所述多個(gè)線路導(dǎo)體端接到所述多個(gè)線路端時(shí)，所述接線狀態(tài)處于正確接線狀況；當(dāng)所述多個(gè)線路導(dǎo)體端接到所述多個(gè)負(fù)載端時(shí)，所述接線狀態(tài)處于錯(cuò)誤接線狀況； 耦接到所述多個(gè)線路端或所述多個(gè)負(fù)載端的保護(hù)性電路組件，所述保護(hù)性電路組件包括至少一個(gè)故障檢測器，其經(jīng)配置以基于在所述多個(gè)線路端中的至少一個(gè)線路端或所述多個(gè)負(fù)載端中的至少一個(gè)負(fù)載端上傳播的電擾動，而生成故障檢測信號； 耦接到所述保護(hù)性電路組件的斷路器組件，所述斷路器組件包括多個(gè)中斷觸點(diǎn)，所述多個(gè)中斷觸點(diǎn)經(jīng)配置以，在復(fù)位狀態(tài)下，響應(yīng)于復(fù)位刺激，而在所述多個(gè)線路端與所述多個(gè)負(fù)載端之間建立連續(xù)性，以及，在跳閘狀態(tài)下，響應(yīng)于包括所述故障檢測信號或錯(cuò)誤接線狀態(tài)信號的跳閘刺激，而在所述多個(gè)線路端與所述多個(gè)負(fù)載端之間建立不連續(xù)性；以及 處理電路，所述處理電路經(jīng)配置以基于在所述跳閘狀態(tài)已建立之后的預(yù)定時(shí)間段內(nèi)，檢測所述多個(gè)線路端處的接線狀態(tài)參數(shù)來確定所述接線狀態(tài)，所述處理電路經(jīng)配置以基于接線狀態(tài)的確定而將接線狀態(tài)指示符存儲在接線狀態(tài)寄存器中，所述接線狀態(tài)寄存器被預(yù)先設(shè)置成，當(dāng)所述AC電源第一次由安裝者施加給所述多個(gè)線路端或所述多個(gè)負(fù)載端時(shí)，使所述斷路器跳閘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，如果所述接線狀態(tài)指示符指示所述AC電源耦接到所述多個(gè)負(fù)載端，所述處理電路經(jīng)配置以在所述復(fù)位刺激之后使所述斷路器跳閘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，如果所述接線狀態(tài)指示符指示所述AC電源耦接到所述多個(gè)線路端，所述處理電路經(jīng)配置以在所述復(fù)位刺激之后保持所述復(fù)位狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，當(dāng)所述裝置進(jìn)入商用電流時(shí)，所述處理電路經(jīng)配置以將所述接線狀態(tài)指示符預(yù)先設(shè)置為錯(cuò)誤接線指/j、l Ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，如果所述處理電路在所述預(yù)定時(shí)間段內(nèi)檢測到所述接線狀態(tài)參數(shù)，所預(yù)先設(shè)置的錯(cuò)誤接線指示變?yōu)檎_接線狀態(tài)指示。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，如果所述處理電路在所述預(yù)定時(shí)間段內(nèi)無法檢測到所述接線狀態(tài)參數(shù)，則保持所預(yù)先設(shè)置的錯(cuò)誤接線指示。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，如果錯(cuò)誤接線指示存儲在所述接線狀態(tài)寄存器中，所述處理電路經(jīng)配置以響應(yīng)于檢測到跳閘刺激而讀取所述接線狀態(tài)寄存器，并且將所述錯(cuò)誤接線狀態(tài)信號提供給所述斷路器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一個(gè)用戶可接觸按鈕元件，所述按鈕元件經(jīng)配置以將所述復(fù)位刺激以及所述跳閘刺激施加給所述斷路器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，所述接線狀態(tài)寄存器由電子存儲裝置來實(shí)施。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，所述接線狀態(tài)寄存器由電容器兀件來實(shí)施。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，所述接線狀態(tài)寄存器以及所述處理電路在單個(gè)集成封裝中實(shí)施。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，所述處理電路實(shí)施為嵌入式微處理器或狀態(tài)機(jī)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，所述處理電路實(shí)施為信號處理器、RISC處理器、CISC處理器、至少一個(gè)專用集成電路、至少一個(gè)現(xiàn)場可編程門陣列裝置、至少一個(gè)定制集成電路，或者上述裝置的組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括接地端，所述接地端經(jīng)配置以在所述配電系統(tǒng)中端接地線，其中所述處理電路經(jīng)配置以不時(shí)地在所述接地端上傳輸預(yù)定信號，所述處理電路經(jīng)配置以監(jiān)控所述電氣接線裝置對所述預(yù)定信號的響應(yīng)，以檢測裝置接線狀況，所述裝置接線狀況選自一組裝置接線狀況，該組裝置接線狀況包括所述錯(cuò)誤接線狀況、所述正確接線狀況、反極性狀況，或斷開接地狀況。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，所述處理電路經(jīng)配置以不時(shí)地執(zhí)行所述保護(hù)性電路組件的裝置完整性測試，所述處理電路經(jīng)配置以在所述保護(hù)性電路組件沒有通過所述裝置完整性測試時(shí)，生成裝置完整性故障信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括測試電路，所述測試電路經(jīng)配置以生成測試信號以作為所述裝置完整性測試一部分，所述測試信號在AC電源的周期的預(yù)定部分內(nèi)不時(shí)地生成，如果所述保護(hù)性電路組件在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)未能響應(yīng)所述測試信號，所述處理器則生成所述裝置完整性故障信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，接線確認(rèn)信號和所述測試信號出現(xiàn)在所述AC電源的不同半周期上。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，所述接線確認(rèn)信號和所述測試信號出現(xiàn)在所述AC電源的相同半周期內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括耦接到測試電路的可手動操作的測試按鈕，所述測試電路經(jīng)配置以響應(yīng)于所述測試按鈕的啟動而使所述斷路器跳閘，所述處理電路包括用于檢測所述測試按鈕的所述啟動的測試按鈕檢測器。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，所述斷路器進(jìn)一步包括輔助開關(guān)，當(dāng)所述斷路器處于所述復(fù)位狀態(tài)時(shí)所述輔助開關(guān)位于閉合位置，而當(dāng)所述斷路器處于所述跳閘狀態(tài)時(shí)所述輔助開關(guān)位于斷開位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電系統(tǒng)中的電氣接線裝置，其特征在于，所述接線狀態(tài)參數(shù)為AC電力線路周期的零交叉，在所述斷路器進(jìn)入所述跳閘狀態(tài)之后若不存在零交叉，則表示所述錯(cuò)誤接線狀況。
【文檔編號】H02H11/00GK204205588SQ201320735558
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】杜海湖, J·P·海恩斯 申請人:帕西·西姆公司