專(zhuān)利名稱(chēng)：自測(cè)試故障電路中斷器裝置和方法
自測(cè)試故障電路中斷器裝置和方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)是非臨時(shí)申請(qǐng)，其要求2008年1月29日遞交的序列號(hào)No. 61/024，199的 美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用被全部包含于此。
背景技術(shù)：
為了在美國(guó)商業(yè)銷(xiāo)售，GFCI應(yīng)該最好能夠通過(guò)根據(jù)安全檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室UL943標(biāo)準(zhǔn) (Underwriter' s Laboratory UL943 standard)執(zhí)行的測(cè)試。UL943 要求特定的故障電流 水平和GFCI應(yīng)該跳閘的響應(yīng)定時(shí)要求。例如，UL943規(guī)定當(dāng)GFCI加電并正常工作時(shí)，當(dāng)大 約250ma的故障被施加于該GFCI時(shí)，其應(yīng)該在大約25毫秒內(nèi)跳閘。不僅需要在任何模擬 測(cè)試之間的時(shí)間間隔內(nèi)，而且在進(jìn)行模擬測(cè)試的時(shí)間段期間，即，在任何模擬測(cè)試過(guò)程期間 遭遇外部故障的情況下(包括恰在開(kāi)始模擬測(cè)試之前)，都需要滿(mǎn)足UL943跳閘時(shí)間要求。GFCI的跳閘響應(yīng)時(shí)間，因而引伸至模擬測(cè)試過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，可以至少部分地依 賴(lài)于所采用的接地故障檢測(cè)IC的類(lèi)型。有兩種類(lèi)型的商業(yè)上可獲得的常用接地故障檢測(cè) IC0第一種類(lèi)型可從例如國(guó)家半導(dǎo)體(例如LM 1851)或者仙童半導(dǎo)體(例如FAN1851)以 及其他另選的經(jīng)銷(xiāo)商獲得。另一種類(lèi)型可從例如仙童半導(dǎo)體(例如RV4141A)獲得，并且也 可從其他另選的經(jīng)銷(xiāo)商獲得。第一種類(lèi)型的常用接地故障檢測(cè)IC(即LM 1851、FAN1851等)是一種集成型電 路，并且利用了在UL943中規(guī)定的定時(shí)曲線，并且結(jié)果針對(duì)規(guī)定的故障規(guī)模根據(jù)UL943定時(shí) 要求跳閘。對(duì)于較小規(guī)模的故障，這種類(lèi)型的接地故障檢測(cè)IC使用定時(shí)曲線一般導(dǎo)致較長(zhǎng) 的響應(yīng)時(shí)間，而對(duì)于較大規(guī)模的故障一般導(dǎo)致較快的響應(yīng)時(shí)間。在存在模擬故障的情況下， 這些類(lèi)型的接地故障檢測(cè)IC也表現(xiàn)出這種可變的響應(yīng)時(shí)間。另一種類(lèi)型的常用接地故障檢測(cè)IC (例如RV4141等)是比較器電路，它們不利用 UL943定時(shí)曲線，而是在存在超過(guò)規(guī)定閾值的電流水平的情況下具有一般較小的跳閘響應(yīng) 時(shí)間。這些類(lèi)型的接地故障檢測(cè)IC的典型跳閘響應(yīng)時(shí)間是2毫秒。目前人們認(rèn)為需要故障電路中斷器的自動(dòng)自測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種自測(cè)試故障電路中斷器設(shè)備(self testing faultcircuit interrupter device)，包含故障電路，包含至少一個(gè)線路監(jiān)視電路、至少一個(gè)線路中斷電 路，和至少一個(gè)故障檢測(cè)器電路，所述故障檢測(cè)器電路被配置成當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)選擇性地 操作所述至少一個(gè)線路中斷電路。這個(gè)故障電路也包括至少一個(gè)被配置成在所述故障電路 上啟動(dòng)自測(cè)試的測(cè)試電路。在至少一個(gè)實(shí)施例中，存在至少一個(gè)定時(shí)電路，用于控制在所述至少一個(gè)自測(cè)試 電路上執(zhí)行的自測(cè)試的時(shí)間段。該定時(shí)電路可以采用包含控制電容器的放電速率的晶體管 的額外電路的形式。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)試電路可以包括微控制器，所述微控制器可以被編程，以便跨過(guò)相反極性的至少兩個(gè)不同的半周期執(zhí)行自測(cè)試?；谟伤鑫⒖刂破鹘Y(jié)合過(guò)零電 路執(zhí)行的定時(shí)，確定該自測(cè)試的定時(shí)。


結(jié)合附圖考慮，本發(fā)明的其他目的和特征將從下列詳細(xì)描述變得清晰。但是要理 解，附圖僅被設(shè)計(jì)為圖示，而不作為本發(fā)明限制的定義。在附圖中，類(lèi)似的附圖標(biāo)記貫穿幾個(gè)視圖代表類(lèi)似的元件。圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例的原理圖；圖2是本發(fā)明的第二實(shí)施例的原理圖；圖3是圖1和圖2的替換實(shí)施例的原理圖；圖4A是基于作為時(shí)間的函數(shù)的電壓電平的不同模擬故障信號(hào)持續(xù)時(shí)間的圖；圖4B是自測(cè)試隨時(shí)間進(jìn)行期間發(fā)生的一系列事件的圖；圖5是流程圖，示出了用于安裝自測(cè)試設(shè)備和進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試的過(guò)程的一個(gè)實(shí)施 例；和圖6是流程圖，示出了用于進(jìn)行自動(dòng)自測(cè)試的過(guò)程的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開(kāi)了利用適當(dāng)改裝、排列和配置的電子電路結(jié)合接地故障檢測(cè)IC和微 控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)自測(cè)試GFCI設(shè)備的新穎系統(tǒng)和方法。只使用微處理器來(lái)檢測(cè)和使GFCI 跳閘帶來(lái)了某些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。一個(gè)這樣的挑戰(zhàn)涉及給微處理器提供充足的功率，即，供應(yīng)給微 控制器的功率必須足以允許該微控制器完全加電、感測(cè)故障狀況并在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)使該 GFCI跳閘。恰當(dāng)設(shè)計(jì)的組合設(shè)備，即，既具有專(zhuān)用接地故障檢測(cè)集成電路(IC)也具有微控 制器的GFCI設(shè)備可以克服這個(gè)挑戰(zhàn)。在組合設(shè)備中，由于接地故障檢測(cè)IC基本上一加電 就工作，并且獨(dú)立于微控制器工作，所以接地故障檢測(cè)IC能夠檢測(cè)故障并在要求的時(shí)間段 內(nèi)使GFCI跳閘。因此，在可以采用接地故障檢測(cè)IC來(lái)檢測(cè)故障并使GFCI設(shè)備在規(guī)定的施 加功率的時(shí)間段內(nèi)跳閘的同時(shí)，可以采用微控制器進(jìn)行GFCI組成電路(例如包括接地故障 檢測(cè)IC、電路中斷器電路等中的一個(gè)或更多個(gè))的周期性自測(cè)試等等，從而保障GFCI設(shè)備 的正確工作。詳細(xì)參考附圖，特別是附圖1-2，示出了故障電路中斷器19的原理圖。在這個(gè)例子 中，存在包括故障檢測(cè)電路200的故障檢測(cè)部件，故障檢測(cè)電路200可以采用由國(guó)家半導(dǎo)體 (LM1851)和仙童(FAN1851)制造的集成電路或者任何其他本領(lǐng)域已知的適當(dāng)芯片的形式。這個(gè)故障電路中斷器設(shè)備19具有線路輸入連接20，包含相輸入22和中性輸入 24。還有負(fù)載輸出連接30，包括相負(fù)載連接32和中性負(fù)載連接34。還有表面輸出連接 (face output connection) 40,包括表面相連接(face phase connection) 42 和表面中性 連接44，其在標(biāo)準(zhǔn)的單聯(lián)或雙聯(lián)外殼(single or double gang enclosure)中可以被設(shè)計(jì) 成接納插頭的插腳。電氣上被置于這些輸入和輸出連接之間的是觸點(diǎn)50，觸點(diǎn)50在開(kāi)路時(shí) 把輸入連接20從輸出連接30和40在電氣上隔離。標(biāo)準(zhǔn)的GFCI設(shè)計(jì)既使用故障檢測(cè)器電路200形式的故障檢測(cè)器，也使用包含兩個(gè) 線圈、差分變壓器110和接地/中性變壓器112的故障傳感器。
差分變壓器110耦合到輸入電路111，輸入電路111包括齊納二極管Zl、電容器 C6、C7和C8，以及電阻器R3。這些部件針對(duì)進(jìn)入故障電路200的引腳2和3的輸入提供故 障信號(hào)濾波和調(diào)整。接地/中性變壓器112耦合到電路113，在本領(lǐng)域已知的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中， 電路113包括電容器C3和C9。用于故障檢測(cè)器電路200的功率電路122由二極管Dl以及電阻器R1、R5、R6和電 容器C4及橋式整流器120形成，橋式整流器120包括二極管D2、D3、D4和D5。這些部件是 用于故障檢測(cè)器電路200的電源，其被輸入故障檢測(cè)器電路200的引腳8。該設(shè)備也包括電容器C2，電容器C2提供防護(hù)意外觸發(fā)的噪聲保護(hù)。此外，存在跨 過(guò)負(fù)載側(cè)上的相線和中性線耦合的指示器LD1，其指示觸點(diǎn)50是否被閉合。指示器LDl沿 包括二極管DlO和電阻器R20的指示器電路耦合。此外，系統(tǒng)中的保護(hù)部件包括電容器Cl，以及金屬氧化物可變電阻MVl和MV2。這 些部件是對(duì)抗高壓電力線尖峰的保護(hù)部件。在測(cè)試和非測(cè)試條件下，差分變壓器110的輸出都被施加在故障檢測(cè)器電路200 的引腳2和3之間，并生成了通過(guò)連接到故障電路200的引腳7的定時(shí)電容器C5的充電電 流。從引腳7流動(dòng)的充電電流的水平與輸入到故障電路200的引腳2和3的故障的水平直 接相關(guān)。因此，進(jìn)入引腳2和3的故障輸入電流越高，來(lái)自引腳7的輸出充電電流越高。來(lái) 自引腳7的輸出電流越高，定時(shí)電容器C5的充電越快。在充電期間，定時(shí)電容器C5上的電壓增長(zhǎng)，并且當(dāng)其達(dá)到其閾值時(shí)，故障電路200 上的引腳1變高，并導(dǎo)致SCR 135的觸發(fā)。SCR135的觸發(fā)給跳閘螺線管130提供電流，觸發(fā) 觸點(diǎn)50的開(kāi)路并把外部故障從線路去除。實(shí)際上，包括螺線管130、SCR 135和觸點(diǎn)50的 這些部件中的任何一個(gè)包含線路中斷電路或斷開(kāi)設(shè)備。一旦觸點(diǎn)50已經(jīng)被解鎖(unlatch) 或者開(kāi)路，則電容器C5充電電流消失，并且其被電阻器R2設(shè)置的電流放電。在電容器C5 上的電壓降到預(yù)定的電壓電平以下后，故障檢測(cè)器電路200上的引腳1返回到低電平。在 至少一個(gè)實(shí)施例中，為了縮短放電定時(shí)電容器C5所需的時(shí)間段，減少該放電時(shí)間的包括定 時(shí)電路150的額外電路被耦合到電容器C5。故障檢測(cè)器電路200的引腳4和5耦合到接地/中性變壓器112，而引腳6耦合到 放電電阻器R8，并且引腳8用于接收進(jìn)入故障檢測(cè)器電路200的功率輸入。此外，在至少一個(gè)實(shí)施例中，存在微控制器201，其可以用來(lái)在故障電路中斷器19 上實(shí)施自測(cè)試。這個(gè)微控制器201以及微控制器202 (見(jiàn)圖3)可以是本領(lǐng)域已知的任何適 當(dāng)類(lèi)型的微控制器，例如由Microchip制造的適當(dāng)?shù)腜IC微控制器，或者任何其他的來(lái)自其 他合適的制造商的微控制器。自測(cè)試的目的是實(shí)施故障電路中斷器19的部件的自動(dòng)周期 性檢查，并且如果發(fā)生失敗的自測(cè)試，則觸發(fā)螺線管，斷開(kāi)功率，和/或指示故障狀態(tài)。微控制器201由包括電阻器Rll和R17、電容器Cll和C12、以及齊納二極管Z2的 電源電路供電，所述電源電路向引腳1和8供電。微控制器201的引腳2耦合到SCR 135 的柵以控制SCR 135是否觸發(fā)。微控制器201被編程以控制引腳2的三個(gè)狀態(tài)。第一個(gè)狀 態(tài)是允許故障檢測(cè)器電路200控制SCR 135的高阻抗?fàn)顟B(tài)。第二個(gè)狀態(tài)是使進(jìn)入SCR 135 的輸入短路或者旁路(shunt) JiSCR 135禁止的低輸出狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)可以在自測(cè)試期間 用來(lái)防止觸點(diǎn)解鎖。此外，微控制器201可以禁止SCR 135在過(guò)零區(qū)域附近激發(fā)(fire)以 便為激發(fā)螺線管130生成優(yōu)選的功率條件。
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第三個(gè)狀態(tài)是允許微控制器200觸發(fā)SCR 135的輸出高狀態(tài)。該第三狀態(tài)可以用 來(lái)在故障事件之后的某個(gè)時(shí)間段，例如在失敗的自測(cè)試后的某個(gè)時(shí)間段使觸點(diǎn)50跳閘。在一個(gè)實(shí)施例中，微控制器201的引腳3耦合到復(fù)位按鈕170，使得在手動(dòng)測(cè)試期 間，微控制器201啟動(dòng)與微控制器201通常生成的自動(dòng)周期性測(cè)試序列類(lèi)似的測(cè)試序列。在圖1所示的第一個(gè)實(shí)施例中，微控制器201的引腳4是未使用的引腳，其可以用 來(lái)允許微控制器201的編程。微控制器201的引腳5耦合到包括電阻器Rl以及R16的過(guò) 零電路140。這個(gè)過(guò)零電路140允許微控制器201分析AC線以確定在線上AC信號(hào)何時(shí)越 過(guò)零點(diǎn)。因?yàn)槲⒖刂破?01可以確定AC線信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，所以該微控制器201可以輸出其 測(cè)試信號(hào)，以便按需要發(fā)送電流與特定的半周期相對(duì)應(yīng)。對(duì)于圖2中所示的第二實(shí)施例，微控制器的布線的不同之處在于微控制器201的 引腳4被連接到包括電阻器R15以及R16的過(guò)零電路140。此外，引腳5的輸出耦合到晶體 管Ql的基極B，基極B控制晶體管Ql的觸發(fā)，從而允許定時(shí)電容器C5的選擇性放電。在圖1和圖2中所示的兩個(gè)實(shí)施例中，微控制器201的引腳6耦合到故障電路200 的引腳1，所以微控制器201可以感測(cè)故障檢測(cè)器電路上的引腳1何時(shí)變高，指示故障檢測(cè) 器電路200已經(jīng)檢測(cè)到故障。在這種情況下，在外部或者內(nèi)部故障期間，當(dāng)故障檢測(cè)器電路 200產(chǎn)生故障信號(hào)時(shí)，來(lái)自故障檢測(cè)器電路200的輸出不僅流動(dòng)到SCR135，而且其也流動(dòng)到 微控制器201的引腳6以向微控制器201指示發(fā)生了故障。到引腳6的輸入是重要的，因 為如果在測(cè)試周期期間沒(méi)有來(lái)自故障電路200的引腳1的輸入電流或者信號(hào)進(jìn)入微控制器 201，則這個(gè)結(jié)果將提供故障電路200已經(jīng)失效或者至少自測(cè)試所監(jiān)視的另一個(gè)部件已經(jīng) 失效的初始指示。在這種情況下，微控制器201被編程以便在不同極性的至少兩個(gè)不同的 半周期上進(jìn)行自測(cè)試。在至少一個(gè)實(shí)施例中，這些不同的半周期可以是連續(xù)的半周期。所產(chǎn) 生的模擬故障信號(hào)由微控制器201結(jié)合測(cè)試電路160引入到第一半周期的至少一部分上， 然后引入到至少第二半周期的一部分上。這個(gè)自測(cè)試的持續(xù)時(shí)間足以將電容器C5充電到 隨后導(dǎo)致生成故障信號(hào)。如果在跨過(guò)至少兩個(gè)不同極性的AC線電壓發(fā)生的自測(cè)試周期之后，沒(méi)有信號(hào)被 接收到微控制器201的引腳6中，則這將指示故障中斷器19的至少一個(gè)部件、例如故障電 路200的故障。因?yàn)榇嬖趦蓚€(gè)極性期間的故障電路測(cè)試，所以自測(cè)試的錯(cuò)誤故障指示的可 能性將比較低，因?yàn)槟M故障信號(hào)跨過(guò)兩個(gè)極性出現(xiàn)，從而避免了任何異相模擬故障信號(hào) 被減少或者抵消的結(jié)果。但是，隨著成功的自測(cè)試，定時(shí)電容器C5被完全充電，則故障電路200的引腳1變 高，把信號(hào)發(fā)送到微控制器201的引腳6中。一旦接收到這個(gè)信號(hào)，微控制器201就為定時(shí) 電容器C5的放電設(shè)置定時(shí)時(shí)段(timing period)，例如1到1. 5毫秒。在這個(gè)時(shí)間段以后， 微控制器201把引腳2重新編程到高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而去除旁路條件，允許SCR 135激發(fā)。在 測(cè)試周期中存在外部故障期間，即使測(cè)試周期結(jié)束以后，電容器C5仍將被充電，從而導(dǎo)致 SCR 135激發(fā)?；蛘?，在存在測(cè)試周期而不存在外部故障期間，去除旁路時(shí)的該1到1.5毫 秒的延遲對(duì)于電容器C5是足以放電的時(shí)間。因此，在沒(méi)有外部故障的自測(cè)試時(shí)段期間，即 使這個(gè)旁路被去除以后，SCR 135也不會(huì)激發(fā)。微控制器201的引腳7連接到自測(cè)試電路160以發(fā)送出測(cè)試信號(hào)，在這個(gè)例子中所述測(cè)試信號(hào)流入晶體管Q2的基極B中。在這種情況下，測(cè)試電路可以不僅包括用來(lái)啟動(dòng) 測(cè)試信號(hào)并且也用來(lái)旁路流到SCR 135的電流的微控制器201，還包括形成額外的測(cè)試電 路的晶體管Q2和電阻器R12、R13和R14。這個(gè)測(cè)試電路也可以包括二極管D7和D8，二極 管D7和D8允許測(cè)試信號(hào)出現(xiàn)在相反的半周期上，使得二極管D7允許測(cè)試周期在第一極性 的第一半周期上出現(xiàn)，而二極管D8允許測(cè)試信號(hào)在相反極性的半周期上出現(xiàn)。由微控制器201通過(guò)引腳7發(fā)送信號(hào)以激活晶體管Q2，導(dǎo)致電流選擇性地流過(guò)二 極管D7和/或D8來(lái)進(jìn)行自測(cè)試。測(cè)試故障電流值由電阻器R12設(shè)置。因此，電阻器R12 的電阻越高，所產(chǎn)生的測(cè)試故障電流越低。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)被施加到晶體管Q2的基極B時(shí)，這 觸發(fā)晶體管Q2以使測(cè)試電流可以被施加，從而造成在差分變壓器110中出現(xiàn)故障條件。如 圖1和圖2中所示，差分變壓器110的輸出被輸入到故障電路200的引腳2和3中。因?yàn)?晶體管Q2的打開(kāi)通過(guò)允許電流流過(guò)電阻器R12而生成該模擬故障，這生成了要被饋送到故 障電路200的引腳2和3的故障電流信號(hào)。在自測(cè)試周期期間，微控制器201把引腳2的條件狀態(tài)改變到上面描述的第二條 件狀態(tài)，并阻止SCR 135激發(fā)，從而如果觸點(diǎn)被鎖定則防止其解鎖。此外，微控制器201的 引腳6通過(guò)電阻器RlO感測(cè)故障電路200的引腳1上的電壓電平。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，由故障 電路200產(chǎn)生故障信號(hào)，所以這個(gè)電路上的引腳1變高，并且微控制器201感測(cè)該信號(hào)以確
定存在故障。在自測(cè)試周期期間也利用定時(shí)電路150。定時(shí)電路150包括晶體管Ql以及電阻器 R8、R9、R18以允許定時(shí)電容器C5更快放電。定時(shí)電容器C5的這種更快的放電生成了較短 的測(cè)試周期。例如，圖1中所示的第一實(shí)施例，當(dāng)故障電路200的引腳1變高時(shí)，它把晶體管Ql 導(dǎo)通，并且為定時(shí)電容器C5增加了通過(guò)電阻器R8的放電路徑。使用這個(gè)電路，通過(guò)快速地 放電電容器C5而使得自測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)度最小化。電容器C5只在其被充電到其閾值電平時(shí) 放電，因此一旦C5被充電這就將發(fā)生，其中這個(gè)放電電流將通過(guò)電阻器R8、晶體管Ql流動(dòng) 到地。電阻器R8設(shè)置電容器C5的放電速率，從而控制電荷從定時(shí)電容器釋放的時(shí)間。對(duì)圖2中所示的第二實(shí)施例，通過(guò)從微控制器201的引腳5將信號(hào)接收到晶體管 Ql的基極B中來(lái)激勵(lì)基極B。對(duì)這個(gè)第二實(shí)施例，因?yàn)槲⒖刂破?01控制晶體管Ql是否被 激勵(lì)，所以晶體管Ql在外部故障條件期間不激勵(lì)，而只在測(cè)試故障條件期間激勵(lì)。在啟動(dòng)測(cè)試以后，微控制器201等待預(yù)定的時(shí)間段來(lái)從故障電路200接收故障信 號(hào)。如果微控制器201接收到故障信號(hào)，例如當(dāng)故障電路200的引腳1上的信號(hào)變高時(shí)，則 微控制器201確定有過(guò)成功的自測(cè)試。如果微控制器201在由微控制器201設(shè)置的預(yù)定的 時(shí)間段內(nèi)未從故障電路200接收到信號(hào)，則微控制器確定存在失敗的自測(cè)試。此刻，在一個(gè) 實(shí)施例中微控制器則可以指示失敗自測(cè)試事件，和/或觸發(fā)SCR 135解鎖觸點(diǎn)。圖3是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其公開(kāi)了包括具有線路側(cè)相觸點(diǎn)22和線路側(cè)中性 觸點(diǎn)24的線路側(cè)20的自測(cè)試故障電路中斷器115。還存在差分變壓器110和接地中性變 壓器112。故障電路200可以是任何已知的故障電路，但在這個(gè)例子中是如上所述的LM1851 故障電路。故障電路200由從向橋式整流器120供電的設(shè)備的相線和中性線的線路側(cè)流動(dòng) 的功率供電。橋式整流器120包含二極管d2、d3、d4和d5，其為設(shè)備中的部件例如故障電 路200和微控制器202提供電源。
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觸點(diǎn)50的解鎖在實(shí)際故障的情況下可以由故障電路200控制，或者在失敗的自測(cè) 試的情況下由微控制器202控制。因此，這個(gè)設(shè)備包括電路中斷機(jī)制，其可以采用任何已知 的電路中斷機(jī)制的形式，但是在這個(gè)例子中，由螺線管線圈130、SCR 135和觸點(diǎn)50形成。 當(dāng)SCR 135的柵極從故障電路200的引腳1或者微控制器202的引腳2接收到信號(hào)時(shí)，SCR 135被觸發(fā)，允許電流流過(guò)線圈130，導(dǎo)致觸點(diǎn)50以已知的方式解鎖。還存在由位于橋式整流器120和微控制器202之間的電阻器R15和R17形成的過(guò) 零電路140。微控制器202的引腳11具有讀取該過(guò)零電路140以確定AC線電壓何時(shí)過(guò)零 的輸入。定時(shí)電路150和測(cè)試電路160以上面討論的方式工作，因?yàn)楫?dāng)微控制器202確定 到了進(jìn)行自測(cè)試的時(shí)間時(shí)，它通過(guò)把引腳2重新編程到第二條件狀態(tài)將SCR 135旁路以防 止故障信號(hào)到達(dá)SCR 135。接著，從微控制器202的引腳13發(fā)送測(cè)試信號(hào)來(lái)觸發(fā)測(cè)試電路 160的晶體管Q2，以便在相線和中性線之間造成電流不平衡。這個(gè)電流不平衡被差分變壓 器110讀取，然后差分變壓器110將其輸出發(fā)送到故障電路200。在這個(gè)自測(cè)試期間，定時(shí) 電容器C5隨后被充電，高至其閾值電平，以使故障信號(hào)從故障電路200被發(fā)送，其中，故障 電路200的引腳1變高。這個(gè)故障信號(hào)被微控制器202在引腳8中感測(cè)，引腳8檢測(cè)故障 信號(hào)何時(shí)被發(fā)送。當(dāng)故障信號(hào)被發(fā)送時(shí)，定時(shí)電容器C5開(kāi)始放電，然后測(cè)試序列隨后結(jié)束。微控制器202具有多個(gè)引腳，它們與設(shè)備的編程結(jié)合，被用來(lái)控制設(shè)備的工作。例 如，引腳1和14用來(lái)接收給微控制器202供電的功率。此外，微控制器202的引腳2用來(lái) 選擇性地使能或禁止，或者觸發(fā)SCR 135。因此，微控制器202被編程為改變到上面關(guān)于圖 1和圖2公開(kāi)的引腳2的三個(gè)不同的條件狀態(tài)其中之一。引腳3連接到復(fù)位按鈕170來(lái)讀取復(fù)位按鈕170是否被按壓。當(dāng)復(fù)位按鈕170被 按壓時(shí)，在微控制器202的引腳3上存在信號(hào)，向微控制器202指示啟動(dòng)包括自測(cè)試的手動(dòng) 測(cè)試周期。但是，利用這個(gè)設(shè)計(jì)，當(dāng)復(fù)位按鈕170被按壓時(shí)，被啟動(dòng)的手動(dòng)測(cè)試過(guò)程不中斷 或者取代周期性自測(cè)試。引腳4是開(kāi)放引腳。提供引腳5以允許微控制器202控制蜂鳴器 來(lái)提供對(duì)自測(cè)試結(jié)果的音頻指示。提供引腳6和7來(lái)控制例如LED的燈，例如紅色LED LD3 和綠色LED LD2，以提供對(duì)設(shè)備的不同狀態(tài)的指示，例如自測(cè)試是否已經(jīng)成功。提供引腳8 用于感測(cè)是否已經(jīng)從故障電路200接收到故障信號(hào)。例如，這個(gè)引腳可以用來(lái)確定是否已 經(jīng)有成功的自測(cè)試，例如，在預(yù)定的時(shí)間段以后，如果引腳8從故障電路200的引腳1接收 到故障信號(hào)，則這是對(duì)設(shè)備的成功自測(cè)試的確認(rèn)。引腳9耦合到觸點(diǎn)檢測(cè)器190，并被提供用于指示觸點(diǎn)50是開(kāi)路還是閉合。這個(gè) 信息可以用來(lái)確定觸點(diǎn)50是否不可操作。例如，如果存在實(shí)際外部故障，并且微控制器202 在引腳9上未檢測(cè)到信號(hào)，則微控制器202可以指示設(shè)備有問(wèn)題。此外，在用戶(hù)按壓復(fù)位按 鈕170以后，微控制器202被編程為檢查引腳9上的信號(hào)，以確定觸點(diǎn)50是否被鎖定。由 于在手動(dòng)測(cè)試周期開(kāi)始時(shí)觸點(diǎn)50應(yīng)該處于解鎖狀態(tài)，所以這將指示觸點(diǎn)50存在問(wèn)題。然 后微控制器可以通過(guò)激活指示器來(lái)指示這個(gè)問(wèn)題。引腳9也是有用的，因?yàn)槿绻陕?tīng)指示 器因設(shè)備中的故障所致而被激活，并且觸點(diǎn)50被鎖定，微控制器202將讀取引腳9上是否 存在信號(hào)。在不存在信號(hào)的情況下，可聽(tīng)指示器仍保持被激活。但是，一旦用戶(hù)隨后按壓測(cè) 試按鈕，即機(jī)械地解鎖觸點(diǎn)50，則將在微控制器202的引腳9上出現(xiàn)信號(hào)。在這種情況下微 控制器202可以被編程為將可聽(tīng)指示器解除激活。
引腳10可以被用來(lái)連接到溫度傳感器230。溫度傳感器230可以包含利用電阻器、 熱敏電阻器，或者任何其他已知的傳感器電路來(lái)確定設(shè)備的環(huán)境溫度的電路。如果必要，微 控制器202可以包括額外的弓I腳連接到這個(gè)溫度傳感器以形成閉合電路。該溫度傳感器用 來(lái)確定設(shè)備的環(huán)境溫度，其中，微控制器202包括如果其檢測(cè)到由溫度傳感器230感測(cè)的工 作溫度或環(huán)境溫度太高或者太低則使觸點(diǎn)跳閘的編程。提供引腳11來(lái)從過(guò)零電路140讀取過(guò)零信號(hào)。這個(gè)過(guò)零電路140用于定時(shí)和同 步，并且也用來(lái)檢測(cè)過(guò)電壓或電壓不足狀況。這通過(guò)經(jīng)電阻器R17讀取信號(hào)發(fā)生。提供引腳12來(lái)控制定時(shí)控制電路150，而提供引腳13在測(cè)試電路160上啟動(dòng)自測(cè)
試ο可以使用額外的可選部件來(lái)連接到任何開(kāi)放引腳。這些可選部件其中之一包括電 流變換器210，在這個(gè)實(shí)施例中，其被示出跨過(guò)中性線連接，但是在另外的實(shí)施例中，可以跨 過(guò)相線和/或中性線耦合以確定流過(guò)系統(tǒng)的電流的水平。在這種情況下，在至少一個(gè)實(shí)施 例中，微控制器202包括用來(lái)確定設(shè)備是否工作于特定電流范圍中的預(yù)設(shè)置工作參數(shù)。如 果電流太低，或者太高，則微控制器202可以確定存在這個(gè)狀況。在設(shè)備的至少一個(gè)實(shí)施例 中，微控制器將通過(guò)指示，例如通過(guò)蜂鳴器或者點(diǎn)亮例如LD2或者LD3的燈來(lái)指示這個(gè)過(guò)電 流狀況。在另一個(gè)實(shí)施例中，微控制器202將通過(guò)既使觸點(diǎn)50跳閘從而切斷到設(shè)備的負(fù)載 側(cè)的功率，而且例如通過(guò)報(bào)訊器(例如蜂鳴器或揚(yáng)聲器)或者通過(guò)例如LD2或LD3的燈提 供指示，來(lái)指示這個(gè)狀況。連接到微控制器202的另一個(gè)可選的部件是熔絲260。熔絲260 —端耦合到微控 制器202，并且或者耦合到線路側(cè)的相線和中性線這兩者、或者只耦合到相線、或者只耦合 到中性線。熔絲260可以采用可熔斷聯(lián)接、熱短路器、PC板上的跡線，或者本領(lǐng)域已知的類(lèi) 似部件的形式。當(dāng)微控制器202確定設(shè)備應(yīng)該永久性地離線時(shí)，熔絲260可以被選擇性地 燒斷以便把沿著相線和/和中性線的路徑開(kāi)路以生成開(kāi)路電路。因此，這個(gè)設(shè)備還可以包 括加熱元件，例如電阻器或者其他已知的可用來(lái)把熔絲260燒斷的加熱元件?？梢赃B接到微控制器202的另一個(gè)可選的部件是收發(fā)機(jī)270，其耦合到微控制器 202的開(kāi)放引腳。收發(fā)機(jī)270可以使用任何已知的通信手段通信，例如RF、紅外、電力線通 信、包括RS485、以太網(wǎng)、CAN的有線通信，或者任何其他的已知的有線或者無(wú)線通信。如果 收發(fā)機(jī)270是RF收發(fā)機(jī)，則其可以使用任何網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括ZWAVE、ZIGBEE。所述通信 可以是在局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)或者個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(personal area network,PAN)上。使用RF收發(fā)機(jī)以允許微控制器202與外部設(shè)備通信。這種通信可以允許微控制 器202提供自測(cè)試、跳間狀態(tài)或任何其他條件的外部指示，被遠(yuǎn)程跳間，發(fā)送例如溫度的與 和設(shè)備相關(guān)聯(lián)的參數(shù)有關(guān)的數(shù)據(jù)。收發(fā)機(jī)可以在微控制器外部，或者被集成在微控制器中。該微控制器也可以被編程用來(lái)確定何時(shí)存在過(guò)電壓狀況。在這種情況下，通過(guò)引 腳11讀取過(guò)零電路的微控制器確定過(guò)零的定時(shí)以確定該設(shè)備是否正在經(jīng)歷過(guò)電壓狀況。 如果過(guò)零線(AC線電壓)的斜率比正常工作條件期間更陡峭，則微控制器202將解讀存在 過(guò)電壓狀況。如果過(guò)零線讀取(AC線電壓讀取)的斜率不如正常工作條件陡峭，則微控制 器202將解讀存在電壓不足狀況。此刻，微控制器則將確定是否指示這個(gè)狀況，和/或選擇 性地將觸點(diǎn)50跳閘，和/或通過(guò)使可熔斷觸點(diǎn)260開(kāi)路來(lái)使設(shè)備永久性地離線。如上面所討論的那樣，借助包括電阻器R15和R17的過(guò)零電路140來(lái)檢測(cè)過(guò)零的
12定時(shí)和極性。如果自測(cè)試是在存在低于跳閘限制的外部故障期間進(jìn)行的，則這個(gè)條件可能 導(dǎo)致自測(cè)試的假故障。因?yàn)樵趫D1到圖3中所示的實(shí)施例中公開(kāi)的設(shè)備被配置成跨過(guò)相 反極性的至少兩個(gè)不同的半周期進(jìn)行自測(cè)試，所以這種自測(cè)試不受存在長(zhǎng)期外部故障的影 響。這是因?yàn)閷?duì)于圖1到圖3中所示的實(shí)施例，自測(cè)試模擬故障信號(hào)是如下面所述并在圖 4B中示出的整流故障信號(hào)。如果在自測(cè)試期間，微控制器202的引腳1在半周期或者在未施加測(cè)試故障時(shí)的 時(shí)間段期間變高，則這意味著外部故障導(dǎo)致了跳閘，并且微控制器202將解鎖SCR 135以允 許GFCI芯片將螺線管跳閘。圖4A公開(kāi)了圖表400，示出了整流模擬故障信號(hào)的一部分的三個(gè)不同曲線401、 402、403，電壓隨時(shí)間變化繪制，示出微控制器202可以基于由AC源提供的電壓調(diào)整用于進(jìn) 行自測(cè)試的時(shí)間。在這種情況下，這允許調(diào)整模擬故障電流的均方根或者RMS。因此，由于 微控制器202能夠控制這個(gè)RMS，所以其能夠保持該RMS恒定，而不管源電壓變化。以這種 方式，微控制器202能夠控制自測(cè)試的時(shí)間段。垂直線404、405和406表示所產(chǎn)生的每一 個(gè)模擬故障信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。如所示，如果例如曲線403的電壓低于曲線401，則每一個(gè)自 測(cè)試信號(hào)的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。通過(guò)微控制器202的這種調(diào)整，針對(duì)每一個(gè)模擬故障信號(hào)生成 了恒定RMS值的自調(diào)整系統(tǒng)。圖4B示出了一系列具有至少一個(gè)公共軸的圖表500。例如，這些圖表中的每一個(gè) 均示出沿著指示AC線信號(hào)的X軸的時(shí)間段，自測(cè)試信號(hào)何時(shí)被發(fā)送，電容器C5上的相關(guān)聯(lián) 電荷水平，和生成故障信號(hào)的時(shí)間段以及自測(cè)試的完整時(shí)間段，包括用于旁路SCR 135或 使SCR 135離線的時(shí)間段。例如，曲線501示出了標(biāo)準(zhǔn)的AC線信號(hào)。箭頭502和503代表自測(cè)試期間每一個(gè) 模擬故障信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。這些箭頭中的每一個(gè)均與由測(cè)試電路產(chǎn)生的整流模擬故障信號(hào) 的一部分相關(guān)聯(lián)，使得在AC線信號(hào)的兩個(gè)極性上都存在模擬故障信號(hào)。例如，箭頭502表 示在正半周期上產(chǎn)生的模擬故障信號(hào)，而箭頭503表示在AC線信號(hào)的負(fù)半周期上產(chǎn)生的模 擬故障信號(hào)。這個(gè)視圖示出，自測(cè)試被跨過(guò)每個(gè)半周期的大約1/2進(jìn)行，這導(dǎo)致電容器C5 的充電，導(dǎo)致了在這個(gè)電容器中積聚的電荷的增加，直到累積了閾值量，然后當(dāng)達(dá)到電容器 C5的電荷容量時(shí)，生成由脈沖520所示的故障信號(hào)，導(dǎo)致故障電路200的引腳1變高。雖然 示出了每個(gè)半周期的大約1/2，但是如上面在圖4A中所示，可以使用任何適當(dāng)?shù)某掷m(xù)時(shí)間。 示出了用于定時(shí)電容器C5的充電的相關(guān)聯(lián)曲線510。一旦電容器C5達(dá)到其閾值電平，這通 常在故障電路200的引腳1上引起由脈沖520所示的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)傳遞到SCR 135，其一 般將使SCR 135跳閘。但是，在這種情況下，SCR135如上所述被旁路以使觸點(diǎn)不跳閘。微控制器202被編程以驗(yàn)證在自測(cè)試周期期間檢測(cè)到的故障信號(hào)是由來(lái)自自測(cè) 試的模擬故障信號(hào)生成，還是外部故障。微控制器202確定故障信號(hào)是否在開(kāi)始自測(cè)試之 后的預(yù)期時(shí)間之前出現(xiàn)。如果故障信號(hào)出現(xiàn)太早，例如在定時(shí)區(qū)域560期間，則微控制器 202確定存在外部故障，并且微控制器改變引腳2的狀態(tài)以允許SCR 135在被示為參考數(shù) 字530的旁路時(shí)鐘自然期滿(mǎn)之前激發(fā)。旁路時(shí)鐘530是由微控制器202計(jì)算的將足以防止 SCR135在自測(cè)試期間激發(fā)的時(shí)間段。一旦微控制器202從故障電路200接收到故障信號(hào)， 微控制器202就開(kāi)始這個(gè)旁路時(shí)鐘。如果微控制器確定故障信號(hào)在預(yù)期的時(shí)間窗口，例如圖4B的窗口或者定時(shí)區(qū)域550內(nèi)出現(xiàn)，則微控制器202分析在半周期內(nèi)產(chǎn)生故障的點(diǎn)。如果檢測(cè)到的故障信號(hào)在施加 模擬測(cè)試故障的時(shí)間期間被產(chǎn)生，則這在可接受自測(cè)試的范圍中。如果不是，則這是外部故 障的指示，并且微控制器202在旁路時(shí)鐘期滿(mǎn)之前停止旁路SCR 135。一旦旁路時(shí)鐘已經(jīng)期滿(mǎn)，這導(dǎo)致微控制器202改變引腳2的狀態(tài)以便從SCR 135 的柵極去除旁路。如果故障信號(hào)延伸超過(guò)了自測(cè)試的時(shí)間段/旁路時(shí)鐘期滿(mǎn)，則這個(gè)故障 信號(hào)將激活SCR 135，導(dǎo)致觸點(diǎn)50開(kāi)路。這由虛線522示出，虛線522延伸超過(guò)自測(cè)試故障 信號(hào)520。虛線512也示出電容器C5也仍被充電到其閾值電平，從而允許這個(gè)故障信號(hào)繼 續(xù)。圖5是安裝設(shè)備并進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試的過(guò)程的流程圖。例如，步驟Sl包括安裝解鎖的 故障電路中斷器。步驟S2涉及把該故障電路中斷器連接到電源。這個(gè)步驟可以采用任何 已知的適當(dāng)方式，例如其可以包括把線路側(cè)的相觸點(diǎn)和中性觸點(diǎn)連接到功率分配線的相線 和中性線。在步驟S3中，LED LDl將接收功率，從而在至少一個(gè)實(shí)施例中點(diǎn)亮黃燈。接著，在步驟S4中，微控制器202將啟動(dòng)自測(cè)試定時(shí)器向下計(jì)數(shù)到將發(fā)生自動(dòng)自 測(cè)試的時(shí)間。在這種情況下，第一個(gè)自動(dòng)自測(cè)試可以在安裝該設(shè)備的5秒鐘內(nèi)發(fā)生。后續(xù) 自測(cè)試可以每5秒鐘發(fā)生，或者以不同的預(yù)定速率發(fā)生，例如每15分鐘、每3小時(shí)、每5天 或者任何其他期望的時(shí)間段。此外，在至少一個(gè)實(shí)施例中，微控制器202被編程為以逐漸降 低的速率安排自測(cè)試，例如第一次在5秒鐘以后，然后再一次在5分鐘以后，然后一旦該測(cè) 試完成，每5個(gè)小時(shí)一次，然后在一個(gè)或一系列5小時(shí)自測(cè)試以后，每5天一次，等等。降低 的速率是可能的，因?yàn)橐坏┪⒖刂破饕呀?jīng)成功地完成了最初一系列自測(cè)試，可能不必如此 頻繁地測(cè)試，因?yàn)榇蠖鄶?shù)自測(cè)試故障因錯(cuò)誤布線、電涌或者損壞的部件所致而出現(xiàn)在開(kāi)始 的安裝時(shí)。接著在步驟S5中，用戶(hù)將按壓復(fù)位按鈕。如上所述，按壓復(fù)位按鈕啟動(dòng)了手動(dòng) 自測(cè)試。按壓復(fù)位按鈕提供了到微控制器202中的輸入，以便在步驟S6開(kāi)始自測(cè)試周期， 這在圖6中更詳細(xì)地公開(kāi)。在步驟S7A中，如果手動(dòng)測(cè)試周期成功，則觸點(diǎn)可以鎖定，允許 功率到達(dá)負(fù)載和表面觸點(diǎn)。此外，過(guò)程將繼續(xù)到步驟S8A，其中，微控制器202將在LED LD2 中指示存在成功的手動(dòng)測(cè)試，提供綠色的指示燈。此外，一旦觸點(diǎn)已經(jīng)鎖定，則在步驟S9a 中，LED LDl將失去功率，從而指示存在鎖定的觸點(diǎn)。最終，在這個(gè)手動(dòng)測(cè)試周期期間，微控 制器202上的定時(shí)器運(yùn)行，導(dǎo)致自測(cè)試最終開(kāi)始?；蛘?，如果手動(dòng)測(cè)試失敗，則在步驟S7b中，觸點(diǎn)保持解鎖并且閉塞(lock out)。 接著在步驟S8b中，微控制器202將給LED LD3提供功率，該手動(dòng)測(cè)試已經(jīng)失敗。此外，在 步驟S9b中，LDl的狀態(tài)將保持處于點(diǎn)亮狀態(tài)，因?yàn)橛|點(diǎn)將保持解鎖。圖6是進(jìn)行自測(cè)試的過(guò)程的流程圖。一旦微控制器202在步驟Sll中分析過(guò)零電 路，其在步驟S12中啟動(dòng)自測(cè)試定時(shí)器。接著，在步驟S13中，該設(shè)備確定輸入AC線的電壓 量，這貫穿所述過(guò)程不斷地繼續(xù)。接著，在步驟S14中，微控制器202在預(yù)定的時(shí)間段以后 啟動(dòng)自測(cè)試，通過(guò)讀取AC線信號(hào)的過(guò)零來(lái)計(jì)算所述預(yù)定的時(shí)間段。自測(cè)試中的第一個(gè)步驟 涉及步驟S15，其包括旁路SCR，例如上面討論的SCR 135。接著，步驟S16涉及從微控制器 202發(fā)送信號(hào)到測(cè)試電路160，以便使測(cè)試電路160上的柵極開(kāi)路，從而在步驟S17中在相 線和中性線之間生成開(kāi)路路徑以造成電流不平衡。這個(gè)電流不平衡被故障電路200讀取， 其中，定時(shí)電容器C5被利用這個(gè)故障信號(hào)以及任何后繼的模擬故障信號(hào)充電，直到其達(dá)到 其閾值為止。微控制器202循環(huán)通過(guò)步驟S16到S19，以便在相反極性的半周期上生成周期性自測(cè)試，直到例如電容器C5的定時(shí)電容器在步驟S20中達(dá)到其充電閾值為止。接著，在步驟S20中，一旦已經(jīng)經(jīng)過(guò)電容器閾值，則在步驟S21中產(chǎn)生故障信號(hào)。在 步驟S22中，這個(gè)故障信號(hào)被接收到微控制器202中，然后，在步驟S23中，微控制器202啟 動(dòng)該微控制器202中的用來(lái)停止旁路SCR 135的內(nèi)部計(jì)數(shù)器或者時(shí)鐘。如上所述，這個(gè)旁 路時(shí)鐘將持續(xù)預(yù)定的時(shí)間段，所述預(yù)定的時(shí)間段將被視為對(duì)于定時(shí)電容器C5來(lái)說(shuō)足以放 電的時(shí)間段。由于包含定時(shí)電路150，所以定時(shí)電容器完全放電的時(shí)間可以被控制，并且在這種 情況下被減小，所以一旦自測(cè)試已經(jīng)完成，則要求較少的時(shí)間用于使故障電路重新聯(lián)機(jī)用 于檢測(cè)實(shí)際故障。因此，步驟S24包括初始化例如定時(shí)電路150的定時(shí)電路的步驟。定時(shí) 電路150的初始化在步驟S25中開(kāi)始了電容器C5的放電。此外，在步驟S26中，微控制器 確定故障信號(hào)何時(shí)被產(chǎn)生。如上所述，產(chǎn)生故障信號(hào)的定時(shí)很重要，因?yàn)槿绻收闲盘?hào)對(duì)于 正常自測(cè)試被產(chǎn)生得太早，或者在沒(méi)有模擬故障信號(hào)被施加的時(shí)間段期間產(chǎn)生因而單獨(dú)充 電電容器C5，則微控制器202將此記錄為實(shí)際故障的證據(jù)，然后在旁路定時(shí)器到期之前結(jié) 束SCR 135的旁路，從而允許觸點(diǎn)跳閘。如果微控制器202確定故障信號(hào)沒(méi)有被太快地產(chǎn)生，或者在沒(méi)有產(chǎn)生模擬故障信 號(hào)的時(shí)間段期間產(chǎn)生，則在正常的自動(dòng)自測(cè)試期間，電容器放電，并且在步驟S27中，故障 信號(hào)結(jié)束。接著，在步驟S28中，旁路定時(shí)器到期，所以在步驟S29中，微控制器202停止 SCR 135的旁路。但是，如果出現(xiàn)了實(shí)際故障，并且微控制器202沒(méi)有如上所述確定存在外部故障， 則在這種條件下，即使在旁路定時(shí)器到期之后，故障信號(hào)也將在步驟S30中繼續(xù)。在這種情 況下，僅在自測(cè)試故障信號(hào)足以到期但是在實(shí)際故障情況下不足以繼續(xù)旁路的時(shí)間段設(shè)置 旁路定時(shí)器。因此，步驟S31將接著發(fā)生，導(dǎo)致將故障信號(hào)接收到例如SCR135的SCR的柵 極。這將導(dǎo)致步驟S32，步驟S32導(dǎo)致跳閘序列的初始化，跳閘序列涉及激活SCR 135以允 許電流流過(guò)螺線管130，導(dǎo)致引腳激發(fā)解鎖觸點(diǎn)50，并切斷到負(fù)載的功率。一旦觸點(diǎn)50已經(jīng) 跳閘，則跳閘指示器190將通過(guò)點(diǎn)亮LED LDl指示觸點(diǎn)50開(kāi)路來(lái)指示跳閘的觸點(diǎn)的狀況。如果沒(méi)有出現(xiàn)外部故障，則過(guò)程將從步驟S29繼續(xù)到步驟S34，其中，微控制器在 預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)，例如在步驟S12中給出的時(shí)間內(nèi)接收故障信號(hào)，然后微控制器202將記錄 成功的自測(cè)試，并在步驟S34中指示這個(gè)成功的自測(cè)試，例如通過(guò)保持LED LD2點(diǎn)亮而不點(diǎn) 亮LED LD3。但是，如果在微控制器202中沒(méi)有接收到信號(hào)，例如進(jìn)入圖3中微控制器202 的引腳8，則微控制器202通過(guò)不點(diǎn)亮LD2而是點(diǎn)亮LED LD3來(lái)提供這個(gè)失敗的自測(cè)試的 指示。無(wú)論在測(cè)試電路160中模擬故障信號(hào)是否由晶體管Q2生成，并且無(wú)論故障電路200 是否正常工作，也可能發(fā)生步驟S35。因此，從步驟S16畫(huà)了直線，因?yàn)橐坏┳詼y(cè)試定時(shí)器到 期，如果微控制器202沒(méi)有接收到故障信號(hào)，則微控制器202指示失敗的自測(cè)試。一旦微控 制器202確定已經(jīng)發(fā)生了失敗的自測(cè)試，在步驟S36中，其開(kāi)始針對(duì)將來(lái)在步驟S37中微控 制器202使觸點(diǎn)50跳閘的時(shí)間段的定時(shí)器。在這種情況下，微控制器202在存在實(shí)際故障 信號(hào)時(shí)不使觸點(diǎn)跳閘或者控制觸點(diǎn)的跳閘，而是只在失敗的自測(cè)試以后這樣做，失敗的自 測(cè)試是由微控制器202未能從集成電路200接收到信號(hào)來(lái)確定的。如果微控制器202被損壞，則該設(shè)備可以繼續(xù)安全地工作(因?yàn)镚FCI電路仍可 用)，但是它將不能進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試，因?yàn)槿缟纤?，微控制?02將不能感測(cè)通過(guò)按壓復(fù)位
15按鈕導(dǎo)致的手動(dòng)測(cè)試的啟動(dòng)并產(chǎn)生測(cè)試所需的所有適當(dāng)信號(hào)。此后，該設(shè)備將由于復(fù)位閉 塞(resetlockout)特征而不能將其自身復(fù)位，并且功率將不被提供給端子。用戶(hù)則將需要 更換這個(gè)設(shè)備。如上所述，該設(shè)備包括多個(gè)不同的LED，它們用來(lái)提供多個(gè)不同的指示狀態(tài)。LED LDl可以是任何顏色，但是在至少一個(gè)實(shí)施例中是黃色。這個(gè)燈不受微控制器202控制，而 是由觸點(diǎn)檢測(cè)器190控制，其中，LDl在耦合到觸點(diǎn)檢測(cè)器190的觸點(diǎn)處于開(kāi)路位置時(shí)保持 點(diǎn)亮。觸點(diǎn)檢測(cè)器電路190包括觸點(diǎn)51和接觸柱52，觸點(diǎn)51是取自圖1到圖3中所示的 觸點(diǎn)50中的任何一個(gè)的觸點(diǎn)，接觸柱52提供進(jìn)入微控制器202的引腳9的輸入。以這種 方式，當(dāng)觸點(diǎn)51處于開(kāi)路位置時(shí)，它與接觸柱52接觸，并把功率提供到微控制器202的引 腳9中，從而指示微控制器202該觸點(diǎn)開(kāi)路。此外，在這個(gè)狀態(tài)下，功率也被提供給LD1，所 述功率把LDl點(diǎn)亮，指示觸點(diǎn)開(kāi)路。完全基于觸點(diǎn)的位置而不基于微控制器202的控制來(lái) 控制給LDl的功率。LED LD2是綠色LED，其指示是否有成功的自測(cè)試。LED LD3是紅色LED，其指示存 在失敗的自測(cè)試。這些LED被設(shè)計(jì)成提供多個(gè)指示狀態(tài)。這些指示狀態(tài)是指示未提供功 率、或者線路或負(fù)載布線已被顛倒的第一指示狀態(tài)。這通過(guò)所有的燈LD1、LD2和LD3關(guān)閉 來(lái)指示。存在第二指示狀態(tài)，指示有功率，但是沒(méi)有功率被提供給自測(cè)試電路，并且觸點(diǎn)已 經(jīng)跳間。這通過(guò)存在黃燈(LDl被打開(kāi))而LD2和LD3被關(guān)閉來(lái)指示。還有第三指示狀態(tài)， 指示有功率提供給該設(shè)備，并且自測(cè)試已經(jīng)通過(guò)，并且所述多個(gè)觸點(diǎn)鎖定。這個(gè)指示狀態(tài)可 以通過(guò)由LD2形成的綠燈以及缺少由關(guān)閉的LDl形成的黃燈的指示來(lái)示出。還有第四指示 狀態(tài)，指示有功率被提供給該設(shè)備，自測(cè)試已經(jīng)通過(guò)，并且觸點(diǎn)已經(jīng)跳閘。這由LD2被打開(kāi) 形成綠燈而黃燈LDl關(guān)閉來(lái)形成。第五指示狀態(tài)指示自測(cè)試已經(jīng)失敗，并且也指示觸點(diǎn)未 成功地跳閘。在這種情況下，紅燈隨著LD3打開(kāi)而打開(kāi)，LD2打開(kāi)，并且LDl關(guān)閉。最后，第 六指示狀態(tài)指示自測(cè)試已經(jīng)失敗，并且所述多個(gè)觸點(diǎn)已經(jīng)跳間。這通過(guò)LD3打開(kāi)提供紅燈、 LD2關(guān)閉不提供綠燈并且LDl打開(kāi)提供黃燈來(lái)指示。這些指示狀態(tài)在下面的表中示出 在這種情況下，紅色LED LD3是閃爍LED，而LD2和LDl是綠色和黃色穩(wěn)定狀態(tài)指 示器?？陕?tīng)指示器指示存在無(wú)保護(hù)的功率。通過(guò)將設(shè)備跳閘可以使這個(gè)可聽(tīng)指示器靜音。 如果設(shè)備已經(jīng)跳閘但是觸點(diǎn)還未開(kāi)路(例如焊接的觸點(diǎn))，則壓住復(fù)位按鈕170幾秒將指示 微控制器將峰鳴器靜音。在自測(cè)試過(guò)程期間，并且當(dāng)復(fù)位按鈕被按壓時(shí)，紅色LED LD3短暫 地閃爍。在這種情況下，自測(cè)試不能確定觸點(diǎn)開(kāi)路的能力。微控制器202也可以被編程為檢測(cè)多個(gè)不同的錯(cuò)誤。例如，微控制器202可以例如 通過(guò)上面概述的標(biāo)準(zhǔn)自測(cè)試檢測(cè)故障電路是否在正常工作。此外，微控制器202可以通過(guò) 讀取是否存在過(guò)零信號(hào)來(lái)確定是否已經(jīng)失去任何過(guò)零電路。微控制器202不能接收到任何 過(guò)零信號(hào)可能是基于損壞的過(guò)零電路、微控制器引腳損壞，或者損壞的橋式整流器二極管。 如上所述，微控制器202也可以被編程為識(shí)別過(guò)電壓狀況，例如當(dāng)過(guò)零信號(hào)太窄時(shí)。此外， 如上所述，微控制器202可以和觸點(diǎn)檢測(cè)器電路190結(jié)合使用以檢測(cè)在引腳9是否存在指 示觸點(diǎn)在實(shí)際故障條件下被焊住或不能開(kāi)路的信號(hào)。因此，雖然只示出和描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但是很清楚，不偏離本發(fā)明的精 神和范圍可以對(duì)其做出很多改變和修改。
權(quán)利要求
一種自測(cè)試故障電路中斷器設(shè)備，包含a)故障電路，包含i)至少一個(gè)線路監(jiān)視電路；ii)至少一個(gè)線路中斷電路；iii)至少一個(gè)故障檢測(cè)器電路，被配置成當(dāng)從所述至少一個(gè)線路監(jiān)視電路檢測(cè)到故障時(shí)選擇性地操作所述至少一個(gè)線路中斷電路；b)至少一個(gè)自測(cè)試電路，被配置成在所述故障電路上進(jìn)行自測(cè)試；和c)至少一個(gè)定時(shí)電路，被配置成控制所述故障檢測(cè)器電路的輸出的持續(xù)時(shí)間。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)自測(cè)試電路包含至少一個(gè)微控制器。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)自測(cè)試電路還包含至少一個(gè)晶體管。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)晶體管耦合到所述至少一個(gè)微控制 器的輸出。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)故障檢測(cè)器電路包含集成電路。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述故障檢測(cè)器電路還包含至少一個(gè)電容器，其中 所述定時(shí)電路被配置成控制所述電容器的放電速率。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)故障檢測(cè)器電路是集成故障檢測(cè)器 電路。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述定時(shí)電路包含至少一個(gè)晶體管，該晶體管被配 置成選擇性地增大所述電容器的放電速率。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述定時(shí)電路還包含至少一個(gè)電阻器，其中，所述 電阻器的電阻水平控制所述電容器的放電速率。
10.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述定時(shí)電路受所述微控制器控制。
11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包含至少一個(gè)用于傳遞自測(cè)試的結(jié)果的指示器電路。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)指示器從由可聽(tīng)報(bào)訊器、可視指示 器和通信電路組成的組中選擇。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述可視指示器包含至少一個(gè)用來(lái)指示所述設(shè) 備的狀態(tài)的LED。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述LED被配置成顯示取決于所述設(shè)備的所確定 狀態(tài)的顏色。
15.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)線路中斷電路包含觸點(diǎn)，并且其中 所述設(shè)備還包含至少一個(gè)檢測(cè)所述觸點(diǎn)是處于開(kāi)路還是閉合狀態(tài)的觸點(diǎn)檢測(cè)器電路。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)LED耦合到所述觸點(diǎn)檢測(cè)器電路。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述自測(cè)試電路包含微控制器，并且其中，所述 至少一個(gè)LED包含耦合到所述微控制器的第一 LED和耦合到所述觸點(diǎn)檢測(cè)器電路的第二 LED。
18.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述指示器電路被配置成指示以下?tīng)顟B(tài)中的至 少一個(gè)a)第一指示狀態(tài)，指示未將功率提供給所述故障電路和所述自測(cè)試電路，或者所述線 路和負(fù)載布線已被顛倒；b)第二指示狀態(tài)，指示沒(méi)有功率被提供給所述自測(cè)試電路，并且至少一個(gè)觸點(diǎn)已經(jīng)跳閘；c)第三指示狀態(tài)，指示有功率被提供給所述設(shè)備，自測(cè)試已經(jīng)通過(guò)，并且至少一個(gè)觸點(diǎn) 被鎖定；d)第四指示狀態(tài)，指示有功率被提供給所述設(shè)備，自測(cè)試已經(jīng)通過(guò)，并且至少一個(gè)觸點(diǎn) 開(kāi)路；e)第五指示狀態(tài)，指示所述自測(cè)試已經(jīng)失敗，并且指示至少一個(gè)觸點(diǎn)未成功地開(kāi)路；和f)第六指示狀態(tài)，指示所述自測(cè)試已經(jīng)失敗，并且至少一個(gè)觸點(diǎn)已經(jīng)開(kāi)路。
19.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包含與所述微控制器通信的過(guò)零電路，其中，所述微 控制器感測(cè)所述過(guò)零電路的輸出以確定過(guò)電壓或電壓不足狀況。
20.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)自測(cè)試電路被配置成在第一半周期 的至少一部分期間和相反極性的第二半周期的至少一部分期間提供模擬的故障信號(hào)。
21.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包含至少一個(gè)過(guò)電流檢測(cè)器，其中，所述微控制器被 配置成執(zhí)行以下步驟的至少一個(gè)當(dāng)所述微控制器確定過(guò)電流狀況時(shí)激活所述至少一個(gè)線 路中斷電路，和當(dāng)所述微控制器確定過(guò)電流狀況時(shí)指示過(guò)電流狀況。
22.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包含至少一個(gè)耦合到所述微控制器的溫度傳感器，其 中，所述微控制器被配置成當(dāng)所述微控制器確定了在預(yù)設(shè)溫度范圍以外的溫度時(shí)激活所述 至少一個(gè)線路中斷電路。
23.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包含至少一個(gè)耦合到所述微控制器并且耦合到相線 或中性線中的至少一個(gè)的熔絲，其中，所述微控制器被配置成通過(guò)所述熔絲選擇性地將所 述相線或者所述中性線上的路徑開(kāi)路。
24.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)故障檢測(cè)電路包含集成電路，其中， 所述微控制器被配置成在AC電流的正半周期的至少一部分期間和在負(fù)半周期的至少一部 分期間進(jìn)行自測(cè)試。
25.一種自測(cè)試故障電路中斷器設(shè)備，包含a)故障電路；b)用于在所述故障電路上啟動(dòng)自測(cè)試的至少一個(gè)自測(cè)試電路，其中所述至少一個(gè)自測(cè) 試電路包含i)至少一個(gè)微控制器； )至少一個(gè)定時(shí)電路，被配置成控制所述自測(cè)試的時(shí)間段，并在存在實(shí)際故障的情況 下縮短用于自測(cè)試的時(shí)間段。
26.一種自測(cè)試故障電路中斷器設(shè)備，包含a)故障電路；b)至少一個(gè)自測(cè)試裝置，用于在AC電流的正半周期的至少一部分期間和在負(fù)半周期 的至少一部分期間在所述故障電路上啟動(dòng)自測(cè)試。
27.如權(quán)利要求26所述的自測(cè)試設(shè)備，還包含電路中斷裝置，當(dāng)所述自測(cè)試裝置確定 存在失敗的自測(cè)試狀況時(shí)，所述電路中斷裝置被所述自測(cè)試裝置選擇性地激活。
28.一種自測(cè)試故障電路中斷器設(shè)備，包含a)多個(gè)故障檢測(cè)部件；b)斷開(kāi)設(shè)備；c)用于測(cè)試所述多個(gè)故障檢測(cè)部件中的至少一個(gè)部件的測(cè)試電路，所述測(cè)試電路具有 至少一個(gè)被配置成控制自測(cè)試的持續(xù)時(shí)間的時(shí)間段的電路；和d)連接到所述測(cè)試電路的指示器，用于提供自測(cè)試是否已經(jīng)失敗的指示。
29.一種用于對(duì)故障電路進(jìn)行自測(cè)試的方法，包含a)禁止致動(dòng)器；b)通過(guò)跨過(guò)第一極性的半周期的至少一部分和跨過(guò)第二極性的半周期的至少一部分 生成模擬的故障信號(hào)來(lái)執(zhí)行自測(cè)試；和c)確定自測(cè)試是否成功。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述禁止所述致動(dòng)器的步驟包含防止信號(hào)到達(dá) 所述致動(dòng)器以防止所述致動(dòng)器將信號(hào)發(fā)送到螺線管。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述禁止所述致動(dòng)器的步驟包含阻止SCR接收故障信號(hào)。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述執(zhí)行自測(cè)試的步驟包含在相線和中性線之 間生成電流不平衡。
33.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述執(zhí)行自測(cè)試的步驟包含a)將來(lái)自至少一個(gè)微控制器的信號(hào)提供給至少一個(gè)晶體管；b)激活所述至少一個(gè)晶體管以使電流從至少一個(gè)被配置成由至少一個(gè)故障傳感器讀 取的電導(dǎo)體流動(dòng)，以生成被所述至少一個(gè)故障傳感器讀取的電流不平衡。
34.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述執(zhí)行自測(cè)試的步驟包含a)檢測(cè)AC線信號(hào)的過(guò)零；b)把自測(cè)試定時(shí)在第一極性的第一半周期的至少一部分期間和相反極性的第二半周 期的至少一部分期間發(fā)生。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，還包含在交流電流的交替半周期期間定時(shí)自測(cè)試的步馬聚ο
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述在交流電流的至少一個(gè)半周期期間定時(shí)自 測(cè)試的步驟包含只在交流電流的所述至少一個(gè)半周期的一部分期間定時(shí)自測(cè)試。
37.如權(quán)利要求29所述的方法，還包含控制自測(cè)試的持續(xù)時(shí)間的步驟。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，控制自測(cè)試的持續(xù)時(shí)間的所述步驟包含基于饋 入電容器中的功率量來(lái)控制所述持續(xù)時(shí)間。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，控制自測(cè)試的持續(xù)時(shí)間的所述步驟包含控制所 述電容器的功率的放電速率。
40.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，檢測(cè)故障的所述步驟包括從故障傳感器接收指 示存在故障的信號(hào)。
41.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，指示所述自測(cè)試的結(jié)果的所述步驟包含為所述 自測(cè)試提供光指示。
42.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，指示所述自測(cè)試的結(jié)果的所述步驟包含為所述 自測(cè)試提供音頻指示。
43.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，指示所述自測(cè)試的結(jié)果的所述步驟包含指示自 測(cè)試是否被成功執(zhí)行。
44.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，指示所述自測(cè)試的結(jié)果的所述步驟包含指示一 組觸點(diǎn)是否已經(jīng)跳閘。
45.如權(quán)利要求29所述的方法，還包含確定過(guò)電流狀況的步驟。
46.如權(quán)利要求29所述的方法，還包含確定過(guò)電壓狀況的步驟。
47.如權(quán)利要求29所述的方法，還包含通過(guò)將沿著所述相線和所述中性線中的至少一 個(gè)的可熔斷聯(lián)接開(kāi)路，將故障電路從工作中永久性去除的步驟。全文摘要
一種自測(cè)試故障電路中斷器設(shè)備，包含故障電路，包含至少一個(gè)線路監(jiān)視電路、至少一個(gè)線路中斷電路，和至少一個(gè)故障檢測(cè)器電路，所述故障檢測(cè)器電路被配置成當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)選擇性地操作所述至少一個(gè)線路中斷電路。這個(gè)故障電路也包括至少一個(gè)被配置成在所述故障電路上啟動(dòng)自測(cè)試的測(cè)試電路和至少一個(gè)用于控制在所述至少自測(cè)試電路上執(zhí)行的自測(cè)試的時(shí)間段的定時(shí)電路。該定時(shí)電路可以采用包含控制定時(shí)電容器的放電速率的晶體管的額外電路的形式。存在定時(shí)電容器以防止故障電路的任何錯(cuò)誤的觸發(fā)。故障電路測(cè)試條件不停止，直到電容器被完全放電為止。通過(guò)控制定時(shí)電容器放電速率，在存在外部故障時(shí)SCR的觸發(fā)不被延遲太多，因?yàn)樵诖嬖谶@個(gè)外部故障期間，測(cè)試周期在時(shí)間上被直接基于外部故障的規(guī)?？捎^地縮短了。測(cè)試電路可以包括微控制器，所述微控制器可以被編程為跨過(guò)相反極性的至少兩個(gè)不同半周期執(zhí)行自測(cè)試?；谟晌⒖刂破鹘Y(jié)合過(guò)零電路執(zhí)行的定時(shí)，確定自測(cè)試的定時(shí)。
文檔編號(hào)G01R31/00GK101910856SQ200980101512
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日
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