测试用于串联电弧检测的afci设备的方法和装置的制作方法

专利名称：测试用于串联电弧检测的afci设备的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及测试AFCI设备。更特别地，本发明包括用于测试用于串联电弧 检测的AFCI设备的方法和装置。
背景技术：
电弧故障断路器(AFCI)是一种被设计成当检测到电弧故障时通过起作用以使电 路断电来减轻电弧故障的影响的设备。具体来说，AFCI设备检测AC电力系统中并联电弧 放电和串联电弧放电的存在。当检测到电弧放电(arcing)时，AFCI设备断开由该设备所 保护的电分支。电弧放电故障通常在损坏或破损的导线和软线中出现。造成损坏或破损的 布线的一些原因包括导线绝缘穿刺、自然老化以及将导线暴露于排热口或恶劣的环境条件 下。用于测试AFCI设备的现有技术设备通常使用诸如机电电弧间隙 (electromechanical arc gap)和点接触继电器之类的串联电弧放电设备。这些设备通常 将与测试负载串联使用以生成实际串联电弧放电，从而测试AFCI设备检测串联电弧放电 的能力。然而，这样的现有技术设备具有许多缺点。例如，机电电弧间隙和继电器是占用 很大空间的大型机械设备。另一个缺点是闭合和断开点接触继电器产生串联电弧放电，其 可能干扰由机电电弧间隙感应的预期信号。而且，难以建立具有利用可重复的结果来测试 AFCI设备所必需的一致的信号特性的机电电弧间隙，尤其难以大量建立。此外，难以控制或 校准由前述现有技术串联电弧设备生成的电弧信号的特性。这样的控制和校准是必需的， 以便实现利用可重复的结果来测试AFCI设备。另一个缺点是串联电弧放电对电弧间隙两 端的电极有破坏性并且需要经常更换。又一个缺点是电弧信号的特性受到电弧间隙两端的 电极的破坏、电弧间隙两端的电极的升温、电弧间隙内部和周围的环境的升温、以及电弧间 隙内部和周围的环境的相对湿度的影响。最后，如果暴露电弧间隙的话存在电击的可能性。因此，需要基本上消除前述问题的用于测试用于串联电弧检测的AFCI设备的方 法和装置。

发明内容
本发明通过提供一种用于测试用于串联电弧检测的AFCI设备的新型装置和方法 来克服用于测试AFCI设备的现有技术设备的问题和不足。具体来说，本发明的方法和装置 生成模拟AC电力系统中的串联电弧放电的信号特性的测试信号。所模拟的信号被用来测 试AFCI设备检测AC电力系统中的串联电弧放电的能力。该测试信号被耦合到负载电路中，从而消除对该负载电路中实际串联电弧放电设备和点接触继电器开关的需要。本发明的突出优点是它可以被用于测试大量AFCI设备，例如测试生产线中的 AFCI设备。本发明的另一个优点是它可以被配置为用于测试已经安装在住所中的AFCI设备 的便携式测试器。本发明的又一个优点是它提供表示串联电弧放电的一致的信号。本发明的一个目的是提供一种可以以合理成本实施的用于测试用于串联电弧检 测的AFCI设备的方法和装置。本发明的另一个目的是提供一种比现有技术装置占用相对更少空间的用于测试 用于串联电弧检测的AFCI设备的装置。因此，在一个方面，本发明针对一种用于测试AFCI设备的方法，该方法包括下述 步骤提供测试中AFCI设备和负载，其中该AFCI设备和负载形成电路；将AC功率施加于该 AFCI设备；生成高频宽带噪声信号；利用与负载电流或负载电压同步的信号来调制该高频 宽带噪声信号以提供同步高频宽带噪声脉冲串(burst)；将该同步高频宽带噪声脉冲串耦 合到所述电路中以模拟串联电弧放电信号；以及确定该AFCI设备是否断开所述电路。在另一个方面，本发明针对一种用于测试AFCI设备的方法。在一个实施例中，该 方法包括下述步骤提供要被测试的AFCI设备和负载，其中该AFCI设备和负载形成电路； 将AC功率施加于该AFCI设备；生成高频宽带噪声信号；放大该高频宽带噪声信号以提供 放大的高频宽带噪声信号；利用与负载电流或负载电压同步的信号来调制该放大的高频宽 带噪声信号以提供同步高频宽带噪声脉冲串；将该同步高频宽带噪声脉冲串耦合到所述电 路中以模拟串联电弧放电信号；确定该AFCI设备是否在预定时间量内断开所述电路；如果 该AFCI设备在预定时间量内断开所述电路，则指示该AFCI设备已通过测试；以及如果该 AFCI设备未能在预定时间量内断开所述电路，则指示该AFCI设备未能通过测试。在后续说明中描述本发明的其它目的、优点和特征。


本发明的新颖的特征以及本发明的元件特性在所附权利要求书中详尽地阐明。附 图仅用于说明目的并且没有按照比例绘制。此外，在附图中，相似数字表示相似特征。通过 参考下面结合附图的详细说明可以最佳地理解关于组织和操作方法的本发明本身，在附图 中图1是具有AFCI设备和电路分支的AC电力系统的框图，该AC电力系统经历该电 路分支中的串联电弧放电；图2是当负载是电阻性负载时由图1的AC电力系统中的串联电弧放电产生的电 压波形，其中电流与电压同相；图3是由图1的AC电力系统中的串联电弧放电产生的电流波形；图4是由图1的AC电力系统中的串联电弧放电产生的高频宽带噪声脉冲串的波 形；图5是信号功率和频率之间的关系的图形，其说明在一个脉冲串期间在固定时间 点时高频宽带噪声级的幅度，该幅度在更高的频率处降低；
图6是用于AFCI设备的现有技术串联电弧测试器的框图；图7是本发明的串联电弧放电模拟器装置的框图；图8是由图7中所示的高频宽带噪声源生成的高频宽带噪声的波形；图9是由图7中所示的低频耦合器输出的信号的波形；图10是由图7中所示的调制信号发生器输出的信号的波形；图11是由图7中所示的调幅器输出的信号的波形；图12是由图7中所示的高频耦合器输出的信号的波形；图13是根据本发明的另一个实施例的串联电弧放电模拟器装置的框图；图14是根据本发明的又一个实施例的串联电弧放电模拟器装置的框图；以及图15是根据本发明的另一个实施例的串联电弧放电模拟器装置的框图。
具体实施例方式参考图1，示出了包括电源22和AFCI设备24的典型的AC供电的电气系统20。线 电压导线26和中性导线(neutral wire) 28连接到电源22和AFCI设备24并且连接在该 电源22和AFCI设备24之间。AFCI设备24的输出端通过线电压导线30和中性导线32连 接到负载26，由此形成总体上由参考数字34表示的电路分支。由于在前述“背景技术”部 分中所讨论的原因中的任何一个原因，例如布线中的不良连接或电路分支34中的任何其 它破损状况，在电路分支34中出现小的电弧放电间隙36。当利用负载使电路闭合时出现串 联电弧放电，并且在电弧放电间隙36两端产生足以击穿介质(通常是空气)的高电压。这 允许电流流过负载。在图3中示出了所得到的电流波形。在图2中针对(电阻性)有效负 载示出了所得到的电压波形，其中电流与电压同相。在AC电力系统中串联电弧放电的出现 还导致电分支中高频宽带噪声脉冲串。倘若负载在AC功率波形的正半周期和负半周期期 间汲取电流，则高频宽带噪声脉冲串以两倍于AC电力系统的频率的速率出现。高频宽带噪 声的幅度通常在脉冲串开始和结束时较高。在图4中示出了去除了低频分量的高频宽带噪 声。如图5中所示，在一个脉冲串期间在固定时间点时高频宽带噪声的幅度在较高的频率 处降低。参考图6，示出了现有技术串联电弧测试装置50。装置50包括通过线电压导线56 和中性导线58连接到测试中AFCI设备54的电源52。测试中AFCI设备54具有连接到线 电压导线60和中性导线62的输出端。连续性检测器64连接在线电压导线60和中性导线 62之间。连续性检测器64将信号65输出到定时器设备66。点接触单刀单掷(SPST)继电 器开关68、机电电弧间隙设备70和有效负载72串联连接在线电压导线60和中性导线62 之间。定时器设备66提供连接到继电器开关68的控制信号74。定时器设备66还提供用 于输入到指示器设备80的信号76。定时器设备66具有用于接收测试开始信号82的输入 端。测试操作员使得生成被输入到定时器设备66中的测试开始信号82。测试开始信号82 使得定时器设备66重置、开始时钟，并且输出闭合继电器开关68的控制信号74。当被闭合 时，继电器开关68通过机电电弧间隙设备70为有效负载72提供功率。负载电流通常是5 安培，并且目前是按照UL 1699的当前要求。按照UL 1699，测试中AFCI设备54应该在不 到1秒内检测电弧故障并且断开电路。连续性检测器64检测开路并且将信号65输出给定 时器设备66以停止时钟。如果时钟上逝去的时间超过一(1)秒，定时器设备66则将信号
876输出给指示器设备80以提醒操作员测试中AFCI设备54未通过。逝去的时间还可以被 发送给指示器设备80并且被记录。参考图7，示出了本发明的串联电弧放电模拟器装置100。首先，现在描述装置100 的一般配置，之后详细讨论装置100的各部件之间的电气关系。电源102通过线电压导线 106和中性导线108连接到测试中AFCI设备104。测试中AFCI设备104具有连接到线电 压导线110和中性导线112的输出端。连续性检测器114连接在线电压导线110和中性导 线112之间。连续性检测器114将信号116提供给定时器设备118。高频耦合器120、低频 耦合器122和有效负载124串联连接在线电压导线110和中性导线112之间。低频耦合器 122将信号126提供给调制信号发生器128。信号126是由电源102提供的AC功率信号的 低频分量。定时器设备118将控制信号130提供给调制信号发生器128。定时器设备118 还将信号132提供给指示器设备134。定时器设备118包括用于接收由测试操作员发起的 测试开始信号136的输入端。装置100包括输出高频宽带噪声信号140的高频宽带噪声源 138，所述高频宽带噪声信号140被输入到放大器142中。放大器142输出放大的高频宽带 噪声信号144，所述放大的高频宽带噪声信号144被输入到低通滤波器146中。低通滤波器 146输出经过滤波的信号148，所述经过滤波的信号148被馈送给调幅器150。调幅器150 利用调制信号154来调制信号148以产生经过调制的信号152。经过调制的信号152被馈 送给高频耦合器120。调幅器150还接收由调制信号发生器128生成的信号154。信号154 与负载电流或负载电压同步。通电的测试中AFCI设备104为有效负载124提供功率。负 载电流通常是5安培，并且目前是按照UL 1699的要求。在将AC功率施加于测试中AFCI 设备104并且开启设备104以闭合电路之后，测试操作员发起测试开始信号136。测试开始 信号136重置定时器设备118、开始时钟并且启用串联电弧放电模拟器装置100。因此，高 频宽带噪声信号140通过放大器142被放大、通过低通滤波器146被滤波、通过调幅器150 被调制、然后通过高频耦合器120被耦合到电路中以模拟串联电弧放电。按照UL 1699，测 试中AFCI设备104应该在不到1秒内检测被耦合到电路故障中的所模拟的串联电弧放电 信号的信号特性并且断开电路。连续性检测器114检测开路并且将信号116发送给定时器 设备118以停止时钟。然后，定时器设备118将信号130发送给指示器设备134以提醒操 作员测试中AFCI设备104已通过。逝去的时间也可以被发送给指示器设备134并且被记 录。如果时钟上逝去的时间超过1秒，则信号30将指示测试中AFCI设备104未通过。参考图7，高频宽带噪声源138优选地具有IOkHz到IOOMHz的带宽。根据特定测 试中AFCI设备的检测方法，随着AFCI设备的检测方法的未来技术的发展，可能需要明显更 小的带宽，或者可能需要明显更大的带宽。在一个实施例中，使用市场上可买到的噪声二极 管来生成高频宽带噪声。已发现噪声二极管对于模拟电弧放电噪声来说是理想的。在可替 换实施例中，市场上可买到的任意的波形生成器被用来生成高达80MHz的高频宽带噪声。 由高频宽带噪声源138生成的高频宽带噪声信号140可以被表示为时间的函数n(t)。高 频宽带噪声信号140具有相对低的幅度，但通过放大器142被放大。在优选实施例中，放大 器142是具有可调整的增益的宽带高增益放大器。在一个实施例中，放大器142包括多个 放大器级。放大器142将幅度增加到与实际串联电弧放电的输出水平类似的输出水平。因 为放大器142的增益是可调整的，所以它允许测试操作员校准所模拟的串联电弧放电信号 的幅度。如果高频宽带噪声源138被配置为输出噪声密度为-140dBm/Hz的噪声二极管电路，则放大器142被配置成具有60dB的增益，从而实现-80dBm/Hz的输出噪声密度。可以 由下面的公式来表示所输出的高频宽带噪声信号140 AXn(t),其中“A”是放大器的可调整的增益；以及η⑴是作为时间的函数的噪声信号。由于串联电弧放电噪声而引起的高频宽带噪声归因于作为时间的函数的串联电 弧放电的脉冲特性δ (t)(理想情况)。傅立叶变换示出平坦的功率信号响应X (f) = 1。实 际上，作为时间的函数的脉冲被更接近地定义为e_a W。功率信号具有随着频率增加而减小 的幅度响应，也就是说X(f) = (2 a ) / ( a 2+4 π 2f2).因此，可取的是将低通滤波器146配置成提供双极点低通滤波器响应以便模拟串 联电弧放电的功率与频率响应的关系。在可替换实施例中，低通滤波器146与放大器142 或调幅器150相结合。在另一个实施例中，放大器142被配置为具有期望的频率响应的放 大器。在又一个实施例中，交换低通滤波器146和放大器142的位置以使得低通滤波器146 在高频宽带噪声源138和放大器142之间。当测试中AFCI设备的感兴趣的频率带宽相对 窄并且幅度相对平坦时，不需要低通滤波器响应，因此可以省略低通滤波器146。对换低通 滤波器和放大器的次序的明显优点是对于放大器来说放松了频率和功率要求。所得到的高 频宽带噪声信号140可以由下面的公式表示N(t) = h(t) * AXn(t)其中h(t)是低通滤波器时间响应。在图8中示出了噪声信号波形。参考图7，低频耦合器122提供表示由电源102提供的AC功率的低频分量的输出 信号126。信号126可以是代表负载电流或线与中性点间电压的信号。信号126的主要功 能是使所模拟的串联电弧放电噪声信号与负载电流或线与中性点间电压同步。信号126被 表示为如图9中所示的Sin (2 π ft)。参考图7和图10，调制信号发生器128将信号154提供给调幅器150以对所模拟 的高频宽带噪声信号的幅度进行整形。在图10中示出了信号154的波形。使用由低频耦 合器122提供的信号126来使信号154与负载电流或线与中性点间电压同步。直接从信号 126得到信号154。在可替换实施例中，以另一种方式生成信号154，并且使所述信号154与 信号126同步。如果直接从信号126得到信号154，则该信号154由下面的公式表示m(t) = CX [1-BX Sin(2 π ft) ) X [u(t-Td-(ηXΤ/2))-u(t-(T/2-Td)-(ηXΤ/2))]其中Τ = Ι/f, Td =脉冲串延迟，η = 0,1,2,...半周期。当测试中AFCI设备104不使用在一个脉冲串期间幅度和时间的关系的变化时，则 信号126可简单地由下面的公式表示m(t) = C X [u (t-Td- (η X Τ/2)) _u (t- (T/2-Td) - (η X Τ/2))]其中Τ = 1/f, Td =脉冲串延迟，η = 0,1,2,...半周期。脉冲串延迟应该是可调整的，因此它可以被校准。参考图7和图11，调幅器150使高频宽带噪声与同步调制信号154相乘。所得到 的输出信号152是高频宽带噪声脉冲串，其中脉冲串包络通过调制信号154被整形为图11中所示的那样。信号152可以由下面的公式表示s(t) = m(t) XN(t)其中m(t)和N(t)是在上面定义的。调幅器150可以被配置为电压或电流控制的放大器或衰减器。参考图7和图12，高频耦合器120将同步高频宽带噪声脉冲串注入(inject)到 负载电流或线与中性点间电压中以产生由测试中AFCI设备所检测的所模拟的串联电弧放 电信号。具有同步高频宽带噪声脉冲串的信号由图12中所示的波形表示。该信号具有与 图2中所示的由实际串联电弧放电生成的信号相同的特性。图12中所示的所模拟的串联 电弧放电信号可以由下面的公式表示r(t) =s (t) +Sin (2 π ft)其中s(t)是在上面定义的。参考图7，连续性检测器114监控线电压或负载电流以确定测试中AFCI设备140 是断开的还是闭合的，并且将信号116发送给定时器设备118以指示测试中AFCI设备104 是断开的还是闭合的。定时器设备118 —接收到开始测试信号136就被激活。尽管将信号 136施加到定时器设备118是由测试操作员发起的，但是信号136实际上由计算机、微控制 器或其它适当电路生成。一接收到开始测试信号136，定时器设备118就重置内部时钟并启 用模拟串联电弧放电装置100。通过启用调制信号发生器128、高频宽带噪声源138、或调制 信号路径或高频宽带噪声信号路径中的任何其它元件来实现装置100的启用。在可替换实 施例中，这通过断开或闭合调制信号路径或高频宽带噪声信号路径中的开关来实现。定时 器设备118还监控来自连续性检测器114的信号。在定时器设备118接收到测试中AFCI 设备104被闭合的信号的时候，定时器设备118允许其内部时钟运行。如果定时器设备118 在预定时间量逝去之前接收到测试中AFCI设备104被断开的信号，则定时器设备118将提 醒测试操作员测试中AFCI设备104已通过的信号130发射给指示器设备134。如果在信号 136被发送到指示器设备118以指示测试中AFCI设备104被断开之前预定时间量逝去，则 定时器设备118发送指示测试中AFCI设备104未通过的信号136。定时器设备118还禁 用模拟串联电弧放电装置100。在可替换实施例中，定时器设备118被配置成使得信号136 还包括实际数据、例如在定时器设备118的内部时钟上逝去的时间量。参考图7，指示器设备134将对测试中AFCI设备104执行的测试的状态或结果提 供给测试操作员。指示器设备134可以被配置成通过任何适当的技术(例如视觉显示、听 觉信号等等)来提醒测试操作员。例如，指示器设备118可以被配置成通过LCD显示器显 示数据。在另一个实例中，可以通过听觉设备来朗读数据。在可替换实施例中，指示器设备 134可以被配置成具有用于存储数据的数据存储元件。在另一个实施例中，指示器设备134 包括计算机或微控制器。图13示出可替换的串联电弧放电模拟器装置100，其中连续性检测器114监控由 低频耦合器122提供的信号126。如在前面的说明中所描述的那样，信号126代表负载电流 或线与中性点间电压。在可替换实施例中，连续性检测器114和低频耦合器122可以被结 合成单个部件。参考图14，示出了根据本发明的另一个实施例的模拟串联电弧放电测试装置 200。装置200包括为AFCI设备202提供功率的电源201。装置200还包括有效负载203，其优选地为5安培的负载。变流器204与有效负载203串联，并且执行低频耦合器122 (参见 图7)的功能。因此，变流器204将负载电流的低频分量提供给过零发生器(zero-crossing generator) 2060过零发生器206执行调制信号发生器128 (参见图7)的功能并且将与负 载电流同步的TTL级信号207输出到任意波形发生器208中。一个合适的任意波形发生器 是安捷伦(Agilent) 33250A。在过零信号发生器206中脉冲串延迟是可调整的，这对装置 200的校准来说是重要的。在市场上的一些AFCI设备的情况下，为了串联电弧检测不需要 对脉冲串进行整形。在优选实施例中，任意波形发生器208包括高频宽带噪声源、放大器、 低通滤波器和调幅器。因此，任意波形发生器208执行在前面的说明中所讨论的并且在图7 中示出的高频宽带噪声源138、放大器142、低通滤波器146和调幅器150的功能。任意波 形发生器208被配置成生成具有达到约80MHz的平坦频率响应的高频宽带噪声。优选地， 任意波形发生器208的输出水平容量超过-80dBm/Hz，并且该输出水平是可调整的以便允 许校准装置200。由过零信号发生器206输出的信号被馈送到任意波形生成器208的脉冲 串端口中，其选通(gate)(以100%调幅)高频宽带噪声输出。装置200还包括RF变压器 210和串联电容器212和214。RF变压器210和串联电容器212和214用作将同步高频宽 带噪声脉冲串注入到有效负载203中的高频耦合器。装置200包括定时器设备218。定时 器设备218总体上执行与图7中所示的定时器设备118相同的功能。除了那些功能之外， 定时器设备218还启用和禁用过零发生器206。在可替换实施例中，定时器设备218在测试 开始和结束时启用和禁用任意波形发生器208的输出。装置200包括图14中没有示出的 连续性检测器。 参考图15，示出了根据本发明的又一个实施例的串联电弧放电模拟器装置300。 装置300包括向测试中AFCI设备304提供功率的AC电源302。有效负载306处于测试中 AFCI设备304的输出端。优选地，有效负载是5.0安培的负载。装置300包括接口板308，其 具有多个光耦合器。在一个实施例中，接口板308被配置为市场上可买到的IES 10394503 接口板。前述光耦合器之一用作向过零发生器310提供线与中性点间电压的低频分量的低 频耦合器。在一个实施例中，过零发生器310被配置为软件现场可编程门阵列(PXI7833R)。 过零发生器310用作调制信号发生器并且将过零信号(脉冲信号)312输出到任意波形发 生器314(例如PXI5422)中，所述过零信号(脉冲信号)312与线与中性点间电压同步。因 为负载306是有效负载，所以过零信号312也与负载电流同步。在过零发生器310中脉冲 宽度和延迟是可调整的，这对装置300的校准来说是重要的。任意波形发生器314包括高 频宽带噪声源、放大器、低通滤波器和调幅器，在前面的说明中描述了这些部件的功能。任 意波形发生器314生成具有达到约80MHz的平坦频率响应的经过调幅的高频宽带噪声信号 315。优选地，任意波形发生器314具有超过-80dBm/Hz的输出水平容量，并且信号315的 输出水平是可调整的，这对装置300的校准来说是重要的。如果测试中AFCI设备具有相对 窄的频率带宽，则可以省略低通滤波器分量。信号312被输入到任意波形发生器314的脉 冲串端口中，其选通(以100%调幅)高频宽带噪声输出信号315。装置300包括RF变压 器316和串联电容器318和320，它们协作以用作将同步高频宽带噪声脉冲串315注入到有 效负载306中的高频耦合器。在一个实施例中，每一个电容器318和320都具有0. 01 μ F 的电容。接口板308上的另一个光耦合器用作连续性检测器。在一个实施例中，RF变压器 316是市场上可买到的线艺(Coilcraft)WBC1-1TL。
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装置300包括计算机设备322。计算机设备322执行与在前面的说明中所讨论的并 且在图7中示出的定时器设备118和指示器设备134相同的功能。计算机设备322提供显 示器，其指示测试中AFCI设备304通过测试还是未通过测试并显示测试数据(测试中AFCI 设备304检测串联电弧放电并且断开电路所逝去的时间)。计算机设备322包括在每个测 试开始时进行重置的定时电路。该定时电路还开始时钟、启用和禁用过零发生器310和任 意波形发生器314，并且在每个测试开始和结束时接通和关断任意波形发生器314的输出 信号315。计算机设备322还为测试操作员提供用户界面以校准装置300、开始并执行串联 电弧放电测试以及对AFCI设备执行的许多其它测试、并且将测试数据记录到存储器中。因此，本发明提供下面的优点和益处(a)消除了对电弧间隙和继电器的需要，并且消除了相关联的缺点；(b)本发明的装置的电子器件(electronics)可以被集成到非常小的ASIC中并且 可以由低压电源(例如标准AA或其它种类的电池)供电，并且因为所有其它电子部件在尺 寸上相对小，所以本发明的装置可以容易地被配置为便携式AFCI测试器；(c)由本发明的装置生成的所模拟的电弧放电信号的特性(幅度和时间)是一致 的且可重复的，该特性产生一致的、可重复的、可测量的且可靠的测试结果；(d)可以使用电子调整来调整由本发明的装置生成的所模拟的电弧放电信号的特 性(幅度和时间)并且因此所述特性可以被重复校准以产生期望的测试信号；(e)可以使用电子器件来补偿归因于环境状况的、所模拟的电弧放电信号的特性 的任何变化；(f)本发明的装置的电子部件比继电器和电弧间隙相对更可靠；(g)本发明的装置的电子部件的成本比继电器和电弧间隙的成本相对更低；以及(h)与使用继电器和电弧间隙的现有技术测试设备相比受到电击的机会相对更 低。因此，本发明的装置的电子器件的重要部分可以被合并到ASIC中，由此允许本发 明被用于(1)工厂中以测试大量生产的AFCI设备或者(2)供电工使用的便携式单元中以 测试安装在住所中的AFCI设备。尽管前面的说明是本发明的示范，但是相关领域的普通技术人员将认识到许多变 化、替换、修改、代替等等都是容易实行的，尤其根据本说明书、附图以及就其提取的权利要 求。因为本发明的范围要比任何特定实施例都更广泛，所以在任何情况下，前面详细的说明 都不应该被解释为对本发明的限制，本发明仅受所附的权利要求限制。
权利要求
一种用于测试AFC I设备的方法，该方法包括下述步骤提供测试中AFCI设备和负载，其中该AFCI设备和负载形成电路；将AC功率施加于所述AFCI设备；生成高频宽带噪声信号；利用与负载电流或负载电压同步的信号来调制所述高频宽带噪声信号以提供同步高频宽带噪声脉冲串；将所述同步高频宽带噪声脉冲串耦合到所述电路中以模拟串联电弧放电信号；以及确定所述AFCI设备是否断开所述电路。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括放大所述高频宽带噪声信号的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括利用低通滤波器滤波经过放大的高频宽带噪声 信号的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述AFCI设备是否断开所述电路的步骤包括 确定所述AFCI设备是否在预定时间量内断开所述电路的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括如果所述AFCI设备在预定时间量内断开所述电 路则指示所述AFCI设备已通过测试的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括如果所述AFCI设备未能在预定时间量内断开所 述电路则指示所述AFCI设备未能通过测试的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括测量在所述AFCI设备断开所述电路之前已逝去 的时间量的步骤。
8.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述AFCI设备是否断开所述电路的步骤包括 监控所述电路中的线电压以确定所述AFCI设备是断开还是闭合的步骤。
9.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述AFCI设备是否断开所述电路的步骤包括 监控流过所述负载的电流以确定所述AFCI设备是断开还是闭合的步骤。
10.根据权利要求1所述的方法，其中耦合步骤包括将所述同步高频宽带噪声脉冲串 耦合到所述电路的线与中性点间电压中。
11.根据权利要求1所述的方法，其中耦合步骤包括将所述同步高频宽带噪声脉冲串 耦合到负载电流中。
12.根据权利要求1所述的方法，其中调制步骤还包括提供与负载电流或负载电压同 步的信号的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，其中与负载电流或负载电压同步的信号包括AC功率 的低频分量。
14.一种用于测试AFCI设备的装置，包括提供AC功率的AC电源；负载；用于将测试中AFCI设备电连接到所述AC电源和所述负载使得所述测试中AFCI设备 和负载形成电路的装置，其中所述AC功率被施加于所述电路；高频宽带噪声发生器，用于生成高频宽带噪声信号；调制器，用于利用与负载电流或负载电压同步的信号来调制所述高频宽带噪声信号以 便提供同步高频宽带噪声脉冲串；以及耦合设备，用于将所述同步高频宽带噪声脉冲串耦合到所述电路中以模拟串联电弧放 电信号。
15.根据权利要求14所述的装置，还包括低通滤波器，用于在调制所述高频宽带噪声 信号之前滤波所述高频宽带噪声信号。
16.根据权利要求14所述的装置，还包括放大器，用于放大所述高频宽带噪声信号以 提供经过放大的高频宽带噪声信号。
17.根据权利要求14所述的装置，其中与负载电流或负载电压同步的信号包括施加于 所述电路的AC功率的低频分量，并且其中所述装置还包括与所述电路进行电信号通信的 用于将所述AC功率的低频分量提供给所述调制器的设备。
18.根据权利要求17所述的装置，其中用于提供与负载电流或负载电压同步的信号的 设备包括低频耦合器。
19.根据权利要求14所述的装置，其中所述调制器包括用于接收所述高频宽带噪声信 号的调幅器和与所述低频耦合器和所述调幅器进行电信号通信的调制信号发生器。
20.根据权利要求14所述的装置，其中所述耦合设备包括与所述电路进行电信号通信 的高频耦合器。
21.根据权利要求14所述的装置，还包括检测器设备，用于检测所述AFCI设备是否在 预定时间量内断开所述电路并且发出指示所述电路是断开还是闭合的信号。
22.根据权利要求21所述的装置，其中所述检测设备包括连续性检测器。
23.根据权利要求21所述的装置，还包括指示设备，用于在所述AFCI设备在预定时间 量内断开所述电路的情况下指示所述AFCI设备已通过测试，以及用于在所述AFCI设备未 能在预定时间量内断开所述电路的情况下指示所述AFCI设备未能通过测试。
24.根据权利要求23所述的装置，还包括与所述检测器设备和所述指示设备进行电信 号通信的控制电路，所述控制电路控制所述指示器设备以(i)在由所述检测器设备发出的 信号指示所述AFCI设备已在预定时间量内断开所述电路的情况下指示所述AFCI设备已通 过测试，以及(ii)在由所述检测器设备发出的信号指示所述AFCI设备没有在预定时间量 内断开所述电路的情况下指示所述AFCI设备未能通过测试。
25.根据权利要求24所述的装置，其中所述控制电路包括定时电路，该定时电路包括 测量逝去的时间以及将所述逝去的时间与所述预定时间量相比较的时钟。
26.根据权利要求24所述的装置，其中所述控制电路与所述调制器进行电信号通信， 并且其中所述控制电路具有用于接收用以发起AFCI设备的测试的启用信号的输入端，所 述控制电路将启用信号发给所述调制器以便开始AFCI设备的测试。
27.根据权利要求24所述的装置，其中所述装置还包括与所述调制器进行电信号通信 的调制信号发生器，并且其中所述控制电路与所述调制信号发生器进行电信号通信，其中 所述控制电路具有用于接收用以发起AFCI设备的测试的启用信号的输入端，所述控制电 路将启用信号发给所述调制信号发生器以便开始AFCI设备的测试。
28.根据权利要求24所述的装置，其中所述控制电路与所述高频宽带噪声发生器进行 电信号通信，并且其中所述控制电路具有用于接收用以发起AFCI设备的测试的启用信号 的输入端，所述控制电路将启用信号发给所述高频宽带噪声发生器以便开始AFCI设备的 测试。
29.根据权利要求24所述的装置，其中所述控制电路与所述耦合设备进行电信号通 信，并且其中所述控制电路具有用于接收用以发起AFCI设备的测试的启用信号的输入端， 所述控制电路将启用信号发给所述耦合设备以便开始AFCI设备的测试。
30.根据权利要求24所述的装置，还包括低通滤波器，用于在调制所述高频宽带噪声 信号之前滤波所述高频宽带噪声信号，其中所述控制电路与所述低通滤波器进行电信号通 信，并且其中所述控制电路具有用于接收用以发起AFCI设备的测试的启用信号的输入端， 所述控制电路将启用信号发给所述低通滤波器以便开始AFCI设备的测试。
31.根据权利要求24所述的装置，还包括放大器，用于在调制所述高频宽带噪声信号 之前放大所述高频宽带噪声信号，其中所述控制电路与所述放大器进行电信号通信，并且 其中所述控制电路具有用于接收用以发起AFCI设备的测试的启用信号的输入端，所述控 制电路将启用信号发给所述放大器以便开始AFCI设备的测试。
32.根据权利要求24所述的装置，其中与负载电流或负载电压同步的信号包括施加于 所述电路的AC功率的低频分量，并且其中所述装置还包括与所述电路进行电信号通信的 用于将所述AC功率的低频分量提供给所述调制器的低频耦合器，其中所述控制电路与所 述低频耦合器进行电信号通信，并且其中所述控制电路具有用于接收用以发起AFCI设备 的测试的启用信号的输入端，所述控制电路将启用信号发给所述低频耦合器以便开始AFCI 设备的测试。
33.一种用于测试AFCI设备的装置，包括AC电源；负载；用于将测试中AFCI设备电连接到所述AC电源和所述负载使得所述测试中AFCI设备 和所述负载形成电路的装置；用于生成高频宽带噪声信号的装置；用于利用与负载电流或负载电压同步的信号来调制所述高频宽带噪声信号以提供同 步高频宽带噪声脉冲串的装置；以及用于将所述同步高频宽带噪声脉冲串耦合到所述电路中以模拟串联电弧放电信号的直ο
34.根据权利要求33所述的装置，还包括用于在调制所述高频宽带噪声信号之前滤波 所述高频宽带噪声信号的装置。
35.根据权利要求33所述的装置，还包括用于放大所述高频宽带噪声信号的装置。
36.根据权利要求33所述的装置，其中与负载电流或负载电压同步的信号包括施加于 所述电路的AC功率的低频分量，并且其中所述装置还包括与所述电路进行电信号通信的 用于将所述AC功率的低频分量提供给所述调制装置的装置。
37.根据权利要求33所述的装置，还包括用于检测所述AFCI设备是否在预定时间量内 断开所述电路并且发出指示所述电路是断开还是闭合的信号的装置。
38.根据权利要求37所述的装置，还包括用于在所述AFCI设备在预定时间量内断开所 述电路的情况下指示所述AFCI设备已通过测试以及用于在所述AFCI设备未能在预定时间 量内断开所述电路的情况下指示所述AFCI设备未能通过测试的装置。
39.根据权利要求38所述的装置，还包括与检测器设备和指示设备进行电信号通信的装置，用于控制所述指示器设备(i)在由所述检测器设备发出的信号指示所述AFCI设备已 在预定时间量内断开所述电路的情况下指示所述AFCI设备已通过测试以及(ii)在由所述 检测器设备发出的信号指示所述AFCI设备没有在预定时间量内断开所述电路的情况下指 示所述AFCI设备未能通过测试。
40.根据权利要求39所述的装置，其中用于控制的装置包括定时电路，该定时电路包 括测量逝去的时间以及将所述逝去的时间与所述预定时间量相比较的时钟。
41.根据权利要求39所述的装置，其中用于控制的装置与所述调制器进行电信号通 信，并且其中所述用于控制的装置具有用于接收用以发起AFCI设备的测试的启用信号的 输入端，所述用于控制的装置将启用信号发给所述调制器以便开始AFCI设备的测试。
42.根据权利要求39所述的装置，其中所述装置还包括与所述用于调制的装置进行电 信号通信的调制信号发生器，并且其中所述控制电路与所述调制信号发生器进行电信号通 信，其中所述控制电路具有用于接收用以发起AFCI设备的测试的启用信号的输入端，所述 控制电路将启用信号发给所述调制信号发生器以便开始AFCI设备的测试。
43.根据权利要求39所述的装置，其中用于控制的装置与所述用于生成高频宽带噪声 的装置进行电信号通信，并且其中所述用于控制的装置具有用于接收用以发起AFCI设备 的测试的启用信号的输入端，所述用于控制的装置将启用信号发给所述用于生成高频宽带 噪声的装置以便开始AFCI设备的测试。
44.根据权利要求39所述的装置，其中用于控制的装置与所述用于耦合的装置进行 电信号通信，并且其中所述用于控制的装置具有用于接收用以发起AFCI设备的测试的启 用信号的输入端，所述用于控制的装置将启用信号发给所述用于耦合的装置以便开始AFCI 设备的测试。
45.根据权利要求39所述的装置，还包括用于放大所述高频宽带噪声的装置，其中所 述用于控制的装置与所述用于放大的装置进行电信号通信，并且其中所述用于控制的装置 具有用于接收用以发起AFCI设备的测试的启用信号的输入端，所述用于控制的装置将启 用信号发给所述用于放大的装置以便开始AFCI设备的测试。
46.根据权利要求39所述的装置，还包括用于低通滤波所述高频宽带噪声的装置，其 中所述用于控制的装置与所述用于低通滤波的装置进行电信号通信，并且其中所述用于控 制的装置具有用于接收用以发起AFCI设备的测试的启用信号的输入端，所述用于控制的 装置将启用信号发给所述用于低通滤波的装置以便开始AFCI设备的测试。
47.根据权利要求39所述的装置，其中与负载电流或负载电压同步的信号包括施加于 所述电路的AC功率的低频分量，并且其中所述装置还包括与所述电路进行电信号通信的 用于将所述AC功率的低频分量提供给所述用于调制的装置的装置，其中所述控制电路与 所述用于提供低频分量的装置进行电信号通信，并且其中所述控制电路具有用于接收用以 发起AFCI设备的测试的启用信号的输入端，所述控制电路将启用信号发给所述用于提供 低频分量的装置以便开始AFCI设备的测试。
全文摘要
一种用于测试AFCI设备的方法和装置。在一个实施例中，该方法包括提供要被测试的AFCI设备和负载，其中该AFCI设备和负载形成电路；将AC功率施加于所述AFCI设备；生成(138)高频宽带噪声信号；放大(142)该高频宽带噪声信号以提供放大的高频噪声信号；利用与负载电流或负载电压同步的信号来调制(150)该放大的高频噪声信号以提供同步高频宽带噪声脉冲串；将该同步高频宽带噪声脉冲串耦合(120)到所述电路中以模拟串联电弧放电信号；确定(114)该AFCI设备是否在预定时间量内断开所述电路；如果该AFCI设备在预定时间量内断开所述电路，则指示(132、134)该AFCI设备已通过测试；以及如果该AFCI设备未能在预定时间量内断开所述电路，则指示该AFCI设备未能通过测试。
文档编号G01R31/327GK101925828SQ200980103023
公开日2010年12月22日 申请日期2009年1月22日 优先权日2008年1月24日
发明者H·T·金塞尔 申请人:西门子工业公司