接地故障电路中断器监控器及接地故障模拟方法
【专利说明】接地故障电路中断器监控器及接地故障模拟方法
[0001]本发明是申请号为201210073705.7、申请日为2012年03月05日、发明名称为“接地故障电路中断器监控器及接地故障模拟方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明总体涉及电子保护设备，具体地说，涉及接地故障电路中断器(GFCI)监控器。
【背景技术】
[0003]电路通常使用一个或多个保护设备，所述保护设备被配置为响应于检测到的故障状况而禁用供给负载的电源。一种此类保护设备是接地故障电路中断器(GFCI)控制器。
[0004]在一个示例中，GFCI控制器可以被配置为检测故障等，例如检测危险电流路径(例如，短路或其它低阻抗或高电流路径，其在从诸如电源引出线插座(例如，120V、60Hz的电源引出线插座等)的源线(例如，火线)之类的电源流出的电流与流过诸如电源引出线插座的返回线(例如，零线)等返回的电流之间产生差)，如果这些故障未被检测到，那么可能导致触电或电击、火灾、连接到所述电源引出线插座的一个或多个连接的电子部件损坏。一旦检测到故障，GFCI电路就可以被配置为从源头中断电源，从而消除故障。
[0005]GFCI产品需要包括诸如测试开关之类的测试和复位按钮，以手动地验证该GFCI系统在正确工作。某些工业标准推荐每月测试一次GFCI系统以确保正确的操作。然而，在操作中，对于很多GFCI系统，它们的正确运行状况(funct1nality)并没有被定期地测试。
【发明内容】
[0006]除其它内容之外，本文讨论了一种接地故障电路中断器(GFCI)系统，包括:自测(ST)接地故障电路中断器(GFCI)监控器，其被配置为在从AC电源的第一周期的前半周期开始并延伸到AC电源的第一周期的后半周期的时段生成模拟接地故障，其中，AC电源的第一周期的前半周期先于AC电源的第一周期的后半周期。此外，ST GFCI监控器可以检测对模拟接地故障的响应。其中，所述AC电源的第一周期的前半周期先于所述AC电源的第一周期的后半周期。
[0007]本文还讨论了一种接地故障模拟方法，包括:在从AC电源的第一周期的前半周期开始并延伸到所述AC电源的第一周期的后半周期的时段，使用自测(ST)接地故障电路中断器(GFCI)监控器生成模拟接地故障；以及检测对所述模拟接地故障的响应，其中，所述AC电源的第一周期的前半周期先于所述AC电源的第一周期的后半周期。
[0008]本
【发明内容】
旨在提供对本专利申请的主题的概述，而并非旨在提供对本发明的排他性或穷尽性解释。本发明包括【具体实施方式】以提供与本专利申请有关的其它信息。
【附图说明】
[0009]在附图(其不一定按比例绘制)中，相似的数字可以描述不同视图中的类似部件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示类似部件的不同例子。附图以举例说明而非限制的方式大体地示出了本文中讨论的各个实施例。
[0010]图1大体地示出了示例性的接地故障电路中断器(GFCI)应用。
[0011]图2大体地示出了被配置为在AC电源的正半周期和负半周期期间执行自测操作的接地故障电路中断器(GFCI)应用电路的示例。
[0012]图3大体地示出了被配置为例如在不断开GFCI检测电路的负载触点的情况下验证几个GFCI检测电路部件的运行状况的接地故障电路中断器(GFCI)检测电路的示例。
[0013]图4大体地示出了被配置为提供寿命结束(EOL)信号的自测(ST)接地故障电路中断器(GFCI)监控器的示例。
[0014]图5大体地示出了被配置为在AC电源的正半周期期间而不是在AC电源的负半周期期间执行自测操作的接地故障电路中断器(GFCI)应用电路的示例。
[0015]图6大体地示出了被配置为例如在不断开GFCI检测电路的负载触点的情况下验证几个GFCI检测电路部件的运行状况的接地故障电路中断器(GFCI)检测电路的示例。
[0016]图7大体地示出了被配置为在无需上电复位(POR)的情况下执行自测操作的接地故障电路中断器(GFCI)应用电路的示例。
[0017]图8A至图1lB大体地示出了针对诸如图2的示例中所示的GFCI应用电路200之类的接地故障电路中断器(GFCI)应用电路的有效(funct1nal)螺线管、无效(non-funct1nal)螺线管、模拟接地故障和无效可控娃整流器(SCR)的模拟结果的示例。
[0018]图12A至图13B大体地示出了诸如图5的示例中所示的GFCI应用电路500之类的接地故障电路中断器(GFCI)应用电路的模拟接地故障和无效可控硅整流器(SCR)的模拟结果的示例。
【具体实施方式】
[0019]图1大体地示出了示例性的接地故障电路中断器(GFCI)应用100，其包括感应线圈105、中性线圈110、测试开关115、螺线管120、开关S1-S4121、可控硅整流器(SCR) 125和GFCI控制器130。在该示例中，感应线圈105可以被配置为监控诸如火线(line hot) 160之类的源(source)与诸如零线(line neutral) 107之类的返回(return)之间的电流差。如果电流差为零，则所有电流流入负载(在图1中示为负载电阻(RlMd)108)。然而，如果在源与返回之间存在电流差，则可能存在泄漏电流，例如，存在通过接地故障电阻(Rgnd故障)109到地的泄漏电流。在一个示例中，泄漏电流可以由感应线圈105感测并且由GFCI控制器130处理(例如，快捷半导体公司的低功耗接地故障电路中断器(GFI)RV4141A产品等)。如果泄漏电流超过阈值(例如，4mA RMS,5mA RMS,6mA RMS,8mA RMS等)，则GFCI控制器130可以生成被配置为开启或启用SCR 125的故障信号，SCR 125可以给螺线管120通电以断开开关S1-S4 121，从而使电源不再通过接地故障电阻器109(例如，使人们不再受到从负载火线到地的电击等)。
[0020]本发明人已经认识到的，除了其它内容之外，可以模拟接地故障以定期地测试GFCI系统的一个或多个部件的运行状况的自测(ST)GFCI监控器。在一个示例中，一个或多个被测部件可以包括GFCI系统的一个或多个重要部件，例如，感应变压器、SCR、GFCI控制器、螺线管、整流器二极管、限流降压电阻或一个或多个其它无源或其它GFCI电路部件。在某些示例中，GFCI电路可以被配置为以最小数量的部件、最小的系统材料清单(BOM)成本、最大板空间节省或最小功耗且在不解扣(tripping)负载触点或者放弃供给负载的电源的情况下测试GFCI系统部件的运行状况。在一个示例中，GFCI电路可以具有针对错误相位检测或者错误自测检测的抗扰度，并且可以在不对正常接地故障检测进行折衷的情况下提供运行状况自测。
[0021]在一个示例中，在AC电源的正半周期期间，其中火线电压相对于零线电压为正，STGFCI监控器可以被配置为监控可控硅整流器(SCR)的阳极处的电压，以确定被配置为将AC电源与负载连接或断开的SCR和螺线管的连续性。如果电压未超过阈值(例如，在65V RMS和105V RMS之间的85V RMS等)，则ST GFCI可以提供关于一个或多个部件已经失效的指示(例如，寿命结束(EOL)信号)。
[0022]在一个示例中，在从AC电源的正半周期结束时开始并继续进入紧接着的负半周期的时段，ST GFCI监控器可以将SCR的阳极偏置，生成模拟接地故障，并且确定GFCI控制器是否检测到模拟接地故障并且作为响应启用SCR。在一个示例中，与SCR和螺线管串联的二极管可以防止SCR在AC电源的负半周期期间给螺线管通电。此外，即使模拟接地故障在正半周期结束时开始，在很多示例中，在时钟被触发的点处(例如，170°等)，也没有足够的电流来偏置螺线管以中断供给负载的AC电源。
[0023]虽然本文讨论的各个示例参照了在AC电源的正半周期或负半周期中的一个或多个正半周期或负半周期中的具体测试，但是在其它示例中，在整体电路设计中可以通过一些改变来翻转上面的半周期参照。在一个示例中，ST GFCI监控器可以被配置为在AC电源的负半周期期间监控SCR的阳极处的电压，并且ST GFCI监控器可以被配置为在AC电源的负半周期结束并继续进入AC电源的紧接着的正半周期时生成模拟接地故障。
[0024]此外，本发明人已经认识到由GFCI控制器和自测(ST)GFCI监控器组成的双集成电路(IC)方案。在一个示例中，GFCI控制器的模拟接地故障电路中断器(GFCI)功能块在电压高于5V时具有较好的性能。因此，在某些示例中，GFCI控制器可以使用15V的低成本高精度双极工艺(BCH5)来实现。相反，在某些示例中，ST GFCI监控器可能需要大量的数字门(例如，500个等)，因此，不能使用15V的低成本高精度双极工艺(BCH5)。此外，通过将GFCI控制器与ST GFCI监控器分离为独立的1C，针对每个IC可以使用低成本且高密度的封装(例如，SS0T6等)。在一个示例中，两个SS0T6封装的成本可能小于具有组合设备的所有功能所需的足量管脚的单个更大封装(例如，MLP14、S0IC14等)的成本。在其它示例中，双IC方案可以提供更大的板布局灵活性，或者可以允许用于仅将ST GFCI监控器IC添加到他们已有的GFCI应用上。此外，在失效模式下，在ST GFCI监控器电路失效的情况下，与ST GFCI电子设备的故障可能会负面影响整个IC的单IC方案相比，GFCI控制器操作未受影响。因此，双IC方案可以增加GFCI应用的整体安全性和鲁棒性。
[0025]在某些示例中，