接地故障电路中断器监控器及接地故障模拟方法_2

文档序号:8432928阅读:来源:国知局
在检测到一个或多个失效的GFCI测试或者检测到一个或多个失效的GFCI系统部件的情况下,GFCI电路可以被配置为生成锁存的寿命结束(EOL)指示符,例如,EOL指示符警报或其它信号。可以使用欠压上电复位(POR)检测信号等来对锁存的EOL指示符进行复位。在一个示例中,可以在检测到手动自测周期或者正常接地故障并且断开负载触点的情况下复位锁存的EOL指示符。
[0026]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200的示例。GFCI应用电路200包括连接到GFCI应用100的自测(ST)GFCI监控器135 (例如,快捷半导体公司的FAN4150自测GFI监控器)、包括GFCI控制器130 (例如,快捷半导体公司的FAN4149GFI控制器)在内的GFCI应用100。在图2的示例中,ST GFCI监控器135包括连接到GFCI应用100的独立1C。在其它示例中,GFCI控制器130或一个或多个其它GFCI应用100部件可以包括ST GFCI监控器 135。
[0027]在一个示例中,GFCI应用100可以包括测试开关115,该测试开关115被配置为触发手动自测,从而生成通过测试电阻器(Rtesti)的接地故障电流并且使ST GFCI监控器135复位。模拟接地故障电流可以在感应线圈105中生成可以由GFCI控制器130检测到的差分电流。如果接地故障电流超过由设置电阻器(Rset)设置的阈值,则GFCI控制器130可以向可控硅整流器(SCR) 125的栅极输出高信号。SCR 125可以给螺线管120通电并且断开负载触点(例如,开关121),从而消除接地故障并且验证GFCI应用100在正确工作。
[0028]在其它示例中,可以始终使用一个或多个其它半导体开关来替代SCR 125,或者负载触点可以包括一个或多个其它继电器等。
[0029]ST GFCI监控器135可以被配置为在不断开负载触点并且不中断供给负载的电源的情况下定期地监控GFCI应用100的部件。当电源首先施加于线路端子时,可以使用全波桥式二极管(D2-D5) 122和电阻器(R2)来给ST GFCI监控器135加电。在一个示例中,ST GFCI监控器135可以包括欠压封锁(UVLO)检测电路,其被配置为当VCC电压达到诸如约2.5V之类的阈值时复位所有逻辑。ST GFCI监控器135可以包括可以钳位VCC电压的5.25V并联调节器。在某些示例中,ST GFCI监控器135可以在一个或多个时间阈值以后被触发例如以确保上电或复位以后的正确操作,并且在此之后定期地被触发。在一个示例中,ST GFCI监控器135可以在上电或复位以后一秒时被触发并且在此之后每隔90分钟被触发。在其它示例中,可以使用一个或多个其它时间阈值或周期,其从一秒的若干分之几到数天或数月不等。
[0030]在一个示例中,二极管(Dl)可以防止SCR 125的阳极在AC电源的负半周期期间给螺线管120通电。在某些示例中,图2中所示的电阻器(R2-R5)可以分别包括75kD、1ΜΩ、1ΜΩ和100Ω的值,测试电阻器(Rtest2)可以包括15kD的值,电容器(C5)可以包括I UF的值,晶体管(Q2)可以包括FMMT458。在其它示例中,可以使用一个或多个其它部件或部件值。
[0031]图3大体地示出了被配置为例如在不断开GFCI检测电路300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300的示例。在一个示例中,当时钟相位(CLK相位)为高(例如,参考电压约为2.1V等)并且第一比较器(Cl) 140的输出为高时,例如,当VAC (例如,火线上的电压)高于80V RMS或者一个或多个其它阈值时,第一触发器141的输出(Ql)可以为高。在其它示例中,可以使用一个或多个其它电阻器值或参考电压。类似地,在一个示例中,当时钟B相位(CLKB相位)为高时,第二比较器(C2) 145可以在可控硅整流器(SCR) 125被触发并且SCR测试变低时变高,并且第二触发器146的输出(Q2)可以为高。自测脉冲可以触发可以设置通过自测周期锁存的一次通过(one shot)。
[0032]在一个示例中,自测周期可以在时钟信号为高时开始,这意味着VAC正在启动AC电源的正半周期(例如,火线相对于零线是正的)。通过连接到火线电压的二极管,可以将螺线管120的阳极充电到高电压。螺线管120可以通过电阻器(R4)连接到ST GFCI监控器的SCR TEST管脚。在一个示例中,例如可以通过PNP晶体管139或者通过一个或多个其它部件(例如,PMOS晶体管、JFET晶体管等)将SCR TEST管脚钳位到VDD (例如,5.25V),并且可以将SCR TEST管脚处的电流镜像到检测电路,例如,第一比较器(Cl) 140。流过电阻器R4的电流可以流入电阻器Rl。在一个示例中,电阻器R4/R1的比值可以是50:1,使得当连接到SCR 125的阳极的螺线管120上的电压超过100V时,第一比较器(Cl) 140可以向第一触发器141输出高信号。因为这是在时钟为高时发生的,因此第一触发器141的输出(Ql)可以变高,这可以触发对螺线管120或其它电路的运行状况的针对有效或无效操作的检查。
[0033]在AC电源的负半周期期间,当时钟B为高时,火线与螺线管120的阳极之间的二极管可以被反向偏置,从而限制电流流过螺线管120。当时钟B为高时,可以通过使用图2的示例的晶体管(Q2)和电阻器(Rtest2)来模拟接地故障信号。在一个示例中,ST GFCI监控器135可以针对管脚“故障测试”生成高信号,从而启用晶体管(Q2)并且生成模拟接地故障。在一个示例中,可以在从AC电源的正半周期结束时(例如,在约165°处,当时钟B转换时)开始通常到在负半周期期间当SCR 125被触发时结束(例如,通常,在AC电源的负半周期的前一半,例如,在约225°处等)的时段内,模拟接地故障。然而,如果例如在自测故障期间SCR 125未触发,那么自测周期可以在AC电源的下一个正半周期开始时或附近(例如,在下一个负半周期的约1°处)结束。
[0034]在正半周期结束时,控制信号可以例如通过使用电阻器R2来将SCR TEST管脚偏置到等于VDD的电压,从而模拟接地故障。模拟接地故障可以使GFCI控制器启用SCR 125。在一个示例中,第二比较器(C2) 145可以被配置为在模拟接地故障期间感测SCR TESTo然而,当SCR 125被启用时,SCR TEST节点电压可以被放电并且第二比较器(C2) 145的输出可以变高。在一个示例中,这可以在时钟B为高并且第二触发器146的逻辑信号Q2被锁存为高时发生。当NAND门150的所有三个输入都为高时,可以生成自测通过脉冲以触发自测通过状态。
[0035]如果第一触发器141或第二触发器146的输出(Ql或Q2)中的任意一个未能在自测周期期间进入逻辑高状态,那么可以启用寿命结束(EOL)信号。在它示例中,在EOL信号可以被启用之前,必须将EOL标准维持阈值数量的连续周期(例如,4个等),以确保准确的EOL检测。在自测周期时间窗口期间,在超时电路期满(例如,66ms等)以后,可以发出EOL信号。在某些示例中,EOL信号可以是视觉或听觉生成信号。EOL信号还可以用于在正半周期期间触发SCR并且断开负载触点。
[0036]在一个示例中,上面所描述的自测可以测试GFCI应用电路的各种部件(例如,关键部件),例如,GFCI控制器130、电阻器R1、二极管D7、SCR 125、感应线圈105、螺线管120、或者这里所阐述的一个或多个部件。
[0037]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135的示例。在该示例中,VAC输入的相位是时钟信号,并且在正半周期期间为高,在负半周期期间为低。在某些示例中,时钟检测仅能在正半周期开始和结束附近时发生,这是因为一个或多个部件是从正VCC(例如,5.25V)偏置的,并且逻辑输入阈值通常为VCC/2。因此,作为简单相位检测与鲁棒相位检测的折衷,时钟转换可能不能刚好在过零处发生。
[0038]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500的示例。GFCI应用电路500包括连接到GFCI应用100的自测(ST)GFCI监控器135 (例如,快捷半导体公司的FAN4150自测部件)、包括GFCI控制器130 (例如,快捷半导体公司的FAN4149 GFI控制器)在内的GFCI应用100。
[0039]GFCI应用电路500包括直接连接到可控硅整流器(SCR) 125的阳极的螺线管120。与图2的示例相比,GFCI应用电路500不包括连接在螺线管120与SCR 125之间的二极管。因此,GFCI应用电路700中的故障电流独立于VAC。
[0040]在一个示例中,可以在不偏置螺线管120并且不断开负载触点(例如,开关121)的情况下执行GFCI应用电路500的关键部件的自测。螺线管120通常需要I至3安培的偏置电流来断开负载触点。在一个示例中,可以在正半周期结束时(其中火线不能提供足够的功率来操作螺线管120)但是在过零点之前检查GFCI应用电路500的关键部件的运行状况。
[0041 ] ST GFCI监控器135可以针对管脚“故障检测”生成高信号以启用晶体管Q2并且生成模拟接地故障。晶体管Q2可以被配置为射极跟随器,并且如果VAC电压大于VCC (5.25V),那么集电极电流可以在正半周期期间独立于VAC电压流动。在某些示例中,用户可通过电阻器Rtest2对集电极电流编程。在一个示
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