Gfci測試監測器電路的制作方法
【專利說明】GFCI測試監測器電路
[0001]相關串請案的交叉參考
[0002]此申請案含有與以下申請案中所含有的標的物有關的標的物:斯蒂芬.P..西蒙尼(St印hen P.Simonin)的標題為“具有增強型磁場的螺線管線圈(SOLENOID COILHAVING AN ENHANCED MAGNETIC FIELD) ”的第13/422，797號同在申請中的美國專利申請案、蓋塔諾?波斯尼亞(Gaetano Bonasia)及肯尼?帕德羅(Kenny Padro)的標題為“用于電裝置的增強型自動監測電路及方法(ENHANCED AUTO-MONITORING CIRCUIT AND METHODFOR AN ELECTRICAL DEVICE) ”的第13/422，790號美國專利申請案以及蓋塔諾.波斯尼亞(Gaetano Bonasia)等人的標題為“具有抵抗振動的錯接線保護的可重新安裝電路中斷裝置(REINSTALLABLE CIRCUIT INTERRUPTING DEVICE WITH VIBRAT1N RESISTANT MISffIREPROTECT1N) ”的第13/422，793號美國專利申請案，所述申請案讓與其受讓人，且所述申請案中的每一者的全部內容以引用方式明確地并入本文中。
技術領域
[0003]本發明一般來說涉及切換式電裝置。更特定來說，本發明針對于在檢測到一或多個條件時從“復位”或閂鎖狀態切換為“跳閘”或非閂鎖狀態的自測試電路中斷裝置，例如接地故障電路中斷器(GFCI)裝置。與本文中所揭示的本發明一致的此些裝置具有比先前已知的GFCI裝置所提供的自測試能力更穩健的自測試能力。
【背景技術】
[0004]具有朝向斷開位置偏置的接觸件的GFCI裝置需要用于將接觸件設定及固持于閉合位置中的閂鎖機構。同樣地，具有朝向閉合位置偏置的接觸件的切換式電裝置需要用于將接觸件設定及保持于斷開位置中的閂鎖機構。常規類型的裝置的實例包含電路中斷類型的裝置，例如斷路器、電弧故障中斷器及GFCI (舉幾個例子)。
[0005]為在美國進行商業出售，GFCI裝置必須符合由保險商實驗室(UL)連同業內領先的制造商以及其它產業成員(例如，各種安全團體)確立的標準。涵蓋GFCI裝置的一個UL標準為UL-943，稱為“安全標準-接地故障電路中斷器”。UL-943適用于既定用于人員保護的A類單相及三相GFCI且包含對此些GFCI裝置的功能、構造、性能及標記的最少要求。除其它之外，UL-943還需要特定故障電流電平及GFCI裝置應跳閘的響應定時要求。通常，在檢測到具有高于5毫安培(mA)的電平的接地故障時需要GFCI跳閘。進一步來說，當高電阻接地故障施加到裝置時，UL-943的當前版本規定裝置應跳閘且根據方程式T= (20/1) h43防止電流遞送到負載，其中T是指時間且以秒為單位來表達，且I是指電流且以毫安培為單位來表達。因此，在5mA故障的情形中，裝置必須檢測故障且在7.26秒或更少內跳閘。
[0006]在此些安全相關的標準為適當的情況下，且由于GFCI裝置由于其在20世紀70年代早期的引入而直接被譽為挽救許多生命，因此其貫穿住宅及商業電網已變得普遍存在。然而，如同大多數機電裝置，GFCI裝置易受故障影響。舉例來說，驅動機械電流中斷器裝置的電子組件中的一或多者可短路或以其它方式變得有缺陷(故障檢測器電路中或裝置內的其它地方的組件也可以)，從而使裝置不能夠適當地檢測接地故障及/或適當地中斷電流的流動。出于此原因，一直以來需要GFCI裝置具備使得能夠手動測試裝置在遭遇故障時跳閘的能力的監督電路。此些監督電路通常具有在按壓時致動熱導體及中性導體上的模擬的接地故障的TEST按鈕。如果裝置正適當地起作用，那么檢測到模擬故障且裝置將跳閘，即，致動機械中斷器以斷開連接裝置的線側(例如，其中供應輸入AC電力)與負載側(其中用戶連接他或她的電器等且其中連接下游插座或額外GFCI裝置)的電流路徑。
[0007]由行業安全團體執行的研究指示很多時候公眾不定期測試其GFCI裝置以用于適當操作，即，通過按壓TEST按鈕。此研究進一步揭示，已服務延長時間周期的一些GFCI裝置變得無功能且不能夠適當地檢測故障條件，因此使裝置不安全。具體來說，發現在延長使用之后GFCI裝置未能在發生故障時跳閘，因此使裝置操作為電插座但在存在故障條件的情況下不安全。由于并非定期測試裝置，因此惡化此不安全條件。也就是說，人們鑒于裝置充分地遞送電力的事實(實際上此時裝置為可能威脅生命的重大隱患)而錯誤地認為裝置是可操作的。
[0008]在所述領域中采用的GFCI裝置變得越來越不可操作且不安全的發現結合人們不定期測試其GFCI裝置(而不管制造商的用以進行此操作的明確指令)的認識起始對UL-943標準的可能改變的調查以需要GFCI裝置自身進行自測試(例如，自動監測)而不需要人類干預。UL-943的預期改變進一步包含警告消費者失去保護及/或裝置從服務自動移除其自身(例如，永久地跳閘)的要求。此外，將必須在不干擾裝置的主要功能(即，在遭遇實際故障時跳閘)的情況下執行這些額外自測試操作。
[0009]上文所提及的經修訂自測試功能性還并非UL-943證明的要求，而是期望其將是迅速的。為此顯著UL改變做準備且鑒于集成電路成本的貌似無盡減少，許多GFCI制造商為了支持先前模擬設計而已迀移到數字技術(例如，微處理器及微控制器)以提供接地故障保護及自監測功能性兩者。然而，迄今為止所提供的數字解決方案并非理想的。舉例來說，數個相關技術GFCI設計(包含針對于提供自測試功能性的那些GFCI設計)遭受誤跳閘，其中在既不存在真實接地故障、手動產生的模擬的接地故障也不存在自動自測試故障時致動中斷器的情形。許多人認為此不利條件因對自動自測試的額外要求(此導致在裝置內產生額外感應電流)而惡化。
[0010]因此期望提供一種提供特定自測試能力(包含在UL-943的下一個版本中提議的那些自測試能力)但最小化與誤跳閘相關聯的風險的GFCI裝置。

【發明內容】

[0011]考慮到與相關技術GFCI裝置相關聯的疑難問題(包含但不限于上文所論述的疑難問題)，根據本發明的一或多個示范性實施例的電路通常涉及連續地監測GFCI裝置的性能的自動監測電路。更具體來說，例如微控制器或微處理器的處理裝置經配置以基于所存儲軟件程序而周期性地執行自動監測例程以用于測試及驗證GFCI裝置內的各種子電路的可行性及功能性。為測試GFCI裝置的適當電流隔離，操作耦合到微控制器的驅動器以每當執行或運行自動監測例程時起始表示接地故障的測試信號，且監測不同電路節點以確認裝置的適當操作。
[0012]壽命終止指示器也耦合到微控制器以指示GFCI裝置是否未能適當地檢測測試信號或發生了裝置內的某一其它故障。為避免在產生測試信號時使機械電流中斷裝置跳閘，而且允許盡可能多的GFCI裝置電路執行其既定功能，提供利用數字組件(例如，GFCI集成電路裝置及微控制器)的各種功能性的獨特監測器電路。具體來說，為提供在正常條件下不干擾及導致錯誤跳閘的情況下監測GFCI裝置的故障檢測能力的自動測試功能，與本發明一致的實施例包含與GFCI集成電路(IC)裝置的中斷器驅動輸出相關聯的具體選擇的濾波器電容器。電容器及其它相關電路組件的適當選擇防止中斷器驅動電路(例如，硅控制的整流器(SCR))起動或接通，直到遭遇真實故障條件為止。
[0013]根據本發明的一個方面，提供一種電路中斷裝置，所述電路中斷裝置包含:一或多個線導體，其用于電連接到外部電力供應器；一或多個負載導體，其用于電連接到外部負載；中斷裝置，其連接到所述線導體及所述負載導體，且在所述電路中斷裝置處于復位條件中時將所述線導體電連接到所述負載導體，且在所述電路中斷裝置處于跳閘條件中時將所述線導體與所述負載導體斷開連接。還提供故障檢測電路，所述故障檢測電路檢測所述電路中斷裝置中的故障條件且在檢測到所述故障條件時產生故障檢測信號，其中將所述故障檢測信號提供到所述中斷裝置以將所述電路中斷裝置置于所述跳閘條件中。自動監測電路電耦合到所述故障檢測電路及所述中斷裝置且連續地監測一或多個信號以確定所述電路中斷裝置的操作狀態，其中所述所監測信號中的至少一者包含第一自動監測輸入信號，至少部分地由所述故障檢測電路所產生的預觸發信號的值確定所述第一自動監測輸入信號的值，其中所述預觸發信號不激活所述中斷裝置以將所述電路中斷裝置置于所述跳閘條件中。
[0014]根據本發明的另一方面，提供一種包含具有故障檢測電路的接線裝置的電路中斷裝置，所述故障檢測電路經配置以檢測所述接線裝置中的一或多個故障條件且在故障條件滿足預定準則時產生預觸發信號，其中所述一或多個故障條件包含自測試故障條件。還提供經編程以執行自動監測例程的可編程電路裝置，所述自動監測例程包含以下步驟:在所述可編程電路裝置的第一輸出端口處產生自測試故障信號，其中所述自測試故障信號在所述接線裝置中產生自測試故障條件；在第一輸入端口處將所述預觸發信號輸入到所述可編程電路裝置；確定所述預觸發信號的值；處理所述預觸發信號的所述值；基于所述預觸發信號的所述經處理值而確定所述故障檢測電路是否成功地檢測自測試故障；如果確定所述故障檢測電路未能成功地檢測所述自測試故障，那么使故障計數遞增；及如果確定所述故障檢測電路成功地檢測所述自測試故障，那么將所述故障計數復位。
[0015]根據本發明的又一方面，提供一種監測電接線裝置的操作狀態的方法，其中所述方法包含以下步驟:周期性地產生自測試故障信號；檢測所述自測試故障信號；在檢測到所述自測試故障信號時產生預觸發信號；如果所述預觸發信號的值大于或等于第一閾值，那么使計數器遞增，如果所述預觸發信號的所述值小于所述第一閾值，那么將所述計數器復位；如果所述預觸發信號的所述值大于第二閾值、小于所述第一閾值，那么確定已發生真實故障條件或模擬故障條件；如果確定已發生真實故障條件或模擬故障條件，那么停止所述自測試故障信號的產生；及如果確定尚未發生真實故障條件或模擬故障條件，那么繼續所述自測試故障信號的產生。
【附圖說明】
[0016]下文參考附圖通過實例的方式詳細描述所揭示發明的示范性實施例，其中:
[0017]圖1是根據本發明的示范性實施例的自測試GFCI插座裝置的側視立面圖；
[0018]圖2是在移除外殼的前蓋的情況下圖1中所展示的自測試GFCI插座的側視立面圖；
[0019]圖3是圖1中所展示的自測試GFCI插座裝置的核心組合件的側視立面圖；
[0020]圖4是與本發明的示范性實施例一致的示范性電路的示意圖。<