具有电力故障监视器的安全故障保护器电路制造技术

本申请公开了具有电力故障监视器的安全故障保护器电路。一种装置包括安全故障保护器电路(102)。该安全故障保护器电路(102)包括安全故障监视器(112)，其耦合到第一偏置节点(118)并且被配置为至少部分地基于第一偏置电压和第一功耗来选择性地断言故障保护器信号(130)。安全故障保护器电路(102)还包括用于安全故障监视器(112)的电力故障监视器(104)，其中该电力故障监视器(104)耦合到第二偏置节点(120)并且被配置为至少部分地基于第二偏置电压和小于第一功耗的第二功耗来选择性地断言故障保护器信号(130)。

Safety fault protector circuit with power fault monitor

【技术实现步骤摘要】
具有电力故障监视器的安全故障保护器电路相关申请本申请要求2018年4月25日提交的美国临时申请No.62/662,451的优先权，其通过参考并入本文。
技术介绍
电源和电力转换器用于各种电子系统中。电力通常作为交流电(AC)信号长距离传输。AC信号根据需要被划分和计量用于每个商业或家庭位置，并且经常被转换为直流电(DC)以用于各个电子设备或组件。现代电子系统通常采用设计成使用不同AC或DC电压操作的设备或组件。存在与由于组件故障和/或人为错误而出现的与电网场景和故障场景相关的持续安全问题。为了说明这种场景，正在运作的标准化和安全组织已经开发了安全故障保护器(interrupter)规范。一个示例规范是UL943，其定义了接地故障电路保护器(GFCI)的要求。另一个示例规范定义了电弧故障电路保护器(AFCI)的要求。这些规范根据需要随时间更新，并且正在努力提供符合这些规范的可靠且有成本效率的电路。已经针对一些安全故障保护器电路确定的一个问题是：在所有情况下安全地提供集成电路(IC)偏置电压需要2个或4个大的高功率分流电阻器以确保可靠的设计，其将在所有UL测试情况下继续恰当地操作。例如，UL943规定每个组件“应通过在组件上施加故障来测试，该施加的故障模拟组件的典型故障模式”。因此，降压电阻器必须承受单个开路。而且，现有的故障检测IC不提供检测外部AC-DC电路故障的机制，以确保UL943所要求的断电。正在努力改进安全故障保护器。
技术实现思路
根据本公开的至少一个示例，一种装置包括安全故障保护器电路。安全故障保护器电路包括安全故障监视器，其耦合到第一偏置节点并且被配置为至少部分地基于第一偏置电压和第一功耗来选择性地断言故障保护器信号。安全故障保护器电路还包括用于安全故障监视器的电力故障监视器。电力故障监视器耦合到第二偏置节点，并且被配置为至少部分地基于第二偏置电压和小于第一功耗的第二功耗来选择性地断言故障保护器信号。根据本公开的至少一个示例，安全故障保护器集成电路(IC)包括安全故障监视器电路，其被配置为选择性地断言故障保护器信号。安全故障保护器IC还包括用于安全故障监视器电路的电力故障监视器电路，其中电力故障监视器电路被配置为选择性地断言故障保护器信号。电力故障监视器电路包括电压感测电路，其被配置为将输入到安全故障监视器电路的第一电压和输入到电力故障监视器电路的第二电压进行比较，并确定比较结果。电力故障监视器电路还包括基于比较结果操作的开关。根据本公开的至少一个示例，IC包括被配置为接收第一电压的第一节点。IC还包括被配置为接收第二电压的第二节点。IC还包括安全故障监视器电路，其被配置为至少部分地基于第一电压选择性地断言故障保护器信号，其中安全故障监视器电路具有第一功耗。IC还包括用于安全故障监视器电路的电力故障监视器电路。电力故障监视器电路被配置为至少部分地基于第一电压和第二电压的比较来选择性地断言故障保护器信号，其中电力故障监视器电路具有小于第一功耗的第二功耗。附图说明对于各种示例的详细描述，现在将参考附图，其中：图1示出了根据各种示例的具有安全故障保护器电路的系统的框图。图2示出了根据各种示例的具有安全故障保护器电路的系统的示意图；图3示出了根据各种示例的具有安全故障保护器电路的系统的另一个示意图；图4示出了根据各种示例的安全故障监视场景的示意图，其中表示了安全故障保护器电路的各种内部组件；以及图5A和图5B示出了根据各种示例的安全故障监视场景的示意图，其中表示了安全故障保护器电路的各种内部组件。具体实施方式本文公开了安全故障保护器电路，其具有安全故障监视器和用于安全故障监视器的电力故障监视器。示例安全故障监视器被配置为检测接地故障或电弧故障。在任何一种情形下，安全故障监视器和电力故障监视器中的每个都能够断言相同的故障保护器信号。在一些示例中，没有限制地，所公开的安全故障保护器电路被制造为单片集成电路(IC)或多管芯模块。在至少一些示例中，安全故障监视器和安全故障保护器电路的电力故障监视器被设计用于与不同的偏置电压一起使用和/或具有不同的功耗。如本文中所使用的，“偏置电压”是能够正确操作电路或子电路的直流电(DC)电压(例如，从AC电力线导出)。示例安全故障保护器电路包括安全故障监视器，其被配置为至少部分地基于第一偏置电压和第一功耗来选择性地断言故障保护器信号。作为一个示例，安全故障监视器使用第一偏置电压至少为感测和切换操作(以第一功耗)供电，其中安全故障监视器响应于故障触发器(例如，接地故障触发器或电弧故障触发器)而起作用。作为一个示例，在接地故障电路保护器(GFCI)场景中，当在AC电力线的火线(带电)到中性线(回路)两端感测到定义的最大幅度的不相等的相反电流时发生故障触发器，其中故障表示从火线到大地地面可能发生人体触电。作为另一个示例，在电弧故障电路保护器(AFCI)场景中，当确定沿着电缆的电流和电压感测信号具有电弧标记(arcsignature)时，发生故障触发器。无论要检测的安全故障的类型如何，第一偏置电压用于为内部IC电路供电，包括但不限于感测电路、信号调节电路、监视器电路和/或电力断电电路的任何组合。示例安全故障保护器电路还包括用于安全故障监视器的电力故障监视器，其中电力故障监视器被配置为至少部分地基于第二偏置电压和小于第一功耗少的第二功耗来选择性地断言故障保护器信号。作为一个示例，电力故障监视器响应于一个或更多个电力故障触发器而使用第二偏置电压来至少为切换操作供电。在一些示例中，与安全故障监视器相比，电力故障触发器电路是简单且低功率的电路。在一些示例中，第二偏置电压具有无电力故障幅度，其小于第一偏置电压电平的无电力故障幅度。如本文中所使用的，“无电力故障幅度”是指在安全故障保护器电路的正常监视状态期间(在发生电力损耗故障之前)的电压电平。在其他示例中，第一偏置电压电平的无电力故障幅度与第二偏置电压电平相同或者小于第二偏置电压电平。无论第一和第二偏置电压电平的特定无电力故障幅度如何，在正常电力损耗情况下，在电力损耗故障的事件中，预期第一偏置电压电平比第二偏置电压电平下降得更快。在相反的示例中，在正常通电情况下，预期第二偏置电压比第一偏置电平上升得更快。在不同的示例中，存在安全故障保护器电路能够响应的不同类型的故障。在一些示例中，安全故障监视器响应于接地故障情况来断言故障保护器信号。在其他示例中，安全故障监视器响应于电弧故障情况来断言故障保护器信号。同时，电力故障监视器响应于提供第一偏置电压的电力中的故障来断言故障保护器信号。在一些示例中，通过比较第一和第二偏置电压的幅度来检测这种电力故障。在一些示例中，电力故障监视器包括电压感测电路，其被配置为将输入到安全故障监视器的第一偏置电压与输入到电力故障监视器的第二偏置电压进行比较。基于比较结果，电力故障监视器断言故障保护器信号。在一些示例中，当比较结果指示第一偏置电压的下降速率相对于第二偏置电压的下降速率超过阈值时，电力故障监视器断言故障保护器信号。在一些示例中，当比较结果指示第一和第二偏置电压之间的差异大于阈值量时，电力故障监视器断言故障保护器信号。为了提供更好地理解，使用如下附图描述各种安全故障保护器电路选项、故障监视器选项和故障本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，其包括：安全故障保护器电路，其中，所述安全故障保护器电路包括：安全故障监视器，其耦合到第一偏置节点并且被配置为至少部分地基于第一偏置电压和第一功耗来选择性地断言故障保护器信号；以及用于所述安全故障监视器的电力故障监视器，其中所述电力故障监视器耦合到第二偏置节点并且被配置为至少部分地基于第二偏置电压和第二功耗来选择性地断言所述故障保护器信号，其中所述第二功耗小于所述第一功耗。

【技术特征摘要】
2018.04.25 US 62/662,451;2018.11.13 US 16/189,4311.一种装置，其包括：安全故障保护器电路，其中，所述安全故障保护器电路包括：安全故障监视器，其耦合到第一偏置节点并且被配置为至少部分地基于第一偏置电压和第一功耗来选择性地断言故障保护器信号；以及用于所述安全故障监视器的电力故障监视器，其中所述电力故障监视器耦合到第二偏置节点并且被配置为至少部分地基于第二偏置电压和第二功耗来选择性地断言所述故障保护器信号，其中所述第二功耗小于所述第一功耗。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电力故障监视器包括电压感测电路，其被配置为比较所述第一偏置电压和所述第二偏置电压，并且确定比较结果，并且其中，所述电力故障监视器被配置为基于所述比较结果选择性地断言所述故障保护器信号。3.根据权利要求2所述的装置，其中，当所述比较结果指示所述第一偏置电压的下降速率相对于所述第二偏置电压的下降速率超过阈值时，由所述电力故障监视器断言所述故障保护器信号。4.根据权利要求2所述的装置，其中，当所述比较结果指示所述第一偏置电压和所述第二偏置电压之间的差值大于阈值量时，由所述电力故障监视器断言所述故障保护器信号。5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述电力故障监视器还包括：耦合到所述电压感测电路的驱动器电路；以及耦合到所述驱动器电路的开关，其中，所述驱动器电路被配置为基于所述比较结果向所述开关断言控制信号，其中，所述开关被配置为响应于来自所述驱动器电路的断言的控制信号而允许电流流动，并且其中，所述电流流动导致所述故障保护器信号。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述安全故障保护器电路还包括：第一电压调节器，其耦合在所述第一偏置节点和接地节点之间；以及第二电压调节器，其耦合在所述第二偏置节点和接地节点之间。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一偏置节点被配置为从二极管整流器接着是电阻器-电容器即RC或开关模式电源即SMPS接收所述第一偏置电压，其中，所述第二偏置节点被配置为经由耦合到所述SMPS的输入侧的电阻器-电容器电路即RC电路接收所述第二偏置电压。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一偏置电压节点被配置为经由电阻器-电容器电路即RC电路接收所述第一偏置电压，其中，所述RC电路为第一RC电路，且其中所述第二偏置电压节点被配置为经由耦合到所述第一RC电路的输入侧的第二RC电路接收所述第二偏置电压，其中，所述第二RC电路具有比所述第一RC电路更高的电阻。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述安全故障监视器被配置为检测接地故障。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述安全故障监视器被配置为检测电弧故障。11.根据权利要求1所述的装置，其还包括模数转换器即ADC，其被配置为将由所述故障保护器电路确定的一个或更多个模拟信号转换为数字信号以供微处理器使用。12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述安全故障保护器电路是接地故障电路保护器即GFCI，并且所述故障保护器信号是可控硅整流器信号即SCR信号。13.一种安全故障保护器集成电路即一种安全故障保护器IC，包括：安全故障监视...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·M·汉拉恩，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US