具有过电压保护的测试保护电路制造技术

本发明专利技术提供了一种具有接地故障电路中断器(GFCI)的测试保护电路，具有寿命终止自动监视和过电压监视。本发明专利技术还提供了一种用于在自动监视期间隔离所述GFCI的继电器同步开关。所述测试保护电路还提供了一种如果自动监视失效就禁用测试保护电路的寿命终止电路，以及一种如果检测到过电压状态就禁用测试保护电路的截断电路。的截断电路。的截断电路。

【技术实现步骤摘要】
具有过电压保护的测试保护电路


[0001]本专利技术总体上涉及电气安全装置，更具体地说，涉及自动复位接地故障电路中断器(GFCI)，其具有自动监视寿命终止电路和过电压监视。

技术介绍

[0002]传统的电气设备一般是经过一对导电线路从诸如电源插座等电源接收交流电流(AC)。这对导电线路，通常称为相线和中线，使电器或负载能够接收运行所需的电流。
[0003]通过一对导电线路将电气设备连接到电源会产生许多潜在的危险状况。特别是，导电线路中存在接地故障和中线接地状况的风险。当在相线和中线中流动的电流之间存在不平衡时，就会发生接地故障状况。当中线在负载处接地时，就会发生中线接地状况。接地故障状况极为危险，可能导致严重伤害。
[0004]接地故障中断器包括接地故障断路器、接地故障插座以及甚至安装线缆的接地故障保护装置。接地故障中断器即使通过了目前所有的行业标准，它们也可能因误跳闸而产生麻烦。误跳闸的原因之一是电力与感应式设备断开连接，特别是因拔下设备的插头而与电力断开连接。
[0005]这些设备的示例包括电动剃须刀、高强度灯和小型冷却风扇，例如用于冷却电子设备的风扇。拔下这些设备的插头会在插头和插座之间产生电弧，从而导致将几伏的宽带噪声叠加到电力线路上。由于噪声的宽带特性，即使非常小的杂散耦合电容也会将噪声从电力线路导线耦合到接地故障电路中，从而引起误跳闸。
[0006]典型的接地故障中断器包括运算放大器，其将所感测到的接地故障信号放大，并将放大后的信号施加到窗口比较器，窗口比较器将该信号与正、负基准信号进行对比。如果超过了任一基准值，则生成跳闸信号。一种通用类型的接地故障检测电路是休眠振荡器型检测器。这种检测器包括第一传感器线圈，受保护电路的相线和中线穿过该第一传感器线圈。第一传感器线圈的输出经耦合电容器施加到上述运算放大器，运算放大器后面跟着窗口比较器。相线到地的故障引起放大后的信号超过基准值，并生成跳闸信号。
[0007]休眠振荡器型接地故障检测器包括第二传感器线圈，只有中线穿过该第二传感器线圈。中线到地的故障将两个检测器线圈耦合在一起，引起放大器振荡，这种振荡导致跳闸信号的生成。
[0008]已经发现，诸如由拔出感应型设备的插头等引起的与负载有关的开关现象，其引起的宽带噪声会造成接地故障中断器的误跳闸。
[0009]接地故障电路中断器在本领域中是众所周知的，并且普遍用于免受接地故障和中线接地状况的影响。一般而言，GFCI装置感测到导电线路中存在接地故障和中线接地状况，并且对此作出响应，断开电源和负载之间的导电线路中的至少一根以消除危险状况。
[0010]在专利技术人为M.Baer等人的美国专利第5,177,657号中，公开了一种接地故障中断器电路，该电路中断电流流向在电源和负载之间延伸的一对线路。该接地故障中断器电路包括：包括设置在这两条线路中一条或两条上的常开开关的断路器、用于选择性地闭合所
述常开开关的继电器电路、能够在第一双稳态和第二双稳态下运行的电子闩锁电路，以及用于感测至少一条线路中存在故障状况的故障感测电路。当电子闩锁电路处于第一双稳态状态时，电子闩锁电路使继电器电路闭合常开开关，并将常开开关保持在其闭合位置。当闩锁电路处于其第二双稳态状态时，电子闩锁电路还使继电器电路允许常开开关返回其常开状态。故障感测电路对至少一条线路中存在故障状况进行感测，并在检测到故障状况时使电子闩锁电路闩锁在其第二状态。
[0011]在专利技术人为T.M.McDonald的美国专利第5,418,678号中，公开了一种改进的接地故障电路中断器(GFCI)装置，其需要在一开始连接到交流电源或电源中断结束后进行手动设置。这种改进的GFCI装置利用了一种受控开关器件，该受控开关器件响应于负载电力信号，仅当在输出端或负载端上可获得电力时才允许GFCI装置的继电器触头组闭合。该受控开关器件优选包括当继电器触头组断开时在GFCI输入端和输出端之间提供隔离的光隔离器或其他类型的开关器件。这种改进的GFCI装置可以合并到便携式单元中，例如插入式或线路线缆的单元，以与不受保护的AC插座一起使用。
[0012]在专利技术人为L.F.Irwin的美国专利第4,816,957号中，公开了一种适配器单元，该适配器单元包括防潮外壳，在该防潮外壳中装有改进的、自测试型接地线路故障中断器装置。这种改进的装置与装在适配器外壳外部的连接器电互连，使得该单元可以直接插入到现有电路的标准双工插座中。该设备包括当装置插入双工插座时自动测试所述装置的可操作性的电路，而无需用户手动操作测试按钮或其他明显动作。
[0013]在专利技术人为C.W.Draper等人的美国专利第4,578,732中，公开了一种墙壁插座型接地故障电路中断器，其具有可从中断器的前面够到的一对插座、复位按钮和测试按钮。该中断器具有被闩锁的速动触头和用于将速动触头保持在电路接通位置的新颖的闩锁继电器结构。所述速动触头允许将包括监视用环形线圈(感测变压器)和电源在内的所有部件分别定位并连接在速动触头的负载侧，使得当触头快速动作到达电路断开位置时，中断器的所有电路都被断电。速动触头机构和继电器设有若干结构，这些结构为中断器提供了无跳闸模式触头致动，并因此提供了一种防止戏弄人的速动触头操作。
[0014]上述类型的GFCI装置的一个缺点是，GFCI装置通常包括用以选择性地打开和闭合开关器件的大型螺线管。具体而言，为了切换并将螺线管维持在其通电状态，螺线管通常需要恒定供应线路电压(大约120伏)。结果，螺线管成为了很大的功耗源。
[0015]UL943现在要求面板安装型和基于插座型GFCI在手动操作测试按钮时如果装置未能跳闸，则要指示“寿命终止”。然而，即使最终用户定期测试其装置，未经正确测试的GFCI装置也还是可能复位并继续提供电力，但却不能提供接地故障保护。如果没有内置的拒绝通电特征结构，消费者可能会错误而且悲剧性地以为，如果有电，也就有保护。尽管制造商发出了警告，但许多最终用户仍然(并继续保持)不知道需要定期测试；其他的人知道定期测试，但不总是认真地进行测试。UL也将引入要求自动监视GFCI，由此GFCI将按固定时间间隔进行自我测试并向用户提供“寿命终止”的指示。
[0016]一般而言，寿命终止事件是接地故障感测部件(环形线圈和集成电路)开路或短路；跳闸螺线管和/或其控制电路出现故障，或者控制跳闸螺线管控制电路的开关半导体(SCR)开路或短路。
[0017]因此，需要一种用于线路电压GFCI装置的具有足够额定值的螺线管，其具有降低
的失效趋势，该失效是由于与典型线路电压相关联的高电压和电流而造成的。还需要一种接地故障中断器，其不会响应于受保护电路中的宽带噪声而产生误跳闸。还需要这样的接地故障电路，其对也是响应于溅射电弧故障产生的宽带噪声具有改善的抗干扰性。
[0018]还需要一种GFCI，其能够对GFCI中经常发生故障的部件进行手动和自动测试，并在测试失败时拒绝供电。

技术实现思路

[0019]根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测试保护电路，用于中断流经一对线路的电流，其中，所述一对线路中的其中一条线路在相线输入端和相线输出端之间延伸，另一条线路在中线输入端和中线输出端之间延伸，所述测试保护电路包括：接地故障电路中断器(GFCI)，其中，所述GFCI包括：电源电路，用于为所述GFCI提供电流，第一开关，其具有第一输入端子和第一触头端子；第二开关，其具有第二输入端子和第二触头端子，其中，所述第一开关与所述第二开关联动；继电器电路，用于控制所述第一开关和第二开关，其中，每个开关都包括不通电的第一位置和通电的第二位置，并且所述第一开关连接在所述相线输入端和相线输出端之间，所述第二开关连接在所述中线输入端和中线输出端之间；故障检测电路，用于检测所述一对线路中的接地故障，其中，所述继电器电路包括螺线管；第一双稳态电子闩锁电路，用于在检测到故障时使所述继电器电路断电；监视模块，其与所述GFCI集成在一起，所述监视模块包括：模拟接地故障生成器，用于生成接地故障开启脉冲，对所述故障检测电路和第一双稳态电子闩锁电路进行测试；继电器同步开关，用于在接地故障开启脉冲期间隔离所述GFCI；自动监视逻辑模块，用于在接地故障开启脉冲期间监视所述第一双稳态电子闩锁电路；以及寿命终止开关，如果所述自动监视逻辑模块确定所述第一双稳态电子闩锁电路已经失效，则所述寿命终止开关禁用所述继电器电路。2.如权利要求1所述的测试保护电路，其中，所述第一双稳态电子闩锁电路包括可控硅整流器(SCR)。3.如权利要求1所述的测试保护电路，其中，所述故障检测电路包括：感测变压器；接地中线变压器；和GFCI集成电路(IC)，其耦合到所述感测变压器和接地中线变压器。4.如权利要求3所述的测试保护电路，其中，所述故障检测电路包括电力电容器，用于在接地故障开启脉冲期间当GFCI被继电器同步开关隔离时为所述GFCI集成电路提供电力。5.如权利要求2所述的测试保护电路，其中，所述自动监视逻辑模块包括响应于模拟接地故障开启脉冲的GFCI电路的预定数量失效，用以测试GFCI电路，其中，受测试的GFCI电路包括：感测变压器；接地中线变压器；耦合到所述感测变压器和接地中线变压器的GFCI集成电路(IC)；以及所述第一双稳态电子闩锁电路。6.如权利要求1所述的测试保护电路，还包括过电压监视电路。7.如权利要求6所述的测试保护电路，其中，如果检测到预定电压超过120V交流电，则
所述过电压监视电路使所述螺线管断电。8.一种GFCI电路，用于中断流经一对线路的电流，其中，所述一对线路中的其中一条线路在相线输入端和相线输出端之间延伸，另一条线路在中线输入端和中线输出端之间延伸，所述GFCI电路包括：故障检测电路，用于检测所述一对线路中的接地故障；继电器电路，用于控制第一开关和第二开关，其中，每个开关都包括不通电的第一位置和通电的第二位置，并且所述第一开关连接在所述相线输入端和相线输出端之间，所述第二开关连接在所述中线输入端和中线输出端之间；第一双稳态电子闩锁电路，用于在所述故障检测电路检测到故障时使所述继电器电路断电；监视模块，其与所述GFCI集成在一起，所述监视模块包括：模拟接地故障生成器，用于生成接地故障开启脉冲，对故障检测电路部件进行测试；继电器同步开关，用于在接地故障开启脉冲期间隔离故障检测电路；以及其中，所述故障检测电路包括电力电容器，用于在接地故障开启脉冲期间当GFCI被继电器同步开关隔离时为GFC...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：宝华电器深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：