一种电路断续器装置包括线路火线端子、线路中性线端子、负载火线端子和负载中性线端子、固态开关、内部短路开关电路以及控制电路。所述固态开关连接在所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的电气路径中。所述内部短路开关电路包括串联连接在所述线路火线端子与所述线路中性线端子之间的内部短路开关和分流电阻器。所述控制电路被配置为检测故障状况的发生，并且响应于检测到故障状况的所述发生，所述控制电路被配置为驱动所述固态开关进入断开状态，并且激活所述内部短路开关以在所述线路火线端子与所述线路中性线端子之间产生内部短路路径并允许短路电流流过所述电路断续器装置的所述线路火线端子与所述线路中性线端子之间的所述分流电阻器。性线端子之间的所述分流电阻器。性线端子之间的所述分流电阻器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】智能电路中断
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年1月21日提交的美国临时申请序列第62/964,078号的权益，其公开内容通过引用并入本文。
[0003]本公开整体涉及用来保护电路免受诸如电弧故障状况之类的故障状况的影响的电路中断技术。
技术介绍
[0004]通常，电路断续器是在给定建筑物或家庭结构的配电系统中使用的组件，用于保护分支电路导体和电气负载免受例如电流过载状况和故障状况的影响。电流过载状况被定义为设备运行超过其正常满载额定值，或分支电路超过其载流量，当过载持续足够长的一段时间时，会导致损坏或危险的过热。故障状况包括非预期的或意外的负载状况，这些状况通常会产生比过载高得多的过电流状况，具体取决于故障的阻抗。产生最大过电流状况的故障称为短路或“螺栓式故障”。
[0005]存在各种类型的电路断续器装置，包括但不限于电弧故障电路断续器(AFCI)装置。AFCI装置被设计来防止可能由电路中潜在危险的电弧故障引起的电气火灾。电弧故障是电路中发生的一种意外电弧放电状况。电弧放电会产生高强度的热量，会点燃周围的材料并引起火灾。AFCI装置被配置为检测电路中的电弧放电状况并断开电路以停止电弧放电。AFCI装置被设计来区分由于电气装置的正常运行(例如，触点或开关的打开/闭合、带刷电机的运行、诸如空调、冰箱、工具等家用电器的运行)而产生的无害电弧以及由以下原因引起的潜在危险电弧，例如，电线绝缘层损坏、导致连接之间产生电弧的连接松动、电线中的导体断裂等，这些可能导致串联电弧故障或并联电弧故障。
[0006]作为具体示例，触点磨损的电源插座(例如，插座)是导致电气火灾的电弧放电的常见原因。随着时间的推移，电源插座的触点弹簧会随着电插头的重复插入而磨损，这会导致触点弹簧失去张力并使插座触点与电插头端子之间的连接劣化。触点连接的这种劣化导致在电源插座内产生电弧，随着时间的推移会导致插座触点出现点蚀、熔化和飞溅，从而引发危险的电气火灾。
[0007]常规的断路器通常被配置为防范电流过载和短路状况，而不能防范产生不稳定且经常减小的电流的电弧放电状况。事实上，分支电路中的电弧故障状况通常会导致电流和电压降低，这并非常规断路器被针对设计来防范的短路或过载状况的特征或指示。例如，并联电弧故障的RMS电流值将大大小于螺栓式短路故障的RMS电流值。因此，没有AFCI保护的常规典型15安培断路器将无法在可能点燃火灾之前清除电弧故障。
技术实现思路
[0008]本公开的实施例包括用来保护电路免受诸如电弧故障状况之类的故障状况的影
响的电路断续器装置和方法。例如，在一个示例性实施例中，一种电路断续器装置包括线路火线端子、线路中性线端子、负载火线端子、负载中性线端子、固态开关、内部短路开关电路和控制电路。固态开关串联连接在线路火线端子与负载火线端子之间的电气路径中。内部短路开关电路包括串联连接在第一节点与第二节点之间的内部短路开关和分流电阻器，其中第一节点耦合到线路火线端子并且第二节点耦合到线路中性线端子。控制电路耦合到固态开关和内部短路开关电路。控制电路被配置为检测故障状况的发生并且响应于检测到故障状况的发生将固态开关驱动到断开状态。控制电路还被配置为响应于检测到故障状况的发生而激活内部短路开关，从而在第一节点与第二节点之间产生内部短路路径并允许短路电流流过电路断续器装置的线路火线端子与线路中性线端子之间的分流电阻器。
[0009]另一个示例性实施例包括一种系统，该系统包括断路器和电路断续器装置。断路器包括线路输入端子和负载输出端子，其中断路器的线路输入端子耦合到交流(AC)电源。电路断续器装置耦合到断路器的负载输出端子。电路断续器装置包括线路火线端子、线路中性线端子、负载火线端子、负载中性线端子、固态开关、内部短路开关电路和控制电路。固态开关串联连接在线路火线端子与负载火线端子之间的电气路径中。内部短路开关电路包括串联连接在第一节点与第二节点之间的内部短路开关和分流电阻器，其中第一节点耦合到线路火线端子并且第二节点耦合到线路中性线端子。控制电路耦合到固态开关和内部短路开关电路。控制电路被配置为检测故障状况的发生并且响应于检测到故障状况的发生将固态开关驱动到断开状态。控制电路还被配置为响应于检测到故障状况的发生而激活内部短路开关，从而在第一节点与第二节点之间产生内部短路路径并允许短路电流流过电路断续器装置的线路火线端子与线路中性线端子之间的分流电阻器，其中电路断续器装置的线路火线端子与线路中性线端子之间的短路电流的流动足以使断路器跳闸。
[0010]另一个示例性实施例包括一种由电路断续器装置实现的方法。该方法包括：检测受断路器保护的分支电路上的故障状况的发生，以及响应于检测到故障状况的发生而中断该分支电路上的负载电流的流动。该方法还包括；响应于检测到故障状况的发生而产生短路路径以允许短路电流流过电路断续器装置内的分流电阻器，其中短路电流在电路断续器装置内的流动使断路器跳闸并断开AC电源与分支电路的连接。
[0011]其他实施例将在以下示例性实施例的详细描述中进行描述，其将结合附图进行阅读。
附图说明
[0012]图1示意性地示出了包括根据本公开的示例性实施例的智能电路断续器装置的电气系统。
[0013]图2示意性地示出了在没有电弧故障状况的正常操作状况下公用电源的示例性AC波形。
[0014]图3是根据本公开的示例性实施例的用于提供电路中断的方法的流程图。
具体实施方式
[0015]现在将关于用来保护电路免受诸如电弧故障状况之类的故障状况的影响的电路断续器装置和方法来更详细地描述本公开的实施例。如本文所用，术语“示例性”是指“用作
示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施例或设计不应被解释为优于或有利于其他实施例或设计。
[0016]图1示意性地示出了包括根据本公开的示例性实施例的智能电路断续器装置的电气系统。特别地，图1示意性地示出了电气系统50，该电气系统包括公用电源10(在本文中称为AC干线电源10)、断路器15和包括智能电路断续器装置100和负载20的分支电路。AC干线电源10包括火线相11(称为“线路火线”11)和中性线相12(称为“线路中性线”12)。断路器15包括线路输入端子15A和负载输出端子15B。智能电路断续器装置100包括线路火线端子100A(或第一输入端子)、线路中性线端子100B(或第二输入端子)、负载火线端子100C(或第一输出端子)、负载中性线端子100D(或第二输出端子)和接地端子100E。断路器15的线路输入端子15A耦合到AC干线电源10的线路火线11，断路器15的负载输出端子15B耦合到智能电路断续器装置100的线路火线端子100A。智能电路断续器装置100的线路中性线端子100B耦合到AC干线电源10的线路中性线12。智能电路断续器装置100的负载火线端子100C耦合到负载20的负载火线21，智能电路断续器装置100的负载中性线端子100D耦合到负载20的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电路断续器装置，其包括：线路火线端子、线路中性线端子、负载火线端子和负载中性线端子；固态开关，所述固态开关串联连接在所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的电气路径中；内部短路开关电路，所述内部短路开关电路包括串联连接在第一节点与第二节点之间的内部短路开关和分流电阻器，其中所述第一节点耦合到所述线路火线端子并且所述第二节点耦合到所述线路中性线端子；以及控制电路，所述控制电路耦合到所述固态开关和所述内部短路开关电路；其中所述控制电路被配置为检测故障状况的发生；其中所述控制电路被配置为响应于检测到故障状况的所述发生而驱动所述固态开关进入断开状态；并且其中所述控制电路被配置为响应于检测到故障状况的所述发生而激活所述内部短路开关，从而在所述第一节点与所述第二节点之间产生内部短路路径并允许短路电流流过所述电路断续器装置的所述线路火线端子与所述线路中性线端子之间的所述分流电阻器。2.根据权利要求1所述的电路断续器装置，其中所述内部短路开关包括双向固态开关，所述双向固态开关包括第一金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关和第二MOSFET开关，其中所述第一和第二MOSFET开关包括共同耦合到第三节点的栅极端子和共同耦合到第四节点的源极端子，其中所述第一MOSFET开关包括耦合到所述第一节点的漏极端子，并且其中所述第二MOSFET开关包括耦合到所述第二节点的漏极端子。3.根据权利要求2所述的电路断续器装置，其中所述分流电阻器连接在所述第二MOSFET开关的所述漏极端子与所述第二节点之间。4.根据权利要求2所述的电路断续器装置，其中所述内部短路开关电路包括自偏置电路，所述自偏置电路被配置为使用从施加到所述线路火线和线路中性线端子的交流(AC)电源汲取的电流产生调节的直流(DC)电压，并将所述调节的DC电压施加到所述固态双向开关的所述第一和第二MOSFET开关的所述栅极端子。5.根据权利要求4所述的电路断续器装置，其中所述自偏置电路包括被配置为产生所述调节的DC电压的电压钳位电路，其中所述电压钳位电路包括并联连接在第五节点与所述第四节点之间的电容器和齐纳二极管。6.根据权利要求2所述的电路断续器装置，其中所述内部短路开关电路包括耦合在所述第三节点与所述第四节点之间的致动开关。7.根据权利要求6所述的电路断续器装置，其中所述控制电路被配置为驱动所述致动开关进入以下状态中的至少一种：(i)接通状态，从而将所述第一和第二MOSFET开关的所述栅极和源极端子分流并且将所述内部短路开关置于断开状态，以及(ii)断开状态，从而允许所述内部短路开关被置于接通状态。8.根据权利要求1所述的电路断续器装置，其中所述分流电阻器包括将在所述电路断续器装置的所述线路火线端子与所述线路中性线端子之间流动的短路电流量限制为不超过断路器的额定电流的约3倍的电阻值。9.根据权利要求1所述的电路断续器装置，其中所述控制电路被配置为：(i)感测在所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的所述电气路径中流动的负载电流的电流波形，
以及(ii)基于所感测的电流波形检测短路故障状况的发生。10.根据权利要求1所述的电路断续器装置，其中所述控制电路被配置为：(i)感测在所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的所述电气路径上的电压波形，以及(ii)基于所感测的电压波形检测电弧故障状况的发生。11.一种电源插座，其包括根据权利要求1所述的电路断续器装置。12.一种系统，其包括：断路器，所述断路器包括线路输入端子和负载输出端子，其中所述断路器的所述线路输入端子耦合到交流(AC)电源；以及电路断续器装置，所述电路断续器装置耦合到所述断路器的所述负载输出端子，其中所述电路断续器装置包括：线路火线端子、线路中性线端子、负载火线端子和负载中性线端子；固态开关...
【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：安泊半导体公司，
类型：发明
国别省市：
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