CN103155326B - 具有故障指示和辅供电器的电子断路器 - Google Patents

Abstract

电子断路器包括适合于将电源（10）连接到至少一个负载（11）的可控制触头（12）和用于监测负载（11）的电力的流动、探测不同类型的故障状况响应于故障而自动断开触头（12）的微控制器（14）。断路器的主供电器（15、16）在触头（12）闭合时从线路源（10）接受电力，并将电力提供到微控制器（12）。微控制器中的故障指示器（19）指示使触头（12）断开的故障的类型。当触头（12）断开且开关（18）闭合时，辅供电器（10、18、R1、21、D1）将电力提供到微控制器（12）。

Description

具有故障指示和辅供电器的电子断路器

发明领域

本发明涉及电子断路器，且特别是涉及具有故障指示和在断路器断开时用于故障指示的辅供电器的改进的断路器。

背景

今天的住宅电子断路器（AFCI）监测并预防很多不同类型的故障状况。当断路器跳闸时，知道断路器中断的故障是什么类型以便准确和快速地校正故障状况是有利的。在这样的断路器中的电子模块能够仅在电子设备被供电时才指示中断故障。在正常情况下，这需要使断路器重新闭合以给电子模块供电。然而，使断路器重新闭合以指示中断故障的原因也意味着重新激励故障，如果故障仍然存在的话。为了使断路器安全地重新闭合，电气技师必须断开负载中心并从断路器移除线路负载和中性负载电线。

简要概述

期望有给电子模块供电的辅助装置以允许电子模块指示中断故障，而不需要重新激励在将被认为危险的水平处的故障，因此消除了从断路器移除负载电线的需要。

根据一个实施方式，电子断路器包括适合于将AC电源连接到至少一个负载的可控制机械触头和用于监测从AC电源到负载的电力的流动、探测不同类型的故障状况并响应于故障状况的探测而自动断开触头的控制电路。主供电器在触头闭合时从AC电源接收电力，并将电力提供到控制电路。由控制电路控制的故障指示器指示使控制电路断开触头的故障状况的类型，且辅供电器在触头断开和手动操作的开关闭合时将电力提供到控制电路。通过在断路器触头断开时从辅供电器给控制电路提供电力，该断路器系统避免使断路器在有危险故障时闭合以确定断路器跳闸的原因的任何需要。它也避免从断路器移除分支电路配线或从负载中心重新断开断路器来指示跳闸的原因、更新固件或执行诊断的任何需要。

在一个实现中，手动操作的开关在可控制机械触头的源侧上连接到AC电源，且该开关的另一侧耦合到控制电路，使得该开关的闭合将AC电源耦合到控制电路，用于在触头断开时向控制电路提供电力。整流器可耦合到手动操作的开关并耦合到控制电路，用于将来自AC电源的电力转换成用于控制电路的DC电力。

控制电路优选地包括适合于在触头闭合时经由触头接收电力或在触头断开时经由手动操作的开关接收电力的微控制器。微控制器被编程为探测故障状况，以响应于故障状况的探测而断开触头，并在触头闭合时的故障保护操作模式和触头断开时的故障指示操作模式之间自动切换。微控制器可被编程为探测AC电源经由触头到微控制器的耦合，并在AC电源未经由触头耦合到微控制器时自动切换到故障指示模式。

在第一方面，提供了一种电子断路器，包括：

可控制机械触头，其适合于将电源连接到负载和将所述电源与所述负载断开，

微控制器，其用于监测从所述电源到所述负载的电力的流动，并探测不同类型的故障状况，并响应于探测到故障状况而自动断开所述触头，

主供电器，其在所述触头闭合时从所述电源接收电力，并将电力提供到所述控制电路，

故障指示器，其由所述控制电路控制，用于指示使所述控制电路断开所述触头的故障状况的类型，以及

辅供电器，其用于在所述触头断开时将电力提供到所述控制电路，所述辅供电器包括耦合到所述控制电路的开关，用于在所述触头断开时将电力提供到所述控制电路。

其中所述开关可耦合到所述控制电路，并可在所述开关闭合时进一步使所述控制电路测试所述断路器的预先选择的参数。

其中所述开关可以是手动操作的开关，所述手动操作的开关可以在所述可控制机械触头的源侧上连接到所述电源，且所述开关的另一侧可耦合到所述控制电路；由此，当所述可控制机械触头断开时，所述开关的闭合能够将所述电源通过所述辅供电器耦合到所述控制电路。

其中所述电源可以是AC电源，且所述主供电器可包括耦合到所述手动操作的开关和所述控制电路的整流器，用于将来自所述AC电源的电力转换成用于所述控制电路的DC电力。

其中所述微控制器可适合于在所述可控制机械触头闭合时经由所述触头接收电力或当所述触头断开时经由所述手动操作的开关接收电力，以及所述微控制器可被编程为探测故障状况，响应于探测到故障状况而断开所述触头，并在当所述触头闭合时的故障保护操作模式和当所述触头断开时的一种故障指示操作模式之间自动切换。

其中所述微控制器可被编程为探测所述电源经由所述可控制机械触头到所述微控制器的耦合，并在所述电源未经由所述触头耦合到所述微控制器时自动切换到所述故障指示模式。

其中所述手动操作的开关可以是推动测试开关，所述推动测试开关可通常用于当所述可控制机械触头闭合时发起对所述断路器的预先选择的参数的自动测试。

其中所述电源可以是AC电源，且所述主供电器可包括整流器，所述整流器可将所述手动操作的开关耦合到所述控制电路，从而为所述控制电路提供DC电力。

在第二方面，提供了一种给电子断路器供电的方法，所述电子断路器包括适合于将电源连接到至少一个负载和将所述电源与所述至少一个负载断开的可控制机械触头，所述方法包括：

从所述断路器中的控制电路监测从所述电源到所述负载的电力的流动，探测不同类型的故障状况，并响应于探测到故障状况而自动断开所述触头，

当所述触头闭合时从所述电源接收电力，并将电力提供到所述控制电路，

存储识别使所述控制电路断开所述触头的故障状况的类型的信息，以及

当所述触头断开时将电力提供到所述微控制器，以及

通过手动地闭合开关来将所述电源连接到所述微控制器，以在所述触头断开时将电力提供到所述微控制器。

所述方法可包括将来自所述AC电源的电力转换成用于所述控制电路的DC电力。

所述方法可包括在当所述触头闭合时的故障保护操作模式和当所述触头断开时的故障指示操作模式之间自动切换所述控制电路。

所述方法可包括当（1）所述电源未经由所述触头耦合到所述微控制器和（2）所述开关被手动地闭合时自动切换到所述故障指示操作模式。

其中所述开关可以是通常用于发起对所述断路器的预先选择的参数的自动测试的推动测试开关，所述推动测试开关可以启动所述辅供电器。

其中所述电源可以是AC电源，且所述方法可包括在所述断路器内将来自所述电源的AC电力转换成用于操作所述控制电路的DC电力的步骤。

附图的简要描述

通过参考结合附图理解的下面描述，可最好地理解本发明，其中：

图1是能够指示使断路器跳闸的故障的类型的电子断路器中的电路的一部分的示意图。

图2是用于激活用于向微控制器提供电力的辅供电器的图1的电路中的微控制器和当断路器跳闸时故障指示器所执行的例程的流程图。

详细描述

虽然将结合某些优选实施方式描述本发明，将理解，本发明不限于那些特定的实施方式。相反，本发明旨在涵盖可包括在如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有可选形式、修改和等效布置。

图1示出监测从线电源10例如120伏AC电源提供到一个或多个负载11的电力的断路器。在正常操作期间，即，在没有故障时，电源10通过在跳闸电路13中的常闭的断路器触头12将AC电力提供到负载11，跳闸电路13自动断开以保护负载11，如本领域中已知的。此外，DC电力从主供电器提供到断路器中的微控制器14，主供电器包括全波整流器15（例如二极管桥）、预电压调节器电路16和电压调节器17。二极管桥15将来自电源10的AC电力整流以产生DC输出，DC输出被提供到预电压调节器电路16。预电压调节器电路16又将电力提供到电压调节器17，其给微控制器14提供经调节的DC输入电压。推动测试按钮18连接到微控制器14的PTT输入以允许手动发起对断路器的各种参数的测试，如例如在转让给本发明的受让人的美国专利号7,151,656中描述的。

当故障由断路器探测到时，微控制器14产生跳闸信号，其被提供到跳闸电路13以自动断开断路器触头12，从而中断到负载11的电流的流动。微控制器还存储识别跳闸的原因的信息，例如探测到接地故障或电弧击穿故障。当用户希望在跳闸之后获取所存储的信息时，必须将电力提供到微控制器14以使微控制器能够获取所存储的信息并显示该信息或以另外方式将该信息传递到用户。如果AC电源10通过重新闭合断路器开关12来重新连接到整流器15，则存在重新激发引起跳闸的故障的风险。因此，微控制器14优选地在不闭合断路器12的情况下被供电，以避免首先重新激发引起跳闸的故障。

在例证性电路中，辅供电器可耦合到微控制器14，同时通过按推动测试按钮18以将AC电源10的线路侧耦合到电压调节器17的输入，断路器触头12断开。从通过按下PTT按钮18而闭合的PTT开关中，来自电源10的AC信号穿过电流限制电阻器R1，并接着被齐纳二极管Z1箝位。由二极管D1形成的半波整流器允许电流从在二极管D1和电阻器R1之间的节点N1流到电压调节器17，且这个电流足以给输入电容器C1充电并给电压调节器17供电。电压调节器17接着给微控制器14提供必要的电压和电流来使微控制器14能够获取并显示引起跳闸的故障的类型。提供到二极管D1的相同的信号也经由电阻器R2提供到微控制器的PTT输入，使得微控制器14可探测PTT开关何时闭合。

因此，为了检查什么类型的故障使断路器跳闸，用户仅仅按PTT按钮18以经由电阻器R1和二极管D1暂时将AC电源耦合到电压调节器17。调节器17将电力从C1提供到微控制器14，使得识别引起跳闸的故障的类型的信息由微控制器14获取并例如通过指示灯19或任何其它期望类型的指示器显示给用户。用户继续按下PTT按钮18，直到所显示的故障指示被理解，且接着用户释放PTT按钮18以使微控制器14断电。

参考图2，当由任一电源供电时，固件在步骤20初始化到低电力状态，直到它确定它应进入哪个操作模式。在这个低电力状态期间，固件在步骤21监测主供电器（即，标准电压监测电路），且步骤21确定主供电器是否存在。如果答案是肯定的，则微控制器继续进行到步骤23，其中正常操作模式被初始化。如果在步骤22的答案是否定的，则系统前进到步骤24以监测用户输入（即，PTT开关的闭合），且步骤25确定用户输入是否存在。如果在步骤25的答案是否定的，则系统继续进行到步骤23，其中正常操作模式被初始化。在步骤25的肯定答案使系统前进到由一个路径中的步骤26和27以及平行路径中的步骤28代表的一对并行状态。步骤26监测主供电器，且步骤27确定主供电器是否存在。如果在步骤27的答案是肯定的，则系统返回到步骤26，且这个循环继续，只要主供电器未被探测到。同时，在平行路径中，步骤28发起交替的操作模式，且系统接着前进到步骤29以完成交替操作，其指示引起跳闸的故障的类型。

从图2中可看到，固件只在（1）没有来自主供电器的电力被探测到时和（2）闭合的PTT开关被探测到时进入交替模式。每当来自主供电器的电力被探测到时，固件进入或保持在正常操作模式中，而不考虑PTT开关是断开的还是闭合的。

在微控制器14被提供了来自主供电器的电力（经由闭合的断路器触头12）的正常操作模式期间，微控制器14中的固件在发出使断路器触头断开的跳闸信号之前将电子跳闸事件的原因记录在模块的内部存储器中。在微控制器14被提供了来自辅供电器的电力的交替操作模式期间，固件从存储器取出跳闸事件的记录，并向用户显示该信息。当在交替模式中时，固件持续地监测主供电器，并在来自主供电器的电力被探测到时切换回到正常操作模式。在添加了通信/存储端口的情况下，交替操作模式也可执行自我更新特征和/或电路诊断。

通过在断路器触头12断开时给微控制器14提供来自辅供电器的电力，上面描述的系统避免使断路器在有危险故障的情况时闭合以确定断路器跳闸的原因的任何需要。它也避免需要从断路器移除分支电路配线或从负载中心重新断开断路器，以指示跳闸的原因、更新固件或执行诊断。

虽然示出和描述了本发明的特定实施方式和应用，应理解，本发明不限于本文公开的精确结构和组成，以及从前述描述中，各种修改、改变和变更可能是明显的，而不偏离如在所附权利要求中限定的本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种电子断路器，包括：

可控制机械触头，其适合于连接和断开电源和负载，

控制电路，其包括微控制器，用于监测从所述电源到所述负载的电力的流动，并探测不同类型的故障状况，并响应于探测到故障状况而自动断开所述可控制机械触头，

主供电器，其在所述可控制机械触头闭合时从所述电源接收电力，并将电力提供到所述控制电路中的所述微控制器的电力输入端，

故障指示器，其由所述控制电路控制，用于指示使所述控制电路断开所述可控制机械触头的故障状况的类型，以及

辅供电器，其用于在所述可控制机械触头断开时将电力提供到所述控制电路，所述辅供电器包括耦合在所述电源和所述控制电路中的所述微控制器的所述电力输入端之间的开关，用于在所述可控制机械触头断开且所述开关闭合时将电力从所述电源提供到所述控制电路中的所述微控制器，所述开关耦合到所述微控制器的开关输入端，使得所述微控制器能够探测所述开关何时闭合。

2.如权利要求1所述的断路器，其中所述开关耦合到所述控制电路，并在所述开关闭合时进一步使所述控制电路测试所述断路器的预先选择的参数。

3.一种用于监测从电源供应到负载的电力的电子断路器，所述电子断路器包括：

可控制机械触头，其适合于连接和断开所述电源和所述负载，

控制电路，其包括微控制器，所述微控制器适合于监测从所述电源到所述负载的电力的流动，以探测不同类型的故障状况，并响应于探测到故障状况而自动断开所述可控制机械触头，所述微控制器具有电力输入端和开关输入端，

主供电器，其在所述可控制机械触头闭合时从所述电源接收电力，并将电力提供到所述控制电路中的所述微控制器的所述电力输入端，

故障指示器，其由所述控制电路控制并适合于指示使所述控制电路断开所述可控制机械触头的故障状况的类型，以及

辅供电器，其适合于在所述可控制机械触头断开时将电力提供到所述控制电路，所述辅供电器包括耦合在所述电源和所述控制电路中的所述微控制器的所述电力输入端之间的开关，用于在所述可控制机械触头断开时将电力提供到所述控制电路，所述开关是手动操作的开关，所述手动操作的开关在所述可控制机械触头的源侧上连接到所述电源，且所述开关的另一侧耦合到所述控制电路中的所述微控制器的所述开关输入端，使得所述微控制器能够探测所述开关何时闭合；

由此，当所述可控制机械触头断开时，所述开关的闭合能够将所述电源通过所述辅供电器耦合到所述控制电路。

4.如权利要求3所述的断路器，其中所述电源是AC源，且所述主供电器包括耦合到所述手动操作的开关和所述控制电路的整流器，用于将来自AC电源的电力转换成用于所述控制电路的DC电力。

5.如权利要求3所述的断路器，其中所述微控制器适合于在所述可控制机械触头闭合时经由所述可控制机械触头接收电力或当所述可控制机械触头断开时经由所述手动操作的开关接收电力，以及

所述微控制器被编程为探测故障状况，响应于探测到故障状况而断开所述可控制机械触头，并在当所述可控制机械触头闭合时的故障保护操作模式和当所述可控制机械触头断开时的一种故障指示操作模式之间自动切换。

6.如权利要求5所述的断路器，其中所述微控制器被编程为探测所述电源经由所述可控制机械触头到所述微控制器的耦合，并在所述电源未经由所述可控制机械触头耦合到所述微控制器时自动切换到所述一种故障指示模式。

7.如权利要求3所述的断路器，其中所述手动操作的开关是推动测试开关，所述推动测试开关通常用于当所述可控制机械触头闭合时发起对所述断路器的预先选择的参数的自动测试。

8.如权利要求3所述的断路器，其中所述电源是AC源，且所述辅供电器包括整流器，所述整流器将所述手动操作的开关耦合到所述控制电路，从而为所述控制电路提供DC电力。

9.一种操作电子断路器的方法，所述断路器包括适合于连接和断开电源和至少一个负载的可控制机械触头，所述方法包括：

经由所述断路器中的具有微控制器的控制电路监测从所述电源到所述负载的电力的流动，探测不同类型的故障状况，并响应于探测到故障状况而自动断开所述可控制机械触头，所述微控制器具有电力输入端和开关输入端，

当所述可控制机械触头闭合时从所述电源接收电力，并将电力提供到所述控制电路，

存储识别使所述控制电路断开所述可控制机械触头的故障状况的类型的信息，以及

当所述可控制机械触头断开时通过手动地闭合在所述电源和所述微控制器的所述电力输入端之间的开关来将所述电源连接到所述微控制器而将电力提供到所述微控制器的所述电力输入端，以在所述可控制机械触头断开且所述开关闭合时将电力提供到所述微控制器，所述手动地闭合所述开关将信号提供到所述微控制器的所述开关输入端，使得所述微控制器能够探测所述开关何时闭合。

10.如权利要求9所述的方法，其包括将来自AC电源的电力转换成用于所述控制电路的DC电力。

11.如权利要求9所述的方法，其包括在当所述可控制机械触头闭合时的故障保护操作模式和当所述可控制机械触头断开时的故障指示操作模式之间自动切换所述控制电路。

12.如权利要求11所述的方法，其包括当(1)所述电源未经由所述可控制机械触头耦合到所述微控制器和(2)所述开关被手动地闭合时自动切换到所述故障指示操作模式。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述开关是通常用于发起对所述断路器的预先选择的参数的自动测试的推动测试开关，所述推动测试开关启动辅供电器。

14.如权利要求9所述的方法，其中所述电源是AC源，且所述方法包括在所述断路器内将来自所述电源的AC电力转换成用于操作所述控制电路的DC电力的步骤。