CN106063066B - 具有双螺线管线圈电子控制件的自测试gfci装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电路中断装置，所述电路中断装置具有双线圈螺线管，所述双线圈螺线管用于在检测到故障且期望将所述装置置于跳闸状况中时将经增加磁场递送到螺线管柱塞。独立开关装置控制穿过所述螺线管的相应线圈的电流流动，且第三开关装置控制两个线圈驱动开关装置的操作。检测电路检测故障且控制所述第三开关装置以在检测到故障时激活所述线圈驱动开关装置。可编程装置运行自测试程序以确定所述装置是否正恰当地操作且是否可检测到故障。所述可编程装置还可独立地控制所述两个线圈驱动开关装置的所述操作。

Description

具有双螺线管线圈电子控制件的自测试GFCI装置
相关申请案的交叉参考
本申请案含有与以下同在申请中的专利申请案中所含的标的物相关的标的物：斯蒂芬P.西莫宁(Stephen P.Simonin)的标题为“GFCI测试监测电路(GFCI TEST MONITORCIRCUIT)”的第13/827,785号美国专利申请案、斯蒂芬P.西莫宁的标题为“具有经增强磁场的螺线管线圈(SOLENOID COIL HAVING AN ENHANCED MAGNETIC FIELD)”的第13/422,797号美国专利申请案、加埃塔诺博纳斯亚(Gaetano Bonasia)及肯尼帕德罗(Kenny Padro)的标题为“用于电装置的经增强自动监测电路及方法(ENHANCED AUTO-MONITORING CIRCUITAND METHOD FOR AN ELECTRICAL DEVICE)”的第13/422,790号美国专利申请案及加埃塔诺博纳斯亚等人的标题为“具有抗振动的布线不当保护的可重安装电路中断装置(REINSTALLABLE CIRCUIT INTERRUPTING DEVICE WITH VIBRATION RESISTANT MISWIREPROTECTION)”的第13/422,793号美国专利申请案，所述专利申请案中的每一者的全部内容以引用方式明确并入本文中，且所述专利申请案中的每一者与本申请案让与相同受让人。
技术领域
本发明一般来说涉及切换式电装置。更特定来说，本发明针对于用于电路中断装置(例如自测试接地故障电路中断器(GFCI)装置)的控制电路，所述控制电路在检测到一或多个故障状况时从“复位”或闩锁状态切换为“跳闸”或解除闩锁状态。与本文中所揭示的装置一致的控制电路具有提供比当前GFCI装置中所提供的更稳健的寿命结束检测能力的自测试能力。
背景技术
具有朝向断开位置偏置的触点的GFCI装置需要用于将触点设置及固持于闭合位置中的闩锁机构。同样地，具有朝向闭合位置偏置的触点的切换式电装置需要用于将触点设置及固持于断开位置中的闩锁机构。常规类型的装置的实例包含电路中断类型的装置，例如断路器、电弧故障中断器及GFCI(举几个例子)。
为在美国进行商业出售，GFCI装置必须符合由保险商实验室(UL)连同行业领先的制造商以及其它行业成员(例如各种安全团体)确立的标准。覆盖GFCI装置的一个UL标准为UL-943，标题为“安全标准-接地故障电路中断器”。UL-943适用于既定用于人员保护的A类单相及三相GFCI且包含对此类GFCI装置的功能、构造、性能及标记的最少要求。除其它之外，UL-943还需要特定故障电流电平及GFCI装置应跳闸的响应定时要求。通常，在检测到具有高于5毫安培(mA)的电平的接地故障时需要GFCI跳闸。此外，当高电阻接地故障施加到装置时，UL-943的当前版本规定装置应跳闸且根据方程式T＝(20/I)1.43防止电流递送到负载，其中“T”是指装置跳闸可花费的最大时间量且以秒为单位来表达，且“I”是指导致故障的电流的最小值且以毫安培(mA)为单位来表达。因此，在5mA故障的情形中，装置必须检测故障且在7.26秒或更少内跳闸，即，防止电流流动到负载。
在此类安全相关标准为适当的情况下，且由于GFCI装置由于其在20世纪70年代早期的引入而直接被誉为挽救许多生命，因此不只是在美国而是在世界范围内，GFCI装置遍及住宅及商业电网已变得普遍存在。然而，如同大多数机电装置，GFCI装置易受故障影响。举例来说，在GFCI中，驱动机械电流中断装置的电子组件中的一或多者可短路或以其它方式变得有缺陷，故障检测器电路中或装置内的其它地方的组件也可如此。此类组件故障可使装置不能够恰当地检测接地故障及/或可使装置不能够在检测到故障时恰当地中断电流的流动，因此，增加潜在威胁生命的伤害的风险。
由于组件故障的易发性，一直以来需要GFCI装置具有使得能够手动测试装置在遭遇故障时跳闸的能力的监督电路。此类监督电路通常包含TEST按钮，所述TEST按钮在被按压时致动模拟装置的热导体及中性导体上的接地故障的电路。如果装置正恰当地起作用，那么检测到所模拟接地故障且装置将跳闸，即，致动机械中断器。此断开连接装置的线侧(其中供应输入AC电力)与负载侧(其中用户连接他或她的电器等且其中还连接下游插座或额外GFCI装置)的电流路径。
数年前由行业安全团体执行的研究指示很多时候公众不会定期地测试其GFCI装置以用于恰当操作，即，通过按压TEST按钮。此研究进一步揭露，已服务延长时间周期的一些GFCI装置变得无功能且不能够恰当地检测故障状况，因此使装置不安全。具体来说，发现在延长使用之后GFCI装置未能在发生故障时跳闸，因此使装置可仅作为电插座操作。也就是说，装置将总是将电力提供到负载触点且不能够在存在故障状况时跳闸。由于并非定期地测试GFCI装置，因此此不安全状况被加剧。更特定来说，人们鉴于装置充分地递送电力的事实(实际上此时装置为潜在威胁生命的隐患)而错误地认为装置是可操作的。
在所述领域中采用的GFCI装置变得越来越不可操作且不安全的发现结合人们不会定期地测试其GFCI装置(而不管有制造商的用以进行此操作的明确指令)的认识起始对UL-943标准的可能改变(包含将需要GFCI装置自身进行自测试(例如，自动监测)而不需要人类干预的改变)的调查。UL-943的预期改变进一步包含警告消费者装置可能不再提供对抗故障的保护的要求及/或装置在自测试出故障时自动移除其自身以不进行服务(例如，永久地跳闸)的要求。此外，将必须在不干扰装置的主要功能(即，在遭遇实际故障时跳闸)的情况下执行这些额外自测试操作。
上文所提及的经修订自测试功能性还并非UL-943认证的要求，而是期望其不久将是所述认证的要求。为此显著UL改变做准备且鉴于集成电路成本的貌似无尽减少，许多GFCI制造商为了支持先前模拟设计而已转移到数字技术(例如，微处理器及微控制器)以提供接地故障保护及自监测功能性两者。然而，迄今为止所提供的数字解决方案并非理想的。举例来说，数个相关技术GFCI设计(包含针对于提供自测试功能性的那些设计)遭受无故跳闸(其中在既不存在真实接地故障、手动产生的模拟的接地故障也不存在自动自测试故障时致动中断器的情况)。许多人认为此不利状况因对自动自测试的额外要求(此通常导致在装置内产生额外感应电流)而恶化。
因此，期望提供一种提供特定自测试能力(包含在UL-943的下一个版本中提议的那些自测试能力)但最小化与无故跳闸相关联的风险的GFCI装置。
发明内容
考虑到与相关技术GFCI装置相关联的疑难问题(包含但不限于上文所论述的疑难问题)，根据一或多个示范性实施例的电路通常涉及连续地监测GFCI装置的性能的自动监测电路。更具体来说，例如微控制器或微处理器的处理装置经配置以基于所存储软件程序而周期性地执行自动监测例程以用于测试及验证GFCI装置内的各种子电路的可行性及功能性。为测试GFCI装置的恰当电流隔离，操作耦合到微控制器的驱动器以每当执行或运行自动监测例程时起始表示接地故障的测试信号，且监测不同电路节点以确认装置的恰当操作。
根据至少一个实施例的GFCI装置使用常规4141GFCI芯片或某一其它适当集成装置来在存在由感测及接地中性变压器线圈检测到的跳闸状况的情况下激活螺线管。类似于大多数常规GFCI装置，当由变压器线圈中的任一者检测到跳闸阈值时，由4141芯片产生触发信号以激活SCR，即，所述触发信号将SCR接通使得电流被传导穿过螺线管线圈。根据此及其它实施例的装置的一方面利用并联的双线圈，所述双线圈以经增强磁场激活螺线管柱塞衔铁(本文中还仅称为柱塞或衔铁)，且因此将比由具有单个线圈的标准螺线管将递送的力大的力递送到柱塞衔铁。
然而，使用两个螺线管线圈需要额外设计考虑。举例来说，以由4141芯片产生的单个触发信号驱动两个独立SCR并非理想的，这是因为在4141芯片起动触发信号时的时间期间，每一SCR产生固有反馈，且同时驱动两个SCR产生可能损坏4141芯片的经组合反馈。为避免此潜在损坏反馈问题，根据一或多个实施例的装置包含第三SCR，所述第三SCR阻挡来自所述两个线圈驱动SCR的反馈到达4141芯片触发信号输出端口。因此，满足了4141芯片的设计要求且仍可同时驱动两个线圈。与常规GFCI装置相比，与一或多个示范性实施例一致的装置的另一优点是可执行线圈驱动SCR的单独独立起动。也就是说，根据这些实施例的另一方面，来自微控制器的栅极信号在某些预定状况下驱动两个线圈驱动SCR，同时阻挡由4141芯片产生的触发信号以防干扰所述栅极信号。
寿命结束指示器也耦合到微控制器以指示GFCI装置是否未能恰当地检测测试信号或是否已发生装置内的某一其它故障。为避免在产生测试信号时使机械电流中断装置跳闸而且还允许GFCI装置电路的尽可能多的部分执行其既定功能，提供独特监测电路，所述监测电路利用数字组件(例如GFCI集成电路装置及微控制器)的各种功能性。具体来说，为提供无干扰且不会在正常状况下导致错误跳闸的监测GFCI装置的故障检测能力的自动测试功能，与本发明一致的实施例包含与GFCI集成电路(IC)装置的中断器驱动输出相关联的具体选择的滤波电容器。恰当选择电容器及其它相关电路组件防止中断器驱动电路(例如，硅控整流器(SCR))起动或接通直到遇到真实故障状况为止。
根据示范性实施例的一个方面，提供一种电路中断装置，所述电路中断装置包含：一或多个线导体，其用于电连接到外部电力供应器；一或多个负载导体，其用于电连接到外部负载；中断装置，其连接到所述线导体及所述负载导体，且在所述电路中断装置处于复位状况中时将所述线导体电连接到所述负载导体，且在所述电路中断装置处于跳闸状况中时将所述线导体与所述负载导体断开连接。
还提供故障检测电路，所述故障检测电路检测所述电路中断装置中的故障状况且在检测到所述故障状况时产生故障检测信号，其中将所述故障检测信号提供到所述中断装置以将所述电路中断装置置于所述跳闸状况中。自动监测电路电耦合到所述故障检测电路及所述中断装置且连续地监测一或多个信号以确定所述电路中断装置的操作状态，其中所述所监测信号中的至少一者包含第一自动监测输入信号，所述第一自动监测输入信号的值至少部分地由所述故障检测电路所产生的预触发信号的值确定，其中所述预触发信号不激活所述中断装置以将所述电路中断装置置于所述跳闸状况中。
根据一或多个示范性实施例的另一方面，提供一种电路中断装置，所述电路中断装置包含布线装置，所述布线装置具有故障检测电路，所述故障检测电路经配置以检测所述布线装置中的一或多个故障状况且在所述故障状况满足预定准则时产生预触发信号，其中所述一或多个故障状况包含自测试故障状况。还提供可编程电路装置，所述可编程电路装置经编程以执行自动监测例程，所述自动监测例程包含以下步骤：在所述可编程电路装置的第一输出端口处产生自测试故障信号，其中所述自测试故障信号产生所述布线装置中的自测试故障状况；在第一输入端口处将所述预触发信号输入到所述可编程电路装置；确定所述预触发信号的值；处理所述预触发信号的所述值；基于所述预触发信号的所述经处理值而确定所述故障检测电路是否成功地检测到所述自测试故障；在确定所述故障检测电路未能成功地检测到所述自测试故障的情况下使故障计数递增；及在确定所述故障检测电路确实成功地检测到所述自测试故障的情况下将所述故障计数复位。
根据示范性实施例的又一方面，提供监测电布线装置的操作状态的方法，其中所述方法包含以下步骤：周期性地产生自测试故障信号；检测所述自测试故障信号；在检测到所述自测试故障信号时产生预触发信号；在所述预触发信号的值大于或等于第一阈值的情况下使计数器递增；在所述预触发信号的所述值小于所述第一阈值的情况下将所述计数器复位；在所述预触发信号的所述值大于第二阈值小于所述第一阈值的情况下确定已发生真实故障状况或模拟的故障状况；在确定已发生真实故障状况或模拟的故障状况的情况下停止产生所述自测试故障信号；及在确定尚未发生真实故障状况或模拟的故障状况的情况下继续产生所述自测试故障信号。
附图说明
下文参考附图以实例方式详细地描述所揭示方法及装置的示范性实施例，在附图中：
图1是根据示范性实施例的自测试GFCI插座装置的侧视立面图；
图2是在移除外壳的前盖的情况下图1中所展示的自测试GFCI插座的侧视立面图；
图3是图1中所展示的自测试GFCI插座装置的核心组合件的侧视立面图；
图4A到4D是与示范性实施例一致的示范性电路的示意图；
图5是根据示范性实施例的与GFCI插座连接地使用的双线圈螺线管的立面图；
图6是具有所展示的绕线管及柱塞的图5的双线圈螺线管的截面(剖面)图。
具体实施方式
示范性实施例包含下文所详细描述的新颖机械及/或电特征中的一或多者。举例来说，所揭示的示范性实施例中的一或多者包含自动监测或自测试特征。先前(举例来说，在第6,807,035号、第6,807,036号、第7,315,437号、第7,443,309号及第7,791,848号美国专利以及于2012年3月16日提出申请的序列号为13/422,790的美国专利申请案中)已揭示关于GFCI装置一些自测试特征及能力，所有所述专利与本申请案共同让与相同受让人且其全部相应内容通过引用所教示的所有内容而并入本文中。与本文中所揭示的方法及装置一致的自动监测特征比先前所揭示的特征更稳健，且减小由装置做出的错误或无故跳闸的概率。举例来说，提供与确定寿命结束(EOL)状况及在此确定之后采取的动作相关的额外特征。本文中在下文参考图描述其它示范性新颖电及机械特征。
参考图1，根据示范性实施例的GFCI插座10包含前盖12，所述前盖具有双电源插座面14，双电源插座面14具有相位开口16、中性开口18及接地开口20。面14还具有容纳RESET按钮24的开口22(其邻近于容纳TEST按钮28的开口26)及六个相应圆形开口30到35。根据此示范性实施例，开口30、33容纳两个相应指示器，例如不同颜色的LED，开口32、34容纳用作(举例来说)夜灯的相应明亮LED，开口31容纳用于(举例来说)控制夜灯LED的光导电光电池，且开口35提供对固定螺钉的接达以用于根据此及其它示范性实施例调整光电池装置。后盖36通过八个紧固件38紧固到前盖12-图1中展示八个紧固件38中的四者，且在图1中视野被遮蔽的插座10的侧上提供四个额外紧固件38。举例来说，每一紧固件38可包含在前盖12上的倒钩柱50及在后盖36上的对应弹性箍52，类似于第6,398,594号美国专利中详细描述的紧固件，所述美国专利的全部内容通过引用所教示的所有内容而并入本文中。具有标准安装耳42的接地轭/桥组合件40从插座10的端突出。
参考图2，已移除GFCI插座10的前盖12以暴露为印刷电路板390及轭/桥组合件40提供支撑的歧管126。根据所展示的实施例，歧管126包含沿着后盖36的上部边缘与对应腔132配合的四个楔形榫互连件130。分别在歧管126及后盖36的四个侧中的每一者上提供一个楔形榫-腔对。
图3是核心组合件80的侧视立面图。核心组合件80包含支撑插座装置的大多数工作组件(包含图4A到4D中所展示的电路、感测变压器84及接地中性变压器85(未展示))的电路板82。线接触臂94、96通过变压器84、85，其中绝缘分离器98在所述变压器之间。线接触臂94、96是悬臂式的，其相应远端承载相位线触点102及中性线触点104。负载接触臂98、100也是悬臂式的，其中其相应远端承载相位负载触点101及中性负载触点103。悬臂式接触臂的弹性使线触点102、104及负载触点101、103远离彼此偏置，因此在正常状况下使所述触点保持彼此电隔离。在其相应远端处或附近，负载接触臂98、100搁置在由绝缘(优选地热塑性)材料制成的可移动触点托架106上。
图4A到4D(下文中统称为图4)是与示范性实施例中的一或多者一致的GFCI插座装置的机电组件的示意性图式。根据这些实施例，可在如上文所描述的GFCI装置中采用图4中所展示的电路。图4的电路与上文所描述的示范性实施例的机械操作一致；然而，与这些实施例一致的GFCI装置不需要采用图4中所描绘的精确电路，且所属领域的一般技术人员在观看图4及/或检查下文所陈述的说明之后将能够修改电路的某些方面以实现类似总体结果。此类修改是预期的且据信在本文中所陈述的本发明的范围内。
图4中所展示的电路或其各种子电路可在各种电布线装置中实施。然而，在此处出于说明目的，图4的电路连同其在图1到3中所展示的GFCI插座装置中的使用而论述。
图4中所展示的电路包含用于电连接到AC电源(未展示)(例如，如在美国用于结合住宅及商业应用两者的电源电力的60赫兹、120伏特RMS电源)的相位线端子326及中性线端子328。还可修改图4的电路及驻存于所述电路的一或多个组件内的软件以同样适应其它电力递送系统。此类修改及其中将实施电路及软件的所得电路及布线装置是发明者所预期的且被认为在本文中所描述的本发明的精神及范围内。举例来说，使用不同电压及频率的电力递送系统在本发明的范围内。
参考图4，相位导体330及中性导体332分别连接到相位及中性线端子且各自通过感测变压器334及接地中性变压器336，所述变压器两者均为下文所描述的检测电路的一部分。通过实例的方式，相位及中性线端子对应于图1中的输入端子螺钉326、328，且相位线导体330及中性线导体332分别表示如上文关于图3所描述的线接触臂94、96。线导体330、332中的每一者使相应固定端连接到相位及中性线端子且各自包含相应可移动触点(例如，来自上文所描述的实施例的触点102、104)。面相位导体338及面中性导体340分别包含固定到其的电触点(未展示)。面导体电连接到相应面端子342、344且在所展示的实施例中与相应面端子342、344成一体，当电插座装置在使用中时来自负载装置(未展示)(例如电器)的插头叶片将电连接到相应面端子342、344。
根据此实施例的图4中所展示的电路还包含分别电连接到下游负载(未展示)(例如一或多个额外插座装置)的任选负载相位端子346及负载中性端子348。负载端子346、348分别连接到悬臂式负载导体277、278，悬臂式负载导体277、278中的每一者在其远端处包含可移动触点(图4中未展示)。负载触点安置于相应相位及中性线触点以及相位及中性面触点下面且与其同轴，使得当线导体朝向负载及面导体移动时，三组触点配合且电连接在一起。当装置处于此状况中时，其被称为“复位”或在复位状态中。
检测器电路
继续参考图4，检测器电路352包含变压器334、336以及GFCI集成电路装置(GFCIIC)350。根据本实施例，GFCI IC 350为众所周知的4141装置，例如由飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor Corporation)制成的RV4141装置。在图4的电路中可替代4141而潜在地使用其它GFCI IC装置且此修改在本文中所揭示的方法及装置的精神及范围内。
GFCI IC装置350从各种其它电路组件(包含变压器334、336)接收电信号，且检测一或多个类型的故障，例如真实接地故障、模拟接地故障或自测试接地故障以及真实或模拟的接地中性故障。举例来说，当发生线导体330、332之间的充足电流不平衡时，净电流流动穿过变压器334、336，此致使磁通量至少围绕变压器334而形成。此磁通量导致在缠绕在感测变压器334上的导体333上感应到电流。导体333的相应端分别在输入端口V-REF及VFB处连接到GFCI IC装置350的感测放大器的正及负输入。导体333上的所感应电流导致GFCIIC 350的感测放大器的输入处的电压差。当GFCI IC 350的感测放大器的输入处的电压差超过预定阈值时，在GFCI IC 350的一或多个输出端口(例如SCR触发信号输出端口(SCR_OUT))处产生检测信号。由连接于运算放大器输出(OP_OUT)与感测放大器的正输入(VFB)之间的有效电阻确定GFCI IC 350所使用的阈值。
线导体330、332上的电流不平衡通常由真实接地故障、模拟接地故障或自测试接地故障产生。当测试开关354(图4B)闭合(在用户按压TEST按钮28(图1)时发生此情况)时产生模拟接地故障。如下文进一步详细地描述，当自动监测电路370(图4D)起始包含在独立导体356(图4A)上产生电流的自动监测测试序列时发生自测试故障。
根据本实施例，当测试开关354闭合时，在线导体330、332及负载导体338、340中流动的一些电流从相位面导体338(及当装置处于复位状态中时为相负载导体277)围绕感测变压器334且穿过电阻器358转移到中性线导体332。通过以此方式使一些电流穿过电阻器358转移，形成流动穿过导体330的电流与沿相反方向流动穿过导体332的电流中的不平衡。当电流不平衡(即，流动穿过通过感测变压器的导体的净电流)超过阈值(例如4到5毫安培)时，由检测器电路352检测此模拟的接地故障且激活GFCI IC 350的SCR驱动输出(SCR_OUT)。
当激活GFCI IC 350的SCR驱动输出时，SCR3 360的栅极被接通，从而允许电流从相位线导体330流动穿过二极管359、电阻器网络R15、R3、R19及SCR3 360。流动穿过SCR3360的电流在SCR1 361及SCR2 369的栅极处产生电压且接通SCR1 361及SCR2 369的栅极。当SCR1 361被接通时，电流从相位线导体330流动穿过双线圈螺线管362的次级线圈363、熔断器365、二极管367及SCR1 361。此外，当SCR2 369被接通时，电流从相位线导体330流动穿过双线圈螺线管362的初级线圈364、熔断器372、二极管374及SCR2 369。流动穿过线圈363、364中的每一者的电流产生使螺线管362内的衔铁移动的磁场。
当螺线管衔铁移动时，其将为中断装置315的一部分的触点托架(例如，图3中的106)解除闩锁，且托架在线导体330、332的自然偏置下(也就是说，远离面导体338、340及负载导体277、278)掉落。装置现在由于成功手动产生的模拟的故障测试序列而被称为“跳闸”，且装置将不递送电力到负载直到将其复位(即，通过按压RESET按钮)为止。从瞬时开关354闭合直到装置跳闸且电流不再从相位线导体330流动到面及负载导体中的任一者以及穿过螺线管线圈363、364为止所花费的时间是短的使得熔断器365、372保持完整。
根据本实施例，GFCI IC 350为常规4141芯片。类似于大多数常规GFCI装置，当由变压器线圈334、336中的任一者检测到跳闸阈值时，由4141芯片产生触发信号以激活SCR，即，触发信号使SCR接通使得其传导穿过螺线管线圈的电流。根据此及其它实施例的装置的一方面利用以经增强磁场激活螺线管柱塞的并联的双线圈，且因此将比由具有单个线圈的标准螺线管将递送的力大的力递送到柱塞。
参考图5及6，根据至少一个示范性实施例的双线圈螺线管包含其中具有空心中心及金属衔铁或柱塞1105的绕线管1100。图5中所展示的不具有绕线管的螺线管600图解说明相应线圈或绕组的开始及结束。如所展示，螺线管600包含具有开始端及远离开始端的终止端的初级绕组602。初级绕组602在所述初级绕组被电激励时赋予第一磁力。螺线管600还包含缠绕在初级绕组602的顶部上的具有开始端及远离开始端的终止端的次级绕组604。次级绕组604在所述次级绕组被电激励时赋予第二磁力。当同时激励初级绕组及次级绕组时，在柱塞上赋予第三磁力。
在同时激励第一线圈及第二线圈两者时产生的第三磁力显著大于第一磁力与第二磁力的组合。根据至少一个实施例，举例来说，参考图6，双线圈螺线管缠绕在绕线管1100上。次级绕组1104包括直接缠绕在初级绕组1102的顶部上的950匝的33AWG导线，初级绕组1102包括800匝的35AWG导线。如所展示，两个绕组均缠绕在绕线管1100上，绕线管1100包含安置于所述绕线管的空心腔内的圆柱形柱塞1105。
当测试与上文所描述的螺线管一致的螺线管时，产生5.5lbs的经组合磁力。具体来说，当仅激励初级绕组1102时，在柱塞1105上产生2.5lbs的力，且当仅激励次级绕组1104时，在柱塞1105上产生1.4lbs的力。然而，当共同(即，同时)激励初级绕组及次级绕组两者时，在柱塞1105上赋予总的5.5lbs的力，其相比仅两个独立力的组合(即，和)是所递送力的大约42％的改进。因此，可能以比在采用单个绕组螺线管时或在采用冗余线圈设计且仅在任何给定时间激励一个或另一绕组时以其它方式可用的力大的力驱动柱塞/衔铁。增加柱塞上的所递送磁力在(举例来说)已将触点焊接在一起时提供例如断开触点的较高概率的优点。与本发明一致的螺线管600及其其它各种配置的其它细节可发现于序列号为13/422,797的同在申请中的美国专利申请案中，所述美国专利申请案的全部内容通过引用方式并入本文中。
关于上文实施例，已进一步观察到，可在某些操作状况下在柱塞1105上实现甚至更强经组合磁力，举例来说，已观察到高达12lbs的磁力。举例来说，如本发明内数个其它地方所论述，在GFCI装置的正常操作期间，由GFCI IC装置350(图4)激活螺线管以驱动柱塞使得中断器机械地跳闸，因此将装置的电触点分离。然而，如果在装置内发生故障(例如SCR3形成断开电路)，那么GFCI IC装置350将不能够(举例来说)通过驱动SCR3的栅极而激活螺线管。
根据本实施例以及其它实施例，可编程装置301检测到此状况且独立地驱动相应SCR(例如，图4中的SCR1及SCR2)。如果装置在可编程装置301第一次驱动SCR时未跳闸，那么(例如)通过弹簧或某一其它力使螺线管中的柱塞偏置回到其在螺线管内的原始、静态位置。由于由可编程装置301提供的驱动信号的时序(如受其驻存软件控制)，在柱塞沿此相反方向偏置且沿与螺线管的磁力相反的方向运动的精确时间提供后续驱动信号。因此，在柱塞上赋予比从柱塞的静态位置致动柱塞时大得多的磁力。举例来说，如所提及，在这些状况下已测量到大约12lbs的磁力。虽然此状况为故障状况且将不会在装置正常地操作时发生，但其提供其中(例如)在触点已被焊接或以其它方式不能够分离的情况下以甚至更强力将触点驱动为断开的情况。根据此实施例，可编程装置350检测到此情况作为寿命结束(EOL)状况，且(举例来说)通过激活图4中的PCB 390而激活声音及视觉指示中的一或多者。
然而，在如上文所论述的GFCI检测电路中使用两个并联螺线管线圈需要额外设计考虑。举例来说，以由4141芯片产生的单个触发信号驱动两个独立SCR并非理想的。具体来说，在4141芯片起动触发信号时的时间期间，每一SCR产生固有反馈。因此，同时驱动两个SCR装置产生可能损坏4141芯片的经组合反馈。再次参考图4，为避免此潜在损坏反馈问题，根据本发明的实施例的GFCI装置在上文所描述的实施例中包含第三SCR(例如，SCR3 360)。第三SCR阻挡来自上文实施例中的两个线圈驱动SCR(例如，SCR1 361及SCR2 369)的反馈到达4141芯片触发信号输出端口，例如，SCR_OUT。
因此，通过在GFCI IC装置与线圈驱动SCR之间包含第三SCR，满足了GFCI IC装置的设计要求且可同时驱动两个线圈。与常规GFCI装置相比，与示范性实施例一致的装置的另一优点是可执行线圈驱动SCR的单独独立起动。特定来说，来自微控制器的栅极信号在某些预定状况下驱动两个线圈驱动SCR，同时阻挡由4141芯片产生的触发信号干扰所述栅极信号。可编程装置301的I/O端口GP2可经编程以激活SCR1 361及SCR2 369的相应栅极。当这两个SCR起动且传导电流时，第三SCR(即，SCR3 360)阻挡来自SCR1 361及SCR2 369的任何反馈损坏GFCI IC装置350的SCR驱动端口(SCR_OUT)。
经由复位操作进行手动测试
参考图4，(例如)通过按压RESET按钮24(图1)而闭合复位开关300还起始测试操作。具体来说，当复位开关300闭合时，GFCI IC 350的电压供应输出VS通过导体308电连接到SCR 360的栅极，因此，接通SCR 360。当SCR 360被接通时，从线导体330汲取电流使其穿过二极管359及SCR 360且最终到达接地。类似于当如先前所论述通过按压TEST按钮而接通SCR 360时，通过按压RESET按钮而接通SCR 360导致SCR 361及SCR 369也被接通且电流流动穿过螺线管线圈363、364。流动穿过螺线管362的线圈363、364的电流在螺线管处产生磁场，且螺线管内的衔铁被致动且移动。在典型(例如，非测试)状况下，以此方式致动衔铁以使装置跳闸，例如当发生实际故障时。
然而，当复位开关300闭合时，装置可能已经处于跳闸状况中，即，线、面及负载导体的触点被电隔离。也就是说，在装置已跳闸之后通常按压RESET按钮以重新闩锁触点托架且使线、面及负载触点回到电接触中。如果在按压RESET按钮时螺线管362的衔铁未能起动(即，移动)，且在释放RESET按钮之后包含触点托架的复位机构未能在其返回时啮合复位柱塞，那么装置将不复位。因此，如果(举例来说)装置尚未布线到AC电力线，或其已经错布线(也就是说，装置已与未连接到线端子326、328的AC电力布线)，那么无电力施加到GFCI IC350。如果无电力施加到GFCI IC 350，那么通过GFCI IC 350的SCR输出或在按压RESET按钮时无法驱动SCR 360的栅极。在此状况下，装置将不能够复位。根据与本实施例一致的布线装置通过确保装置在跳闸状况中运送到用户而防止错布线状况。由于装置直到AC电力恰当地施加到线端子才能复位，因此防止错布线状况。
自动监测电路
继续参考图4中所展示的示范性电路示意图，自动监测电路370包含可编程装置301。可编程装置301可为可经编程以实施如下文详细阐释的自动监测例程的任何适合可编程装置，例如微处理器或微控制器。举例来说，根据图4中所展示的实施例，由来自ATtiny10系列的ATMELTM微控制器实施可编程装置301。还可由例如PIC10F204/206的微芯片微控制器实施可编程装置301。
根据一个示范性自动监测或自动自测试例程(根据图4中所展示的实施例)，微控制器301通过设定软件自动监测测试旗标而大约每三(3)秒起始自动监测例程。自动监测测试旗标起始电路中断装置内的自动监测例程且确认装置正恰当地操作或在某些情况下确定电路中断装置已达到其寿命结束(EOL)。当自动监测例程以正(即，成功)结果运行时，自动监测电路进入休眠状态直到微控制器301再次设定测试旗标且起始另一自动监测例程为止。
如果自动监测例程以负结果运行(例如，无法确定电路中断装置正恰当地起作用或确定其实际上未恰当地操作)，那么使故障计数器递增且微控制器301在由存储于装置内的存储器中的软件程序指示时起始另一自动监测例程。除使故障计数递增之外，还提供故障的暂时指示。举例来说，根据本实施例，当发生此故障时，微控制器301的I/O端口GP0经控制为输出且发光二极管(LED)376经控制为闪光(例如)一或多次，以向用户指示故障。如果故障计数器达到预定值(即，自动监测例程以负结果运行某一数目次，所述数目存储于软件中且在软件中实施)，那么自动监测例程调用寿命结束(EOL)序列。EOL序列包含以下功能中的一或多者：(a)通过使指示器灯连续地闪光或照明及/或产生可听见的声音而指示已达到EOL(举例来说)，(b)尝试使装置跳闸，(c)阻止使装置复位的尝试，(d)将EOL事件存储于非易失性存储器上(例如，如果存在电力故障)，及(e)在装置断电时清除EOL状况。
根据此实施例，当自动监测软件确定是时候运行自动监测例程(即，基于自动监测器定时器)时，在微控制器301的I/O端口GP1处接通刺激信号302。当刺激信号被接通时，电流流动穿过电阻器303且在晶体管304的基极处确立电压，从而接通晶体管。当晶体管304被接通时，电流从dc电压供应器378流动穿过电阻器305(其为(举例来说)3千欧姆电阻器)，且继续穿过电导体356及晶体管304到达接地。关于dc电压源378，根据本实施例，此电压源的值经设计为介于4.1与4.5伏特dc之间，但此电压供应器的值可为任何其它适合值，只要充分地考虑所使用的值以用于下文所描述的其它电路功能性即可。
根据此示范性实施例，电导体356为导线，但其还可为印刷电路板上的导电迹线。导体356在一端处连接到电阻器305，横越穿过感测变压器334且围绕变压器的芯循环大约十(10)次，并且在其另一端处连接到晶体管304的集电极。因此，当在微控制器301中设定软件自动监测测试旗标且接通晶体管304时，电流流动穿过导体356，导体356包括与相位线导体330及中性线导体332分离的独立导体，导体356还横越穿过感测变压器334的中心。
如果根据本实施例的电路中断装置正恰当地起作用，那么在电流流动穿过导体356且穿过感测变压器时，在感测变压器334处产生磁通量。通量在导体333上产生由包含GFCI IC装置350的检测电路352检测到的信号。根据此实施例，当装置350检测到在感测变压器334处形成的通量时，在装置350的I/O端口中的一者处(举例来说，在图4中标记为CAP的输出端口处)增加电压电平，因此增加导体306上的电压。
根据此实施例，电容器307连接在微控制器301的CAP I/O端口与接地之间。如此项技术中已知，将电容器直接附接在4141GFCI IC装置的CAP输出与接地之间导致从GFCI IC装置350输出的SCR触发信号(SCR_OUT)延迟预定时间周期。使触发信号延迟的时间量通常由电容器的值确定。然而，根据本实施例，电容器307不直接连接在CAP输出与接地之间。替代地，电容器307还经由包含与电阻器311(例如，3兆欧姆)串联的二极管310的电路路径连接到微控制器301的ADC I/O端口GP0，电阻器311与电阻器312(例如，1.5兆欧姆)一起完成分压器电路。在GFCI IC装置350的CAP输出处连接到电容器的此额外电路从延迟电容器耗用电流。
通过测量ADC I/O端口(GP0)处的信号的值且确认其高于某一电平，可确定检测电路352是否恰当地检测到在导体356上产生的自测试故障信号且可进一步确认GFCI IC装置350是否能够产生适当SCR触发信号。而且，为避免使装置在自测试自动监测故障期间跳闸，在于GFCI IC装置350的SCR_OUT处输出驱动信号之前测量电容器307处的电压且确认恰当自测试故障检测。
如果电容器307上的电流耗用太高，那么GFCI IC装置350不可恰当地操作。举例来说，如果从电容器307耗用低至3到4微安培(μA)的电流，那么(例如)根据UL要求不可准确地检测到还打算由GFCI IC装置350检测的接地中性状况，因为SCR触发信号(SCR_OUT)将不在必要时间量内起动。根据本实施例，耗用用于GFCI IC装置350的小于约1.3微安培或约5％的规定延迟电流以用于微控制器301的ADC I/O端口GP0。从电容器307的此小电流耗用对装置恰当地检测真实接地故障及/或真实接地中性故障的能力不具有影响。
根据此实施例，从电容器307汲取大约50毫微安培(nA)的电流。连接到微控制器301的ADC I/O端口GP0的并联电阻器311及312产生4.5兆欧姆(MΩ)耗用，此将从电容器307吸引的电流限制为1.0微安培的最大值。GFCI IC装置350使用大约40微安培的电流来产生SCR触发，但微控制器301在从SCR_OUT输出SCR触发信号之前仅需要大约50毫微安培来从电容器307读取SCR触发信号。因此，通过连同电阻器311及312以及二极管310的适当值选择一起选择电容器307的恰当值，可能维持来自GFCI IC装置350的SCR触发信号(SCR_OUT)的正确延迟且使用微控制器301中的ADC来测量ADC输入(GP0)处的信号以确定检测电路352是否已恰当地检测到导体356上的测试信号。
还应注意，在图4中所展示的实施例中，LED 376还连接到微控制器301的ADC I/O端口(GP0)。因此，LED 376是否导电将影响电容器307上的耗用以及SCR触发信号的延迟及微控制器301恰当地测量从GFCI IC装置350的CAP I/O端口输出的信号的能力。因此，关于图4中所展示的电路，选择LED 376使得其不接通且在微控制器301测量来自GFCI IC装置350的CAP输出的信号的时间期间开始导电。举例来说，选择LED 376使得其接通电压为约1.64伏特或更高，根据图4中所展示的电路，可在I/O端口GP0处测量所述接通电压。另外，为防止任何信号在正驱动LED 376时添加到电容器307，提供二极管310。
根据此实施例，包含二极管310及分压器311、312的电路路径连接到微控制器301的I/O端口GP0，I/O端口GP0用作到微控制器301内的模/数转换器(ADC)的输入。微控制器301的ADC测量由电容器307的充电动作确立的增加电压。当达到预定电压电平时，微控制器301关断自动监测刺激信号302，此又关断晶体管304，从而停止导体356上的电流流动及因此在感测变压器334处形成的通量。当发生此情况时，微控制器301确定：已成功地通过限定的自动监测事件，且如果当前计数大于零那么使自动监测故障计数器递减。
换句话说，根据此实施例，由微控制器301按预定调度重复自动监测例程。基于存储于微控制器301内的存储器中的软件程序，自动监测例程视期望在任何地方以从每几秒到每个月等方式运行。当起始例程时，以与将在已发生实际接地故障的情况下或在已手动产生模拟接地故障(例如，通过按压如上文所描述的TEST按钮)的情况下形成通量的方式类似的方式发生在感测变压器334处形成的通量。
然而，存在由自动监测例程产生的自动监测(自测试)故障与通过按压TEST按钮而产生的实际接地故障或模拟的故障之间的差异。当发生实际或模拟的接地故障时，应产生分别在相位导体330及中性导体332中流动的电流的差。也就是说，导体330上的电流应不同于导体332上的电流。由GFCI IC装置350检测到流动穿过感测变压器334的此差分电流，此驱动其SCR_OUT I/O端口上的信号以激活SCR 360的栅极且接通SCR 360。当SCR 360接通时，通过线圈363、364汲取电流，此致使中断装置315跳闸，从而致使触点托架掉落，此又致使线、面及负载触点彼此分离。因此，防止电流流动穿过相位导体330及中性导体332分别到达相位面端子342及中性面端子344以及相位负载端子346及中性负载端子348。
在比较中，当根据本发明执行自动监测例程时，无差分电流形成于相位导体330及中性导体332上且不使中断装置315跳闸。替代地，在自动监测例程期间，在感测变压器334处产生的通量为电流流动穿过与相位导体330及中性导体332电分离的导体356的结果。在导体356上产生的电流存在仅短暂时间周期，举例来说，小于由先前所论述的电容器307确立的延迟时间。
如果在微控制器301的ADC输入(GP0)的输入处确立的电压在自动监测例程期间在此预定时间周期内达到经编程阈值，那么确定检测电路352成功地检测到流动穿过感测变压器334的芯的电流且自动监测事件被认为已通过。因此，微控制器301确定包含GFCI IC装置350的检测电路352正恰当地工作。由于在自动监测例程期间流动穿过感测变压器334的电流经设计为在量值上基本上类似于在模拟的接地故障期间流动穿过变压器的差分电流，例如，4到6毫安培，因此确定检测电路352将能够检测到实际接地故障且将恰当驱动信号提供到SCR 360以使中断器315跳闸。
或者，自动监测电路370可确定自动监测例程出故障。举例来说，如果微控制器301的GP0处的ADC输入处的电压在自动监测例程期间达到给定电压所花费的时间比预定时间周期长，那么确定自动监测事件出故障。如果发生此情况，那么使自动监测故障计数装置递增且以可视方式或可听见方式指示故障。根据一个实施例，当发生自动监测事件故障时微控制器301的ADC端口(GP0)转换为输出端口，且经由I/O端口GP0将电压放在导体309上，I/O端口GP0由微控制器首先转换为输出端口。GP0处的此电压在导体309上产生流动穿过指示器LED 376及电阻器380到达接地的电流。随后，微控制器301的ADC I/O端口(GP0)往回转换为输入端口且保持准备发生下一经调度自动监测事件。
根据此实施例，当发生自动监测事件故障时，指示器LED 376仅照明当I/O端口转换为输出且在所述端口处产生输出电压时的时间周期；否则LED 376保持黑暗或未照明。因此，如果自动监测例程(举例来说)每三(3)秒地运行，且仅单次或零星地发生事件故障，那么事件可能变得被用户忽视。另一方面，如果定期地发生故障(如在永久地停用用于自动监测例程中的组件中的一或多者的情况下将成为的情形)，那么由微控制器301重复地接通指示器LED 376达10毫秒且关断指示器LED 376达100毫秒，因此吸引对装置的注意力且通知用户装置的关键功能性已被损害。导致自动监测例程出故障的状况包含以下各项中的一或多者：断开电路差分变压器、闭合电路差分变压器、无到GFCI IC的电力、断开电路螺线管、GFCI IC的SCR触发输出连续地为高及GFCI IC的SCR输出连续地为低。
根据又一实施例，如果自动监测故障计数装置达到预定极限(举例来说，一(1)分钟内七个(7)故障)，那么微控制器301确定装置不再安全且已达到其寿命结束(EOL)。如果发生此情况，那么激活视觉指示器以警告用户：电路中断装置已达到其使用寿命的结束。举例来说，当确定此EOL状态时，微控制器301的ADC I/O端口(GP0)转换为输出端口(类似于如上文所描述的记录单个故障时)，且经由GP0将信号周期性地置于导体309上，即，以使LED376以(举例来说)10毫秒接通及100毫秒关断的速率闪烁，或将信号连续地置于导体309上以使LED 376永久地照明。此时还停止自动监测例程。
除闪烁或连续地照明的LED 376之外，根据又一实施例当确定EOL时，还激活印刷电路板(PCB)390上的任选有声警报电路382。在此情况中，穿过LED 376的电流确立SCR 384的栅极上的电压使得根据来自微控制器301的GP0的输出信号连续地或间歇地接通SCR384。当SCR 384接通时，从相位线导体330汲取电流以激活有声警报器386(例如，蜂鸣器)，从而向装置的用户提供装置已达到其使用寿命的结束(即，EOL)的额外通知。举例来说，关于本实施例，有声警报电路382包含并联RC电路，并联RC电路包含电阻器387及电容器388。当从相位线导体330汲取电流时，电容器388以由电阻器387的值控制的速率充电及放电使得蜂鸣器386发出所要间歇警报的声音。
此实施例的又一方面包含可调光LED电路396。电路396包含晶体管398、LED 400、LED 402、光传感器404(例如，光电池)及电阻器406到408。当周围光(例如，在根据本实施例的电路中断装置附近的光量)变强时，光传感器404对周围光能级作出反应以将增加阻抗施加到晶体管398的基极以使LED随着周围光增加而变暗。或者，当周围光减少(例如，由于夜晚开始降临)时，流动穿过传感器404的电流因此增加。随着周围光能级降低，LED 400及402照明得越来越亮，因此在装置附近提供受控制的光能级。
图4中所展示的实施例的又一方面包含用于给微控制器301提供与装置是跳闸还是处于复位状况中有关的数据的机构。如图4中所展示，光电耦合器392连接于相位负载导体277及中性负载导体278与微控制器301的I/O端口(GP3)之间。微控制器301使用端口GP3处的信号(电压)的值来确定GFCI IC装置350是否供应有电力以及装置是跳闸还是处于复位状况中。当(例如)经由GFCI IC装置350的电压输入端口(LINE)给GFCI IC装置350供电(此发生在AC电力连接到线端子326、328时)时，在输出端口(VS)处产生电压。此电压跨越齐纳(zener)二极管394下降，提供齐纳二极管394以将供应到微控制器的电压维持在可接受电平内。连接于GFCI IC 350的相位线导体与电力供应输入端口(LINE)之间的二极管366、368确保供应到GFCI IC的电压电平及VS输出保持低于大约30伏特。跨越齐纳二极管394下降的电压信号连接到微控制器301的输入端口GP3。如果微控制器301未在GP3处测量到电压，那么确定GFCI IC装置350未供应电力且声明EOL。
或者，如果微控制器301在GP3处测量到电压，那么基于电压的值而确定装置是跳闸还是处于复位状态中。举例来说，根据图4中的电路，如果GP3处的电压经测量为介于3.2与4.0伏特之间，例如，介于76％的VCC与100％的VCC之间，那么确定面触点(342、344)及负载触点(346、348)处不存在电力，且因此，装置处于跳闸状态中。如果GP3处的电压介于2.4与2.9伏特之间，例如，介于51％的VCC与74％的VCC之间，那么确定面触点及负载触点处存在电力且装置处于复位状态中。
根据又一实施例，当确定EOL时，微控制器301尝试以如下方式中的一者或两者使中断装置315跳闸：(a)通过将第三导体356上的刺激信号维持成AC波的起动半循环，及/或(b)通过在微控制器301的EOL端口(GP2)处产生电压。当已声明EOL(例如，因为自动监测例程必需数目次地出故障及/或不从GFCI IC装置350的供应电压输出(VS)供应电力)时，微控制器301在EOL端口(GP2)处产生电压。当已声明EOL(例如，因为自动监测例程必需数目次地出故障及/或不从GFCI IC装置350的供应电压输出(VS)供应电力)时，微控制器301在EOL端口(GP2)处产生电压。任选地，微控制器301还可使用如上文所描述的GP3处的输入信号的值来进一步确定装置是否已处于跳闸状态中。举例来说，如果微控制器301确定装置跳闸，例如，负载及面触点未电连接到线触点，那么微控制器301可确定驱动SCR 369及/或SCR 361以尝试断开触点且使装置跳闸是不必要的，且因此不经由GP2驱动SCR 369及SCR 361。
GP2处的电压直接驱动SCR 369及/或SCR 361的栅极以接通SCR 369及/或SCR361，因此，使得其能够传导电流且激活螺线管362。更具体来说，当SCR 369及/或SCR 361被接通时，通过双线圈螺线管362的线圈364汲取电流。举例来说，双线圈螺线管362包含内部初级线圈364(其包括800匝、18欧姆、35AWG线圈)及外部次级线圈363(其包含950匝、16.9欧姆、33AWG线圈)。双线圈362的构造及功能性的其它细节可发现于与本发明让与相同的受让人的序列号为13/422,797的美国专利申请案中，所述美国专利申请案的全部内容通过引用所教示的所有内容而并入本文中。
如上文所描述，当经由自动监测例程确定检测电路352未成功地检测到接地故障(例如，其未检测到由电流在导体356中流动而产生的通量)或其未在此检测后即刻以其它方式在GFCI IC装置350的SCR_OUT输出端口处产生驱动信号以驱动SCR 360的栅极时，微控制器301确定EOL且尝试通过上文所提及的方法使中断装置315跳闸。具体来说，微控制器301尝试通过到SCR 369及SCR 361的备用路径GP2直接跳闸从而直接驱动初级线圈364。然而，在正常地运行自动监测例程时导体356上的信号与在确定EOL时产生的导体356上的信号之间存在至少一个差异。也就是说，在EOL状况下，GP2激励SCR 361及SCR 369两者被触发且线圈362及线圈363被激励，因此激活螺线管362及369以使中断装置315跳闸。
如果断开中断装置315，或如果中断装置315已经以其它方式断开，那么电力接通指示器电路321将关断。举例来说，在图4中所展示的实施例中，电力接通指示器电路321包含与电阻器323及二极管324串联的LED 322。LED 322的阴极连接到中性负载导体278且二极管324的阳极连接到相位负载导体277。因此，当电力在负载导体处可用(也就是说，装置被供电且处于复位状态中)时，在AC电力的每一交替半循环上通过电力接通电路汲取电流，因此使LED 322照明。另一方面，如果电力在负载导体277、278处不可用(举例来说，因为中断装置315断开或跳闸)或者使装置复位但不施加电力，那么LED 322将是黑暗的或未照明的。
下文提供和与本发明一致的自动监测功能性相关的额外实施例及其各方面以及已经描述的一些方面的进一步论述。
当正确地安装自测试GFCI装置时，本文中所论述的正弦AC波形连接到相位线端子326及中性线端子328。根据一个实施例，AC波形为包含两个半循环(正8.333毫秒半循环及负8.333毫秒半循环)的60Hz信号。所谓的“起动”半循环是指特定半循环(正或负)，在此期间到SCR 360的栅极触发信号导致SCR 361及SCR 369的相应栅极被驱动且对应相应螺线管线圈363、364传导电流，因此“起动”螺线管362且致使螺线管的衔铁位移。“非起动”半循环是指AC波形的交替半循环(即，负或正)，在此期间电流不流动穿过SCR或其相应螺线管线圈，而不管是否触发SCR栅极。根据本实施例，由二极管或与相应螺线管线圈串联放置的某一其它开关装置确定正半循环还是负半循环为起动半循环。举例来说，在图4中，二极管359、374及367分别经配置使得正半循环为关于SCR 360、369及361的“起动”半循环。
根据与一或多个实施例一致的电路中断装置的又一方面，微控制器301任选地监测到装置的AC电力输入。举例来说，监测电连接到相位线端子326及中性线端子328的60HzAC输入。
更特定来说，全60Hz AC循环花费大约16.333毫秒来完成。因此，为监测及确认AC波形的接收及稳定，实施微控制器301内的定时器/计数器。举例来说，在三(3)秒自动监测窗内，每毫秒对60Hz输入信号取样一次以识别前沿，即，其中信号从负值变为正值。当检测到前沿时，将旗标设定于软件中且使计数递增。当完成三(3)秒测试周期时，将计数结果除以180以确定频率是否在规定范围内。举例来说，如果频率稳定在60Hz，那么除以180的结果将为1.0，因为在三(3)秒内存在180个正沿及180个循环对于60Hz信号是值得的。如果频率经确定为不在给定范围(举例来说，50到70Hz)内，那么停止自动监测自测试故障测试，但继续GP3的监测。因此，当根据本发明的电路中断装置连接到可变电源(例如，便携式产生器)时避免过早或错误电力故障确定，且电源在启动时展现较低频率且在实现优化频率(例如，60Hz)之前需要稳定周期。
如果频率不稳定在优化频率，或至少不在可接受范围内，那么延迟自动监测例程的起始直到使频率稳定为止。如果频率在预定时间内未实现优化频率或可接受范围内的频率，那么使故障计数装置递增。类似于先前关于自动监测例程所论述的故障计数装置，如果计数装置达到给定阈值，那么微控制器301声明EOL。
如上文所描述，根据至少一个示范性实施例，在微控制器中实施可编程装置301。由于一些微控制器根据又一实施例包含(例如)用于在断电的事件中存储各种数据等的非易失性存储器，因此在装置的通电后即刻清除非易失性存储器内的所有事件、定时器、计数装置及/或状态。因此，如果故障计数装置或其它状况由关于电路中断装置自身的不恰当装置安装、不充分或不恰当电力或者某一其它非致命状况导致，那么在计数装置递增事件可不再存在时在通电时将故障计数装置复位。根据本发明的避免此潜在问题的另一方式为：利用不包含非易失性存储器的可编程装置。
尽管已选择各种实施例来图解说明本文中所揭示的方法及装置，但所属领域的技术人员将理解，可做出其它修改，此并不背离如由所附权利要求书所界定的本发明的范围。

Claims (15)

1.一种电路中断装置，其包括：
一或多个线导体，其用于电连接到外部电力供应器；
一或多个负载导体，其用于电连接到外部负载；及
电流中断器，其在所述电路中断装置处于跳闸状况中时将所述线导体与所述负载导体断开连接，且在所述电路中断装置处于复位状况中时允许将所述线导体与所述负载导体电连接，所述电流中断器包含螺线管，所述螺线管至少具有：第一绕组，其在所述第一绕组被电激励时在衔铁上产生相应第一磁力；及第二绕组，其在所述第二绕组被电激励时在所述衔铁上产生相应第二磁力，
其中当所述第一及第二绕组两者同时被电激励时，会在所述衔铁上产生在量值上大于所述第一与第二磁力的和的第三磁力；
第一开关装置，其在所述第一开关装置被激活时电激励所述第一绕组；及
第二开关装置，其在所述第二开关装置被激活时电激励所述第二绕组；
其中所述螺线管包含柱塞，且当所述柱塞在沿与所述第三磁力相反的方向运动时，所述柱塞被赋予所述第三磁力以在触点不能够分离的情况下将所述触点驱动为断开。
2.根据权利要求1所述的电路中断装置，其进一步包括：
感测变压器，所述线导体及所述负载导体通过所述感测变压器，所述感测变压器产生指示在所述线导体上流动的电流与在所述负载导体上流动的电流之间的差的次级电流信号；
GFCI装置，其接收所述次级电流信号且在所述次级电流信号超过预定阈值的情况下产生开关控制信号；及
第三开关装置，其从所述GFCI装置接收所述开关控制信号且在所述次级电流信号超过所述预定阈值时电激活所述第一及第二开关装置。
3.根据权利要求2所述的电路中断装置，其中所述第三开关装置阻挡由所述第一及第二开关装置中的一或多者产生的一或多个反馈信号。
4.根据权利要求1所述的电路中断装置，其进一步包括：
故障检测电路，其检测所述电路中断装置中的故障状况且在检测到所述故障状况时产生故障检测信号，其中将所述故障检测信号提供到所述电流中断器以将所述电路中断装置置于所述跳闸状况中；及
自动监测电路，其电耦合到所述故障检测电路及所述电流中断器且连续地监测一或多个信号以确定所述电路中断装置的操作状态。
5.根据权利要求4所述的电路中断装置，其中所述所监测信号中的至少一者包含第一自动监测输入信号，所述第一自动监测输入信号的值至少部分地由所述故障检测电路所产生的预触发信号的值确定，其中所述预触发信号不激活所述电流中断器以将所述电路中断装置置于所述跳闸状况中。
6.根据权利要求5所述的电路中断装置，其中所述故障检测电路包含GFCI装置，所述GFCI装置检测从所述线导体流动到所述负载导体的净电流且在所述净电流超过预定阈值时产生所述预触发信号。
7.根据权利要求6所述的电路中断装置，其中在所述净电流超过所述预定阈值达预定时间量时，所述GFCI装置产生触发信号以激活所述电流中断器以将所述电路中断装置置于所述跳闸状况中。
8.一种布线装置，其包括：
端子，其经配置以接收电力；
双线圈螺线管，其具有第一及第二绕组和柱塞；
故障检测电路，其经配置以检测所述布线装置中的一或多个故障状况且在所述故障状况满足预定准则时产生触发信号，其中所述一或多个故障状况包含自测试故障状况；
可编程电路装置，其经编程以执行产生自测试故障信号的自动监测例程，其中所述自测试故障信号产生所述布线装置中的所述自测试故障状况；
第一开关装置，其经激活以通过从所述故障检测电路接收的所述触发信号来传导电流；
第二开关装置，其在所述第一开关装置传导电流时被激活；及
第三开关装置，其在所述第一开关装置传导电流时被激活，其中所述第一开关装置将所述第二及第三开关装置与所述故障检测电路电隔离；
其中所述第一绕组在电流流动穿过所述第一绕组时产生第一磁场，且所述第二绕组在电流流动穿过所述第二绕组时产生第二磁场；以及
其中当所述柱塞在沿与所述第一磁力及第二磁力相反的方向运动时，所述柱塞被赋予比从所述柱塞的静态位置致动所述柱塞时大得多的磁力，以在触点不能够分离的情况下将所述触点驱动为断开。
9.根据权利要求8所述的布线装置，其中所述第一、第二及第三开关装置中的至少一者是硅控整流器装置。
10.根据权利要求9所述的布线装置，其中所述故障检测电路包含4141GFCI芯片。
11.根据权利要求8所述的布线装置，其中所述故障检测电路包含可商购GFCI芯片，所述可商购GFCI芯片包含至少两个输入/输出I/O端口，其中所述I/O端口中的一者输出所述触发信号且所述I/O端口中的另一者输出预触发信号，且所述预触发信号是在产生所述触发信号之前产生的。
12.根据权利要求11所述的布线装置，其中所述预触发信号是在预触发导体上被递送到所述可编程电路装置。
13.根据权利要求12所述的布线装置，其进一步包括电连接在所述预触发导体与电接地之间的滤波电容器，其中所述滤波电容器的值经选择以在未检测到故障时消除噪声以防导致错误触发信号，且仍能够足够快速地充电使得在检测到故障时在标准UL-943要求的时间内将所述布线装置置于跳闸状况中。
14.一种电路中断装置，其包括：
一或多个线导体，其用于电连接到外部电力供应器；
一或多个负载导体，其用于电连接到外部负载；
中断装置，其连接到所述线导体及所述负载导体，且在所述电路中断装置处于复位状况中时将所述线导体电连接到所述负载导体，且在所述电路中断装置处于跳闸状况中时将所述线导体与所述负载导体断开连接；
故障检测电路，其检测所述电路中断装置中的故障状况且在检测到所述故障状况时产生故障检测信号，其中将所述故障检测信号提供到所述中断装置以将所述电路中断装置置于所述跳闸状况中；及
自动监测电路，其电耦合到所述故障检测电路及所述中断装置且连续地监测一或多个信号以确定所述电路中断装置的操作状态，
其中所述中断装置包含柱塞以及各自在单个衔铁装置上产生相应第一及第二磁力的第一及第二线圈，其中所述第一线圈电连接到第一开关，且所述第二线圈电连接到第二开关，其中第一开关和所述第二开关电连接到第三开关，所述第三开关连接到所述故障检测电路；
其中响应于所述第三开关接收到所述故障检测信号，所述第一开关和所述第二开关被激活；以及
其中当所述柱塞在沿与所述第一及第二磁力相反的方向运动时，所述柱塞被赋予比从所述柱塞的静态位置致动所述柱塞时大得多的磁力，以在触点不能够分离的情况下将所述触点驱动为断开。
15.根据权利要求14所述的电路中断装置，其中在所述第一及第二线圈两者同时被激活时会产生第三磁力，且所述第三磁力具有大于4.0lbs的量值。
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