CN106233553A - 接地故障检测器 - Google Patents

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Abstract

一种设备包括：中断电路，其在功率传递路径中；故障检测电路，其被配置成提供故障信号，以选择性造成中断电路中断功率传递，其中，故障检测电路包括故障检测集成电路和感测线圈，感测线圈被配置成感测功率传递路径中的相导电路径和中性导电路径之间的差分电流。处理器被配置成选择性地控制故障模拟电路以模拟功率传递路径中的故障，检测故障检测电路对模拟故障的响应，并且确定故障检测电路的响应是否是预期响应。处理器向中断电路提供覆盖信号，以防止中断电路在模拟故障期间和模拟故障之后的预定时间内从故障检测电路接收故障信号。

Description

接地故障检测器
背景技术
诸如电源线监测器的线监测器的种类包括接地故障电路中断器(GFCI)。为了在美国进行商业销售，GFCI应该优选地能够通过按照保险商实验室(UL)标准执行的测试。例如，UL标准UL948除其它以外需要：如果与电导体中的一个相关的故障电流大小(诸如，从一个或多个电导体通向地的漏电流)超过指定阈值，则在一定量时间内中断电力，并且如果故障电流低于另一个指定阈值，则不中断电力。需要用新技术来满足日益严格的标准。
发明内容
一种实施例是一种设备，该设备包括：中断电路，其电连接在功率传递路径中，所述功率传递路径包括相导电路径和中性导电路径；故障检测电路，其耦接到所述中断电路并且被配置成提供故障信号以选择性地使所述中断电路中断所述相导电路径和所述中性导电路径中的至少一个中的功率传递，其中，所述故障检测电路包括感测线圈，所述感测线圈被配置成感测所述相导体路径和所述中性导体路径之间的差分电流，并且还包括将所述差分电流与阈值进行比较的比较器型故障检测集成电路。所述设备还包括：故障模拟电路；以及处理器，其耦接到所述故障模拟电路和所述故障检测电路。所述处理器被配置成选择性地控制所述故障模拟电路以模拟所述功率传递路径中的故障；检测所述故障检测电路对所模拟的故障的响应；以及确定所述故障检测电路的响应是否是预期的响应。所述处理器向所述中断电路提供覆盖信号，以防止所述中断电路在所模拟的故障期间和所模拟的故障之后的预定时间内从所述故障检测电路接收故障信号。
可以从所述线侧导体向所述处理器供电。在一些实施例中，所述处理器可被配置成：接收所述故障检测电路已经提供所述故障信号的指示；接收重置按钮已经被推动的指示；启动包括故障模拟的自测试；以及如果所述自测试通过，则向电子开关组件提供释放信号来解锁，由此允许所述中断电路消除功率传递的中断；以及如果所述自测试没有通过，则防止所述中断电路消除功率传递的中断。
所述设备还可以包括可控硅整流器(SCR)，其中，通过响应于接收到的故障信号将所述SCR锁定于导电状态来中断功率传递，并且其中，用整流后的功率信号或交流电源线向所述SCR供电，使得所述SCR可仅仅在一个功率半周期期间进行锁定。所述处理器被配置用于这个实现方式，以：接收手动重置按钮已经被推动的指示，并且启动包括在相反极性的两个功率半周期中进行自测试的自测试，以确保所述SCR将响应于在所述两个功率半周期中的一个中进行自测试期间接收到的故障信号进行锁定。
所述设备还可以包括整流器，其中，所述处理器被配置成在启动故障模拟之前，确定所述整流器的输出的幅度的过零点的比率，以识别所述整流器中的组件的失效，并且如果检测到所述整流器中的组件的失效，则所述处理器不启动故障模拟。
一个实施例是一种设备，所述设备包括：中断电路，其电连接在功率传递路径中，所述功率传递路径包括相导电路径和中性导电路径；故障检测电路，其耦接到所述中断电路并且被配置成在检测到所述功率传递路径中的故障时提供故障信号。所述设备还包括：故障模拟电路，其选择性地使所述相导电路径和所述中性导电路径之间的电流不平衡；以及处理器，其耦接到所述故障模拟电路和所述故障检测电路。所述处理器被配置成：选择性地控制所述故障模拟电路，以造成在第一功率半周期期间的第一电流不平衡(诸如将来自所述相导电路径和所述中性导电路径中的一个的一定量电流转向)，以模拟故障，并且检测所述故障检测电路对所模拟的故障的响应。
所述处理器可选择性地控制所述故障模拟电路，以使所述第一电流不平衡(诸如通过将电流量转向)开始于所述第一功率半周期开始之后的预定时间处。所述处理器可选择性地控制所述故障模拟电路，以造成第二功率半周期期间在所述相导电路径和所述中性导电路径之间的第二电流不平衡。所述第一功率半周期和所述第二功率半周期可具有大致相反的极性。所述第一功率半周期的结束和所述第二功率半周期的开始可以在时间上相隔偶数数量的功率半周期。所述第一功率半周期可以随机地是正极性或负极性。处理器可以控制故障模拟电路，以在所述第一功率半周期的一部分期间形成第一电流不平衡并且造成所述第二功率半周期的一部分期间的第二电流不平衡，每个部分开始于在相应的半周期开始之后的几毫秒。
一个实施例是一种设备，所述设备包括：中断电路，其电连接在功率传递路径中，所述功率传递路径包括相导电路径和中性导电路径；故障检测电路，其耦接到所述中断电路并且被配置成提供故障信号，以选择性地使所述中断电路中断所述相导电路径和所述中性导电路径中的至少一个中的功率传递。所述设备还包括：故障模拟电路；以及处理器，其耦接到所述故障模拟电路和所述故障检测电路。所述处理器选择性地控制所述故障模拟电路，以模拟所述功率传递路径中的故障并且检测所述故障检测电路对所模拟的故障的响应。所述设备的功率电路包括螺线管线圈、整流器和与所述螺线管线圈并联的第一电阻器，其中，借助所述螺线管线圈和所述整流器通过所述功率传递路径的线侧向所述处理器和所述故障检测电路供电，并且所述电阻器被确定尺寸，使得如果所述螺线管线圈受损，则所述电阻器将不允许有足够功率用于所述处理器和所述故障检测电路的正确操作。
所述设备可以包括：触发电路；以及第二电阻器，其设置在所述故障检测电路和所述触发电路之间，其中，所述处理器还被配置成监测模拟故障期间所述第二电阻器两端的电压，并且通过所述电压的幅度来确定所述第二电阻器的电阻值是否在可接受的范围内。
一个实施例是一种设备，所述设备包括：连接装置(优选地，开关器件)，其将线侧导体电连接到负载侧导体；故障检测电路，其用于检测与所述负载侧导体相关的故障；以及处理器，其启动和控制负载侧导体故障的模拟并且确定所述故障检测电路是否检测到所得的所模拟的故障。所述故障检测电路包括：感测线圈，其被配置成感测两个线侧导体之间的差分电流；以及比较器型故障检测集成电路，其将所述差分电流与阈值进行比较。可以从线侧导体向处理器供电。处理器可以测试故障检测电路的组件以进行正确操作。
所述设备还可以包括螺线管线圈、整流器和与所述螺线管线圈并联的第一电阻器，其中，借助所述螺线管线圈和所述整流器通过所述线侧导体向所述处理器和所述故障检测电路供电，并且所述电阻器被确定尺寸，使得如果所述螺线管线圈受损，则所述电阻器将不允许有足够功率用于所述处理器和所述故障检测电路二者的正确操作。
所述设备还可以包括：触发电路，其使所述连接装置将所述线侧导体与所述负载侧导体电断开。可以在所述故障检测电路和所述触发电路之间设置电阻器；所述处理器监测模拟故障期间的所述第二电阻器两端的电压并且通过所述电压的幅度来确定所述电阻器的电阻的值是否在可接受的范围内。所述触发电路可以包括电子开关组件，并且当所述电子开关组件从所述故障检测电路或所述处理器接收到故障信号时，所述电子组件启动并且锁定，所述启动使所述连接装置将所述线侧导体与所述负载侧导体电断开。所述处理器可以向所述电子开关组件提供覆盖信号，以防止所述电子开关组件在故障模拟期间和故障模拟之后的预定时间内从故障检测电路接收故障信号。重置按钮可在电子开关组件启动和锁定之后变成可操作的，由此使连接装置将线侧导体与负载侧导体电断开，使得当处理器接收到重置按钮已经被推动的指示时，处理器启动了包括故障模拟的自测试。
所述设备还可以包括整流器，并且所述处理器在启动故障模拟之前，确定所述整流器的输出的幅度的过零点的比率，以识别所述整流器中的组件的失效，并且如果检测到整流器中的组件的失效，则处理器不启动故障模拟。
所述设备还可以包括视觉指示器，其中，所述视觉指示器在所述负载侧导体上存在功率时是第一颜色，并且变成第二颜色，以指示所述设备的不正确操作或与所述负载侧导体相关的故障。所述视觉指示器可以是多色发光二极管。所述视觉指示器可以是光管的输出，所述设备可以包括：第一发光二极管(LED)，其由所述负载侧导体供电并且发射所述第一颜色；以及第二LED，其由所述线侧导体供电并且受所述处理器控制，所述第二LED发射第三颜色；所述光管被配置成提供来自所述第一LED和所述第二LED的光的组合作为所述视觉指示器，并且所述第二颜色由所述第一颜色和所述第三颜色的组合来提供。
所述处理器选择性地在两个线侧导体之间引入的电流不平衡(诸如在故障模拟期间通过控制电流从线侧导体转向)。所述处理器可以造成第一功率半周期的一部分期间的第一电流不平衡的引入并且随后造成第二功率半周期的一部分期间的第二电流不平衡的引入。所述第一功率半周期和所述第二功率半周期可以在时间上相隔至少一个功率半周期。所述第一功率半周期和所述第二功率半周期可具有大致相反的极性。例如，所述第一半周期的结束和所述第二半周期的开始之间的时间可以是大致0、2、4、或其他偶数个半周期。所述第一功率半周期可随机地为正极性或负极性。所述第一功率半周期的这部分和所述第二功率半周期的这部分可以各自开始于相应的半周期开始之后的几毫秒。
在一些实现方式中，所述设备还包括转向开关(例如，故障模拟开关)、第一二极管、第二二极管和电阻器。所述处理器通过控制转向开关来控制转向。所述第一二极管的阳极电连接到中性导体；所述第二二极管的阳极电连接到功率相导体；所述第一二极管和所述第二二极管的阴极电连接到电阻器的第一端；电阻器的第二端电连接到所述转向开关。
所述处理器可以基于定时器到期在选择时间处启动所述线侧导体故障的模拟。所述处理器可以在所述定时器到期时从低功率状态转变成高功率状态。所述定时器可以在所述处理器的内部或外部。所述定时器到期可以生成对处理器的中断。
所述设备还可以包括手动测试/重置输入机构。当手动重置输入机构接收到用于手动重置的请求时，所述处理器启动故障模拟。在处理器启动故障模拟之前或之后，处理器可以启动设备中的一个或多个组件的测试。
处理器可以在功率开始被提供到处理器时启动故障模拟。
所述设备可以包括感测线圈两端的箝位二极管(diode clamp)。
在一个实施例中，一种设备包括：中断电路，其电连接在功率传递路径中，所述功率传递路径包括相导电路径和中性导电路径。所述设备还包括SCR，SCR耦接到所述中断电路并且被配置成使所述中断电路中断所述相导电路径和所述中性导电路径中的至少一个中的功率传递。所述设备还包括故障检测电路，所述故障检测电路耦接到所述SCR并且被配置成向所述SCR提供第一触发信号，其中，所述故障检测电路包括被配置成感测所述相导电路径和所述中性导电路径之间的差分电流的感测线圈，以及将所述差分电流与阈值进行比较的比较器型故障检测集成电路。所述设备还包括：处理器，其耦接到所述故障检测电路和所述SCR，其中，所述处理器被配置成：识别所述故障检测电路何时提供所述第一触发信号；以及在随后的时间向所述SCR提供第二触发信号。所述处理器还可以被配置成确定所述SCR在接收到所述第一触发信号时是否能够使所述中断电路中断功率传递。
确定所述SCR是否能够使所述中断电路中断功率传递可以包括确定在提供所述第一触发信号的功率半周期期间所述SCR是否能够锁定。确定所述SCR是否能够使所述中断电路中断功率传递可以包括确定所述SCR的阳极处的电压是否超过阈值。确定所述SCR是否能够使所述中断电路中断功率传递可包括确定所述相导电路径的电压是否在正半周期或负半周期中。
所述处理器可以还被配置成监测至少一个电路的电压或电流，其中，确定所述SCR是否能够使所述中断电路中断功率传递包括确定受监测的电压或电流是否有改变。
所述随后的时间可以是向所述SCR提供所述第一触发信号的半周期之后所述相导电路径的相反极性半周期期间。
所述SCR可以通过同一电路接收所述第一触发信号和所述第二触发信号。可供选择地，所述SCR可通过不同电路接收所述第一触发信号和所述第二触发信号。
附图说明
根据下面结合附图进行的详细描述，其他特征将变得清楚。然而，要理解，附图是出于图示目的设计的，并不是对本发明界限的限制。在附图中，在这几个视图中，类似的附图标记指代类似的元件。
图1是根据本公开的GFCI的一个实施例的框图表示。
图2是根据本公开的GFCI的一个实施例的示意图。
图3是根据本公开的GFCI的另一个实施例的示意图。
图4示出光管的示例。
图5A至图5B是两个示例LED的光方向性示图。
图6示出包括光管的GFCI的一个实施例。
具体实施方式
图1是示出根据本公开中的教导的GFCI 100的一些特征的框图。图1是以举例方式仅仅出于讨论目的而呈现的，并且没有被解释为限制GFCI 100的结构和/或功能中可能存在的变型。将相对于图2和图3中的电路图来描述GFCI 100的实现方式的示例。其他实现方式对于本领域的技术人员而言将是清楚的，并且被涵盖在本公开中描述的构思内。
图1中的框总体上代表一个或多个电子或机电组件的功能，这些电子或机电组件包括模拟和/或数字电子组件，其中，数字组件可以包括执行软件和/或固件指令的处理组件。这些框相对于彼此的布置不一定代表GFCI 100内的对应组件的物理布置。图1中的框也并不意味任何必需的组件的物理划分。一个框的功能可以由另一个框的组件来执行。因此，框指示物理组件的功能，不一定指示物理实现方式。
包括图1中的箭头是为了指示专用于以可视方式辅助理解图1中的框的某种功能的方向性。然而，功能决不受所图示的方向性限制。
GFCI 100设置在功率传递的路径中，用于监测传递功率的电导体(在本文中被称为“导体”，并且包括相导体和中性导体)。监测导体的诸如接地故障(例如，导体中的另一个与地电势的完全或部分短路)和交叉导体故障(例如，两个或更多个导体之间的完全或部分短路)的负载侧故障。
线侧导体105/110横贯GFCI 100的一部分。负载侧导体115/120还横贯GFCI 100的一部分。在GFCI 100是端接电插座的情况下，负载侧导体115/120代表通向插座插头的布线，还代表插座插头和附接负载之间的布线。在GFCI 100是非端接插座的情况下，负载侧导体115/120另外代表下行布线，包括通向另外负载的布线。在一些实现方式中，GFCI 100可以不包括电插座，负载侧导体115/120代表下行布线，包括通向负载的布线。
GFCI 100包括向处理器150提供信号126的重置按钮125和可选地向处理器150提供信号131的测试按钮130。GFCI 100还包括受来自处理器150的一个或多个信号136控制的视觉/听觉指示器135。以下，将在使用重置按钮125、测试按钮130和视觉/听觉指示器135(连同它们各自的信号)的背景下描述它们。
故障检测电路140监测用于检测负载侧导体115/120的故障的线侧导体105/110。故障检测电路140可包括与线侧导体105/110中的一个或多个相邻或包围其的一个或多个线圈。通过分析一个或多个线圈中感生的电流，在故障检测电路140中检测负载侧导体115/120中的故障。例如，故障检测电路140可包括被设计成执行此分析的集成电路。当检测到故障时，故障检测电路140借助电路组件142(例如，电阻器)将信号141作为信号143提供到电子开关组件144，电子开关组件144控制单刀双掷机电开关组件145，单刀双掷机电开关组件145通过将负载侧导体115/120与线侧导体105/110断开进行响应。机电开关组件145随后保持机械断开，直到被手动释放。
通过线侧导体105/110向处理器150供电，从而允许即使在负载侧导体115/120与线侧导体105/110断开时，处理器150也发挥作用。在一个实施例中，通过线侧导体105/110为处理器150供电允许在启动或重置时在将负载侧导体115/120连接到线侧导体105/110之前，处理器150发挥作用，由此允许处理器150加电直至发挥作用状态，然后在可应用UL标准(诸如，UL948)所需的预定时间范围(例如，5秒)内启动并且控制GFCI 100自测试。
处理器150控制GFCI 100自测试，从而通过对线侧导体105/110中的一个或多个施加低阻抗并且以监测信号141的方式检测来自故障检测电路140的适宜响应，模拟负载侧故障。借助故障模拟器155引入模拟的负载侧故障。
故障模拟器155通过以使好像是在负载侧导体115/120中的至少一个上存在故障这样的方式启动电子或机电组件，响应于来自处理器150的信号152。例如，故障模拟器155可将来自线侧导体105/110的电流的一部分转向，以使不同的线侧导体105/110中的电流之间有差异。如果故障检测电路140在预定时间范围内检测到模拟故障并且作为响应将信号141断言(assert)，则处理器150识别到线侧导体105/110的自测试是成功的。然而，如果测试没有成功完成(诸如，如果故障检测电路140没有将信号141断言)，或者在预定时间帧内没有将信号141断言，则处理器150识别到自测试失败。为了防止由于故障检测电路140正确检测到模拟故障并且使机电开关组件145断开(即，通过将通向电子开关组件144的信号141断言)而导致在测试期间电力被中断，处理器150将信号151提供到电子开关组件144，以覆盖信号143。信号背景下的术语“断言”指示提供表明信号有效状态的适宜的电压、电流、频率(或其他信号性质)。在一个示例中，有效状态可以是低有效(例如，0-0.2V)或高有效(例如，0.8-1.0V)。
检测到自测试故障的结果是，处理器150可以遵循用于执行以下中的一个或多个的指令：存储自测试失败的指示(例如，将其存储在存储器器件中)、发送自测试失败的指示(例如，借助无线通信链路或借助与外部装置的电源线通信)、借助用于指示失败的信号136控制视觉/听觉指示器135、控制机电开关组件145将负载侧导体115/120与线侧导体105/110断开。自测试失败的指示可以包括发生的指示、失败的特定测试的指示、时间戳记、日期戳记、或其他信息中的一个或多个。
自测试可以包括一个或多个自测试事件。单个自测试事件包括处理器150将信号152断言以使故障模拟器155模拟故障，并且监测供故障检测电路140检测故障的信号141。可以控制自测试事件，以选择性通过半周期(在周期时间段的一定百分比之后，或在一定时间之后)在中途发生。自测试事件可以被定时成在线侧导体105/110中的功率幅度的过零点之间的半周期中发生。自测试事件可以被定时成在正半周期中或负半周期中发生。自测试事件可以被定时成在过零点之间发生，但对于极性而言是随机的，使得自测试事件在正或负半周期中随机地发生。在随机极性半周期中执行自测试的能力允许进行自测试事件所需的处理时间减少，因为不必等待电源线的特定极性。这种能力在初始启动时有利于满足一定时间内(例如，3秒内)进行自测试的UL标准需要。在进行自测试之间，处理器150可以进入低功率状态。低功率状态的示例包括等待、休眠和停止状态。在随机极性半周期中执行自测试的能力还允许处理器150更早进入低功率状态，因此消耗较少能量。
通过处理器150启动的自测试事件通常是领先于处理器150提供覆盖信号151以防止负载侧导体115/120与线侧导体105/110断开，并且可以在处理器150释放覆盖信号151之后进行。在将信号152释放到故障模拟器155以终止模拟故障之后，处理器150可在释放覆盖信号151之前短时间(例如，1ms、1-2ms、1-5ms、2-5ms、2ms、3ms、4ms、5ms等)延迟，以允许有时间进行系统稳定。在通过手动推动重置按钮125启动的自测试事件中，处理器150没有提供覆盖信号151。
在一些实施例中，自测试包括两个或更多个自测试事件。这两个或更多个自测试事件可以(但不一定)相隔一个或多个半周期。
在一个实现方式中，自测试包括在两个不同极性的半周期执行的两个自测试事件。这样有益于例如避免诸如在存在低电流故障但低于阈值(例如，标准需要没有因测得的小于或等于4mA的低电流故障而检测到故障)的情形中不正确检测故障或不正确自测试故障。举例来说，如果故障模拟器155所造成的正常差分电流是8mA并且在8mA和4mA为负的半周期中已经存在4mA故障(单独不应该被识别为特定标准下的故障)，则可测量小于故障检测阈值的差分电流，使得没有检测到模拟故障；因此，自测试将会失败。然而，在相反极性的半周期中，所施加的8mA模拟故障和现有的4mA故障为正，并且测得大于8mA(即，大于故障检测阈值)的差分电流，使得检测到模拟故障；因此，自测试将会通过。通常，如果只在特定极性半周期(无论它是单个半周期还是相同极性的多个半周期)期间执行了自测试，则错误结果可能接踵而至并且自测试将会不正确地失败或可能检测不到实际电源线故障。因此，相比于执行一个自测试事件，或者在相同极性的半周期中执行多个自测试事件，在两个(即，相反)极性半周期中执行自测试事件允许更准确地检测故障并且使自测试结果更准确。因此，在一些实施例中，自测试可包括第一自测试事件，并且如果在第一自测试事件中检测到故障，则可在相反极性的半周期中执行第二自测试事件，使得在确定子测试失败之前，还必须在相反极性的半周期中检测故障。
如所描述的不同极性的半周期的两个自测试事件可以在相邻的半周期或不相邻的半周期执行。例如，两个自测试事件可以在第一和第二半周期、第一和第四半周期、第一和第六半周期等执行。对于包括多个自测试事件的任何自测试而言，更一般地，可在相邻的半周期或不相邻的半周期中执行自测试事件(例如，相隔一个或多个半周期的自测试事件)。
在一些情况下，为了满足标准的需要，将自测试事件隔开可能是必须的。例如，如果包括两个或更多个自测试事件的自测试具有比用于检测故障的UL需要长的持续时间，则自测试事件可以相隔一个或多个半周期。在自测试事件之间，处理器150停止将信号151断言，由此允许当故障检测电路140检测到的实际故障导致电路140将信号141断言以将负载侧导体115/120与线侧导体105/110断开时，机电开关组件145作出反应。对于需要减少故障电流较高的实际故障的检测时间的特定UL规则而言，两个或更多个自测试事件内的这种自测试传播可以是有益的。
另外，在一直与线侧导体105/110的相导体同步地施加模拟故障电流(例如，自测试电流转向)的实现方式(例如，参见图2和图3的描述)中，如果自测试将被作为跨越两个或更多个半周期的一个自测试事件执行，则将会以相同方式影响各半周期的幅度。用于测量差分电流的变压器将会过滤出直流(DC)分量，因此相比于如果只在一个半周期期间施加模拟故障，自测试事件所造成的差分电流的均方根(RMS)幅度将会减小。将会需要增大模拟故障电流以增大差分RMS电流；然而，可以不在该标准下允许模拟故障电流的增大，因此，在一些实现方式中，可以有益的是使用多个自测试事件，各自测试事件仅仅在一个半周期内发生，而非跨越多个半周期进行单个自测试事件。
可通过监测线侧导体105/110上的幅度来检测过零点。例如，在一个实施例中，监测线侧导体105/110上的AC波形的整流形式，以检测整流后波形的过零点。可使用过零点识别何时执行线侧导体105/110自测试。例如，可能期望的是，在半周期内执行自测试，而相位没有改变(例如，在过零点)。在这种情况下，在检测到过零点之，启动自测试。可在半周期内的任何时间启动自测试。然而，如果期望自测试没有延续过零相变，则在半周期内启动自测试，使得自测试将在下一个过零点之前结束。
可使用过零点来确定可用于确定自测试事件开始时间的频率和相位。如果电源线的频率是已知且稳定的并且自测试的持续时间是已知的，则可基于过零点检测在未来时间排定自测试。
通过使用比较器型故障检测电路，可以有能力得知自测试的持续时间。之前GFCI设计使用积分器型故障检测电路，并且检测故障所需的时间量取决于故障的幅度-相比于相对小幅度的故障的积分，幅度大的故障的积分将会更快速地超过阈值。在比较器型故障检测电路中，幅度没有被积分，但直接与阈值相比时(或者在进行一些滤波之后)，使得大体更快地确定故障，并且使得自测试事件的持续时间大体是可预测的。
UL标准可以需要在一定时间内执行自测试。例如，需要可以是，在初始加电之后，必须每3个小时执行自测试。可以执行更频繁(诸如，每分钟、每15分钟、每半小时、每小时、每2小时、随机地至少每3小时、在发生事件时等等)的自测试。定时器可被编程成指示下一个自测试时间。在一个实现方式中，定时器被设置成周期性(例如，每小时)提供指示。在另一个实现方式中，定时器被设置成在未来的某个时间(例如，5分钟)提供一个指示，并且定时器在到期时被重置。当定时器到期时，处理器150可接收到期指示。例如，如果定时器在处理器150外部，则到期指示可以是定时器将处理器150的输入引脚断言，或者借助通信链路向处理器150发送消息。在一些实施例中，该指示可以使在处理器150执行指令时出现中断。在一些实施例中，当接收到指示时，处理器150可以处于低功率状态(可以是处理器150中可用的数种低功率状态中的一种)，并且该指示使处理器150升至更高功率状态(可以是数个低功率状态中的另一种)，以执行各种功能(诸如，启动自测试)。通过在自测试之间以低功率状态进行操作，GFCI 100节省了能量。
除了通过向线侧导体105/110施加模拟故障而执行的自测试事件之外，处理器150还可测试GFCI 100的一个或多个电子或机电组件。例如，可测试故障检测电路140、故障模拟器155和电源组件的组件以及其他。以下，相对于通过图2中的电路示意图所图示的实现方式提供一些示例。
可通过推动测试按钮130之后推动重置按钮125来手动地启动自测试，测试按钮130和重置按钮125二者都设置在GFCI外壳上。推动测试按钮130迫使机电开关组件145的触点被机械断开。机械断开被锁定，并且只有当推动随后释放重置按钮125时并且只有通过推动重置按钮125而启动的自测试通过，才被释放。当重置按钮125被推动时，处理器150接收信号126，进而通过将通向故障模拟器155的信号152断言并且监测来自故障检测电路140的信号141，启动如上所述的GFCI 100的自测试。如上所述，自测试可包括多个自测试事件。在一些实施例中，提供覆盖信号151可领先于手动启动的自测试或自测试事件，并且释放覆盖可在自测试或自测试事件之后(带有可选延迟)，如以上针对非手动启动自测试描述的。然而，可在手动启动自测试期间制止覆盖信号151，使得真实故障(未模拟)保持机电开关组件145的触点断开，并且使得成功的手动启动自测试允许当重置按钮125被释放时机电开关组件145的触点闭合。
因此，随着处理器150启动自测试，使用相同的故障模拟器155和故障检测电路140，以相同的方式执行手动启动的自测试。手动启动的测试还可包括测试GFCI中的各种组件，如以上讨论的。在一些实现方式中，可以在任何时间按压手动测试按钮130。在其他实现方式中，可以用防止其他时间推动手动按钮的机械机构，仅仅在负载侧导体115/120和线侧导体105/110断开时，或者可供选择地，仅仅在负载侧导体115/120和线侧导体105/110连接时，才可以按下手动测试按钮130。
重置按钮125可以装配防止在负载侧导体115/120和线侧导体105/110连接时推动手动按钮的机械机构。在这种情况下，仅仅在负载侧导体115/120和线侧导体105/110断开时，处理器150才接收重置按钮125的信号126。
GFCI 100包括当在线侧导体105/110检测到故障时或者当自测试失败时提供警告的视觉和/或视觉/听觉指示器135。例如，视觉/听觉指示器135可包括一个或多个灯(包括发光二极管(LED))、扬声器、振动器、显示器、或其他视觉/听觉指示器、或视觉/听觉指示器的组合。
可以有益的是，在负载侧导体115和120的触点之间(例如，在负载相位和中心触点之间)连接LED。当GFCI 100被正确连线时，这个LED指示负载触点(端子)处存在功率。但是，当GFCI 100被误连线使得负载侧触点被连线到线侧导体105/110并且线侧触点连线到负载侧导体115/120时，LED可通过无法点亮或者通过当GFCI 100处于跳脱状态时保持点亮来指示误连线。
还可以有益的是，用受处理器150控制的LED指示自测试失败进而指示使用GFCI100可能有危险时的可能状况。
在一些实施例中，视觉/听觉指示器135提供绿色LED负载侧功率指示器和红色LED失效指示器。然而，同时看到绿色和红色LED二者会让用户感到困惑。为了避免困惑，当红色失效LED点亮时，绿色功率LED可以熄灭，但这需要线和负载侧之间隔离(GFCI 100应该提供当被跳脱(trip)时线和负载之间有大约2000V的电介质隔离)(诸如，添加机械或光电隔离)，从而增加了GFCI 100的成本并且降低了其可靠性。为了避免这些混乱，可使用光管来混合绿色和红色LED颜色。因此，当红色失效指示器LED熄灭时，用户看到绿色，而当红色失效指示器LED点亮时，更强的红光盖过绿光，用户看到红色。这种方法不需要用额外组件进行隔离。
图4示出视觉指示器400的实施例的示例，在视觉指示器400中，使用光管410将来自LED 420和LED 430的光向着光管410的用户可视部分440引导。来自LED 420和LED 430的光被光管的几何形状以一定角度引导，如分别用虚线425和实线435所指示的。根据光管410的底表面450的形状和/或光管410的内表面的形状来引导光。底表面450可以是例如凸或凹透镜，光管410的底表面450或其他部分可包括小平面表面、衍射元件、棱镜元件或其他光学元件。引导光提供了来自这两个LED 420和430的光的波长的混合，从而避免当两个LED 420和430被启用时在用户可视部分440处有单个颜色的“热”斑。图4中示出的光管是以举例方式提供的，而非限制。许多其他光管形状和LED/光管配置也可能在本公开的范围内。
图5A至图5B示出以举例方式分别针对红色LED和绿色LED的相对强度与辐射角度，表明了光的最大强度处于LED的中心。可以优选地在用户可见部分440处呈现出不足最大强度。针对图4的示例示出的光引导将来自LED 420和430中心的光背离通向用户可见部分440的直接路径移位。
图6示出根据本公开的GFCI的一个实施例的示例，其中，光管410包括用户可见部分440和LED 420和430。
更一般地，在一个实现方式中，视觉/听觉指示器135包括光管和一个或多个LED的形式的视觉指示器，信号136代表来自以下集合的一个或多个LED的控制信号：作为第一颜色(例如，蓝色)并且用于指示何时在线侧导体105/110处存在功率的第一LED；作为第二颜色(例如，黄色)并且用于指示何时在负载侧导体115/120处存在功率的第二LED；作为第三颜色(例如，红色)并且用于指示已经发生自测试故障或组件故障的第三LED。如果使用所有这三个示例LED，则当GFCI 100正在正确操作时，第一颜色和第二颜色将会在光管中被组合(例如，蓝色/黄色)；然而，如果发生自测试或组件故障，则第一颜色、第二颜色、和第三颜色将会在光管中被组合(例如，蓝色/黄色/红色)；在检测到故障状况之后，在光管中将会存在第一颜色(例如，蓝色)或第一和第三颜色(例如，蓝色/红色)。在一些实现方式中，可选择LED，并且光管被设计成，使得当LED点亮时一种颜色相比于其他颜色占主导地位，并且在光管的端部可见占主导的颜色。LED中的一个或多个可以被点亮和熄灭，使得在光管的端部显现的颜色将会在两种颜色之间交替(例如，红色LED闪光，使得颜色在蓝色/黄色和蓝色/黄色/红色之间交替)。
在一个实现方式中，视觉/听觉指示器135包括颜色可变LED，可以控制颜色可变LED，以指示GFCI 100的目前状态。
在一个实现方式中，视觉/听觉指示器135包括多种灯(例如，LED或发射光的其他小器件)形式的视觉指示器，各灯指示不同电路、组件、或自测试的状态。
在一个实现方式中，视觉/听觉指示器135包括LCD屏幕或其他电子显示器的形式的视觉指示器，其中，使用图标和/或文本来指示各种电路、组件、或自测试的状态。
在一个实现方式中，视觉/听觉指示器135包括视觉指示器，视觉指示器为线侧导体105/110自测试失败对故障检测电路140检测到的检测故障提供不同的可视显示器。例如，可以驱动彩色LED(例如，红色)，以可视方式发射连续光以代表检测故障，并且可使LED闪光以代表线侧导体105/110自测试故障。可以可供选择地使用利用一个或多个视觉指示器的其他方案，视觉指示器包括例如将组件自测试故障与故障和线侧导体105/110自测试故障相区分的可视显示器。
在一个实现方式中，自测试指示包括瞬态失败容许；在视觉/听觉指示器135指示自测试故障之前，必须发生不止一个自测试失败，并且没有自测试失败的预定时间可能造成自测试故障指示被消除。例如，计数器可在每次自测试失败时增大，每秒减小1，并且如果随着计数器增大，计数器与第一阈值相交，则形成指示，并且如果随着计数器减小，计数器与该阈值或另一个阈值相交，则去除指示。
在一个实现方式中，如果第一自测试失败，则可在比正常短的持续时间内执行下一个自测试，以验证故障检测并且避免例如因电源线上的瞬态状况而造成的故障跳脱。
除了通过控制视觉/听觉指示器135可视和/或可听地提供状态信息之外，处理器150可借助有线或无线通信链路(包括电源线功通信)将状态信息(例如，故障、失败、正确操作、失效等)提供到房屋上或远离房屋的外部装置。
已经按照本公开大体描述了GFCI 100的操作，接下来描述一个具体示例。
图2是代表按照本公开的GFCI的一个实施例的电路图。电路图描述GFCI 200中的组件之间的电连接，而不旨在是组件的物理大小、尺寸、或布置的例证。GFCI 200大体设置在外壳(未示出)内，以将电路与人接触隔离。GFCI 200可被装入另一个电子装置中，如此，可与其他电子装置共用外壳。GFCI 200可包括相对于图2示出和描述的而言额外的组件和功能。
在GFCI 200中，线侧导体202和204分别代表线侧中性和相导体，导体将GFCI 200从GFCI 200的外壳上的物理进入点横贯到继电器206的一侧。特别地，线侧中性导体202与继电器206连接于电触点206A，线侧中性导体204与继电器206连接于电触点206B。通过线侧导体202/204提供功率源。
线侧导体208和210从继电器206延伸到GFCI 200的外壳上的物理退出点(一个或多个)(例如，端接插座插头和/或贯穿外壳中的孔)。特别地，负载侧导体208与继电器206连接于电触点206C，负载侧导体210与继电器206连接于点触点206D。
继电器206可包括超出被图示为连接多个负载侧导体208/210的额外触点，并且在一些实现方式中可以是多个继电器206。
当继电器206的触点被闭合时，在点206A和206C之间电连接，使得线侧中性导体202电连接到负载侧导体208，并且在点206B和206D之间电连接，使得线侧相导体204电连接到负载侧导体210。以这种方式，继电器206的控制允许将线侧导体202/204与负载侧导体208/210选择性连接/断开。
通过螺旋管来控制继电器206。当足够电流流过螺旋管线圈时，机电机构迫使继电器206的触点分开，由此使点206A和206C之间的电连接和点206B和206D之间的电连接被断开。在图2中示出的实施例中，螺旋管线圈被示出为线圈L1。在正常操作状况(即，无故障)下，流过L1的电流不足以使机电机构迫使继电器206的触点被断开。当检测到故障状况时，使足够电流流过L1以断开继电器206的触点，如下所述。
电流检测装置212检测流过导体202/204中的一个或两个的电流。在公开为US2014/0218044的2013年11月25日提交的、共同待决的美国专利申请中提供了使用不同线圈配置检测电流的示例。在图2的实施例中，电流检测装置212包括两个线圈212A和212B。线圈212A用于检测接地的中性状况。线圈212B用于检测线侧导体202/204之间的电流差异，并且通过积分电路214测量感生电流。
IC 214监测在线圈212B中感生出的电流。IC 214是比较器型接地故障中断器IC(诸如，举例来说，Fairchild Semiconductor FAN4147接地故障中断器或RV4141低功率接地故障中断器)。如果IC 214检测到故障状况，则IC 214将输出216断言。在图2的实施例中，IC 214通过将逻辑高电平提供到引脚1，将输出216断言。输出216的断言借助电阻器R13启动可控硅整流器(SCR)218，这进而使SCR 218锁存并且导通电流。当SCR 218正导通电流时，阳极218A处的电压减小，从而造成足够电流流过螺线管线圈L1，以断开继电器206的电触点。
处理器220监测IC 214的输出216，以识别IC 214何时检测到故障。处理器220的例证是STMicoelectronics STM8S003F3。可以可供选择地使用其他处理器，包括微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等。处理器220使用低频时钟源(内部或外部)使功耗最小。处理器220在至少三种状态下被供电：断电、低功率和正常操作功率。可实现多种低功率状态，并且处理器220可在一种低功率状态下执行一些操作而在另一种低功率状态下执行其他操作。功率控制可通过诸如借助调节器IC通过处理器220外部的电路来实现，或者可通过处理器220的自控制来实现。
可使用定时器将处理器220将低功率状态转变成更高功率状态。例如，可设置定时器以周期性唤醒处理器220，使其脱离低功率休眠状态，以执行诸如自测试GFCI 200的各种操作。定时器可将对处理器220的中断断言，以唤醒处理器220。可使用多个定时器。定时器可在处理器220外部，并且通过处理器220的输入将中断断言。定时器可在处理器220外部。除了定时器之外，处理器220还可以具有连接到手动推动按钮的输入，手动推动按钮可通过处理器220触发动作。动作可包括唤醒处理器220，使其脱离低功率状态。
处理器220通过控制信号224来控制故障模拟电路222。在图2的实施例中，故障模拟电路222包括晶体管Q1、电阻器R7、二极管D8和D9。当处理器220将控制信号224断言为逻辑高时，晶体管Q1导通并且二极管D8和D9的阴极连接到GFCI地(例如，中性线侧导体202电势)。根据通过线侧导体202/204的电流的目前极性，二极管D8和D9中的一个将导通，并且少量电流将从各个线侧导体202或204转向，从而造成线侧导体202/204中的电流有差异。处理器220监测输入232处的输出216，以确定IC 214是否准确地检测模拟故障。
可按照被编程到处理器220所使用的指令存储器中的指令，在定时器到期时，在接收到指示手动按钮被推动的输入时，在借助通信接口接收到请求时或者在其他时间，处理器220启动自测试。
在启动自测试之前，处理器220通常通过在输出226处提供低电压以禁止输出216的断言使SCR 218启动，禁用SCR 218。以这种方式，GFCI 200的自测试没有造成继电器206的触点断开，触点断开将会造成负载侧导体208/210与线侧导体202/204断开。如果自测试失效，则处理器220可使SCR 218通过在输出226和232中的一个或两个处提供高电压进行启动和锁存。
处理器220可诸如借助电阻器R12监测线侧导体202/204的电压或极性，并且在检测到任一方向上的过零点之后，启动自测试。这种技术的一个优点在于，可在正或负半周期期间执行自测试，而非等待特定极性的半周期。这种技术的另一个优点在于，一检测到第一过零点，就可启动自测试。这些优点允许在初始加电时并且在此后执行快速自测试。另外，该技术有利于检测二极管D3-D9的失效，如以下讨论的。
处理器220可通过在一个或多个半周期中启动自测试事件来执行自测试。如果第一自测试事件并不成功从而意味着在施加模拟故障之后IC 214没有将输出216断言，则处理器220可记录自测试失败，和/或试图在相同极性或相反极性的半周期(或这两种极性的半周期)中进行另一个自测试，以验证故障。处理器220可确定指示在单个失败之后的自测试失败，或者指示只有两个或更多个自测试失败之后的自测试失败。
处理器220可保存关于自测试的信息，和/或通过通信接口将关于自测试的信息提供到另一个装置。关于自测试的信息可包括以下中的一个或多个：通过/失败指示、日期、时间、持续时间、自测试的数量、被测试的第一半周期的极性、自测试之间的半或整周期的数量、启动模拟故障和检测模拟故障之间的时间、监测电源线时可用的其他信息。
当完成自测试时，处理器220将控制信号224清零，以消除模拟故障。在图2的实施例中，处理器220提供使晶体管Q1截止的控制信号224的低逻辑。然后，处理器220去除输出226处的低电压(例如，通过将输出设置成高阻抗状态)，由此再允许IC 214通过在检测到故障时将输出216断言来启动SCR 218。为了允许在消除模拟故障之后使系统稳定，处理器220可在将控制信号224清零之后在去除输出226处的低电压之前有一定时间的等待。还可在连续的自测试事件之间使用此等待时间，以避免一个自测试事件中的剩余影响随后的自测试事件。
GFCI 200中的机械断开按钮(未示出)借助机械装置(未示出)提供负载侧导体208/210与线侧导体202/204断开，机械装置锁定断开的继电器206的触点。被示出为图2中的开关SW2的GFCI 200中的重置按钮在被推动时向处理器220提供信号。处理器220通过以上述方式启动自测试事件来响应信号，不同的是，处理器220并不禁止用输出226处的低电压来启动SCR 218。如果通过了自测试事件，则IC 214检测模拟故障并且将输出214断言，从而造成机械装置释放继电器206的触点，使得线侧导体202/204可在SW2被释放时连接到负载侧导体208/210。如果自测试事件失败，则IC 214将不会将输出216断言，由此继电器206的触点将会保持断开。因此，提供重置闭锁。另外，处理器220可诸如通过使视觉或听觉指示，或者通过通信接口发送消息，指示在推动重置按钮之后的自测试通过或失败。
除了使用模拟故障状况描述的自测试之外，GFCI 200包括许多检测组件的失效或其他电路的失效的机构。
通过(图2中用二极管D3-D6示出的)线圈L1和整流器230用线侧导体202/204为处理器220和IC 214供电。这种配置的一个优点是浪涌期间性能提高。电阻器R8与线圈L1并联提供了指示线圈L1失效。如果线圈L1被断开使得电流没有流过线圈L1，则通过电阻器R8为处理器220和IC 214供电。电阻器R8是高值电阻器，选择电阻器R8，以让进行正常操作的通向处理器220和IC 214的电流不足。例如，可选择电阻器R8的值，以防止IC 214和处理器220操作，或者防止IC 214操作并且允许处理器220至少部分操作，或者允许IC 214部分操作和处理器220至少部分操作。无论如何，选择电阻器R8的值，使得如果功率正仅仅通过电阻器R8提供到IC 214和处理器220，则通过处理器220启动的自测试将失败。可选择电阻器R8，向处理器220提供足够功率，以记录或发送自测试失败的指示，或者提供听觉或视觉指示。
作为整流器230的验证，处理器220可对时间间隔中的过零点的数量进行计数，并且将计数得到的过零点的数量与所期望的过零点的数量进行比较。例如，在图2的实施例中，如果整流器230的二极管D3-D6中的一个电断开，则正常全波整流将变成半波整流，并且给定时间间隔中的处理器220的输入234处检测到的过零点的数量将下降一半。如果以这种方式检测到整流器230失效，则处理器220可确定不执行随后的自测试。在一个实现方式中，整流器230的检查领先于各自测试，并且整流器230检测的失败造成不执行自测试。
如果过零点检测器电路本身失效，则整流器230的检查将失败。例如，如果电阻器R12断开，则将检测不到过零点。
处理器220监测电阻器R13，因为倘若检测到故障状况，电阻器R13就必须触发负载侧导体208/210与线侧导体202/204断开。在图2的实施例中，IC 214包括输出216的电流源，这造成可以由处理器220进行监测的电阻器R13两端的电压降。例如，在当检测到模拟故障时并且在处理器220提供输出226处的低电压以禁止SCR 218启动的同时IC 214将输出216断言时进行自测试期间，电阻器R13两端的电压降由处理器220可通过输入232处的电压来检测的来自输出216的电流和电阻器R13的电阻(例如，大致0.5V)限定。如果电阻器R13断开或者其值改变，则电阻改变可被检测为输入处232的电压改变-如果电阻器R13断开(例如，断连或损坏)，则没有电流将流过电阻器R13，并且输入232处的电压将是IC 214的输出216提供的电压(例如，5V)。
通过诸如金属氧化物压敏电阻器(MOV)和瞬态电压抑制器(TVS)的组件来提供免受电源线浪涌影响的保护，如在共同待决的申请美国专利公开No.2013/0027819中描述的。
图3是代表按照本公开的GFCI的另一个实施例的电路图。该电路图描述GFCI 300中的组件之间的电连接，但不旨在是组件的物理大小、尺寸、或布置的例证。GFCI 300类似于图2中示出的GFCI 200；因此，只讨论相关差异。
在GFCI 300中，图2中的整流器230的电路组件被积分整流器310取代；SCR 218的阳极218A与整流器310的AC输入连接于点320，而非连接到整流器230的DC输出，如图2中一样；在线圈212B两端添加箝位二极管330。
SCR 218的阳极218A与整流器310的AC输出的连接意味着，SCR 218可仅仅在正半周期期间被解锁。因此，必须可正半周期中执行通过推动手动重置按钮(在SCR 218锁定之后，造成继电器206被断开并且被机械锁定)而启动的自测试。如果周期极性是已知的，则可在正半周期中执行自测试。如果周期极性是未知的，则自测试包括相反极性的半周期中的至少两个自测试事件，使得如果自测试通过，则SCR 218可被解锁。
箝位二极管330允许检测更多故障状况(诸如，改进的高电流故障检测)。在没有箝位二极管330的情况下，高电流差异故障电流造成(线圈212A和212B的)变压器铁芯饱和，使得在线圈212B中感生出窄脉冲，窄脉冲可能看上去像是比较器型IC的噪声而非故障状况。箝位二极管330将线圈212B铁芯短接以防止饱和，从而提供可被检测为故障状况的较长持续时间脉冲。
在许多应用中，重要的是保持负载侧导体和线侧导体之间的连接，除非被视为这样做太危险。在这些应用中，自测试故障或组件的失效本身将不造成负载侧导体与线侧导体断开。替代地，这种自测试或组件失效可被记录和/或借助通信接口进行传输，如上所述。另外或可供选择地，GFCI可以提供自测试故障或组件失效的本地指示。本地指示可以是可听声音(诸如，固体或脉动音调、尖叫、蜂鸣、词语的清晰发音、或任何其他声音或声音的组合)。本地指示可以是可视的(诸如，固体或闪光灯、图标显示、或文本显示)。可使用不同的本地指示来指示不同的状况。例如，闪光灯可以指示组件的失效，而固体灯可以指示模拟故障自测试故障。
在图2的实施例中，标记为LD1的一对LED受处理器220控制，用于指示自测试故障(包括被测试组件的失效)。另外在图2中示出标记为LD2的LED，每当负载侧导体208/210通过继电器206连接到线侧导体202/204时，LD2被供电。
根据UL 943，GFCI必须检测在任一个AC半周期中发生的故障，GFCI应该在任一个反向上存在6mA或更大故障时跳脱，并且应该在故障小于4mA时不跳脱。这些需要适用于最大负载20A时-35C/+66C的环境温度范围。
以上，将SCR(例如，图2中的SCR 218)作为开关机构的示例，以启动控制继电器触点断开的螺线管。相比于诸如MOSFET或IJBT晶体管的其他开关机构，SCR可以由于其较高的坚固性、较低的成本和较小的大小而被使用。
GFCI芯片(例如，图2中的IC 214)可以检测故障并且在AC线的任一个极性产生SCR触发脉冲。任一个极性检测到的故障应该将SCR导通。然而，SCR可只在施加到SCR阳极的AC电压的一个极性处被导通并且锁定。
一种选择是将SCR定位在整流器的二极管桥内，如图2中所示，使得它可以在任一个线极性导通。为了再次关断SCR，通过SCR的电流必须降至保持电流阈值之下。然而，当SCR在桥内部时，由于电流和电压之间的相移，导致通过SCR的电流可不降至阈值之下，并且来自GFCI电路的某个“备份”电流从同一桥获取能量。在高环境温度下，尤其可以是真实的。
另一个选择是将SCR定位在整流器的桥外，如图3中所示，AC电压处于阳极。在这种配置中，SCR的交换可以更可靠。在使用半波整流器的一些这种设计中，还可以当SCR无法锁定时在半周期期间测试自测试装置中的SCR完整性。然而，如果存在故障级别在4和6mA之间的GFCI芯片放大器中的偏差，则GFCI芯片可以检测故障并且在第一个半周期中生成触发脉冲，而不在相反极性的第二个半周期中生成触发脉冲。例如，由于电流传感器在温度范围内的磁特性的容差，导致偏差是难以避免的。因此，如果第一个半周期碰巧是SCR无法锁定的一个，则即便检测到故障，GFCI也将不跳脱。此外，实际故障检测水平中存在所得的不期望不对称性。
为了确保各极性下检测到故障时SCR导通，可通过处理器(例如，处理器220)监测GFCI IC输出(例如，图2中的输出216)。当处理器发现对于SCR的IC输出的断言时，处理器可确保SCR锁定。处理器可监测GFCI电路中的一个或多个电压或电流，以识别SCR是否被锁定，如果没有被锁定，则使SCR在下一个半周期中锁定。可供选择地，处理器可监测半周期极性，并且如果IC在SCR无法响应的半周期期间将对于SCR的输出断言，则处理器使SCR在下一个半周期锁定。如果处理器没有关于AC电压极性的信息，则处理器可试图使SCR在两个连续半周期(或相隔偶数个半周期的两个半周期)期间锁定。
在一个实施例中，用于阻挡SCR在自测试期间跳脱的相同处理器引脚可用于触发SCR。可供选择地，可使用单独的处理器引脚。
本公开的实施例涉及非暂态接收可读存储介质，非暂态接收可读存储介质的上面具有用于执行各种由计算机实现的操作的计算机代码。术语“计算机可读存储介质”在本文中用于包括任何能够存储或编码一系列指令或计算机代码的介质，这些指令或计算机代码用于执行本文中描述的操作、方法和技术。介质和计算机代码可以是出于本公开的实施例的目的被专门设计和配置的那些，或者它们可以是计算机软件领域的技术人员熟知和可用的种类。计算机可读存储介质的示例包括但不限于：诸如硬盘、软盘和磁盘的磁介质；诸如CD-ROM和全息装置的光学介质；诸如光盘的磁-光学介质；诸如ASIC、可编程逻辑器件(PLD)、ROM和RAM器件的被专门配置成存储并且执行程序代码的硬件装置。在图2和图3的实施例中，处理器220可执行存储在内部存储器中的代码，或者存储在GFCI 200/300内的存储介质(例如，闪存存储器)中的代码。
计算机代码的示例包括诸如通过编译器生成的机器代码和计算机使用翻译器或编译器执行的包含更高级代码的文件。例如，可使用Java、C++、或其他面向对象的编程语言和开发工具来实现本公开的实施例。计算机代码的另外示例包括加密代码和压缩代码。此外，本公开的实施例可被下载作为计算机程序产品，计算机程序产品可从远程计算机(例如，服务器计算机)经由传输通道传递到请求的计算机(例如，客户端计算机或不同的服务器计算机)。本公开的另一个实施例可在硬件电路中实现，取代计算机可执行软件指令或与计算机可执行软件指令组合。
因此描述了一种GFCI，该GFCI检测线侧导体的故障并且在检测到故障时将负载侧导体与线侧导体断开。另外描述了GFCI的自测试能力，其中，GFCI通过模拟线侧导体故障并且确定是否正确检测到故障来测试其故障检测功能，并且测试GFCI的各种组件进行正确操作。GFCI包括用于在发生特定组件失效时进入已知状态的各种机构。GFCI还包括重置闭锁，用于防止返回脱离重置，诸如，以在某些状况下防止向负载供应功率(例如，GFCI不可响应接地故障)。
GFCI已经被描述为用于监测两个导体。然而，GFCI可交替地监测1个、3个、或不止3个导体，并且自测试可模拟一个或多个导体上的故障。
虽然已经参照本公开的具体实施例描述了本公开，但本领域的技术人员应该理解，可进行各种改变并且可在不脱离随附权利要求书限定的本公开的真实精神和范围内取代等同物。另外，可进行许多修改，以将物质、方法、一个或多个操作的特定情形、材料、组成适于本公开的目的、精神和范围。所有这些修改形式旨在在随附权利要求书的范围内。特别地，虽然可能已经参照以特定次序执行的特定操作描述了某些方法，但应该理解，可在不脱离本公开教导的情况下，可对这些操作进行组合、细分、或重新排序，以形成等效方法。因此，除非本文中具体指明，否则操作的次序和分组不是本公开的限制。

Claims (29)

1.一种设备，该设备包括：
中断电路，其电连接在功率传递路径中，所述功率传递路径包括相导电路径和中性导电路径；
故障检测电路，其耦接到所述中断电路并且被配置成提供故障信号以选择性地使所述中断电路中断所述相导电路径和所述中性导电路径中的至少一个中的功率传递，其中，所述故障检测电路包括被配置成感测所述相导体路径和所述中性导体路径之间的差分电流的感测线圈，并且还包括将所述差分电流与阈值进行比较的比较器型故障检测集成电路(IC)；
故障模拟电路；以及
处理器，其耦接到所述故障模拟电路和所述故障检测电路，所述处理器被配置成
选择性地控制所述故障模拟电路以模拟所述功率传递路径中的故障；
检测所述故障检测电路对所模拟的故障的响应；以及
确定所述故障检测电路的响应是否是预期的响应；
其中，所述处理器向所述中断电路提供覆盖信号，以防止所述中断电路在所模拟的故障期间以及在所模拟的故障之后的预定时间内从所述故障检测电路接收故障信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，通过所述线侧导体向所述处理器供电。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器还被配置成：
接收所述故障检测电路已经提供所述故障信号的指示；
接收重置按钮已经被推动的指示；
启动包括故障模拟的自测试；以及
如果所述自测试通过，则向电子开关组件提供释放信号来解锁，并由此允许所述中断电路消除功率传递的中断；以及
如果所述自测试没有通过，则防止所述中断电路消除功率传递的中断。
4.根据权利要求1所述的设备，还包括可控硅整流器(SCR)，其中，功率传递是通过响应于接收到的故障信号将SCR锁定于导电状态来中断的，并且其中，用整流后的功率信号或交流电源线向所述SCR供电，使得所述SCR能仅仅在一个功率半周期期间被锁定；所述处理器还被配置成：
接收手动重置按钮已经被推动的指示；
启动包括在相反极性的两个功率半周期中进行自测试的自测试，以确保所述SCR将响应于在所述两个功率半周期中的一个中进行自测试期间接收到的故障信号进行锁定。
5.根据权利要求1所述的设备，还包括整流器，其中，所述处理器被配置成在启动故障模拟之前，确定所述整流器的输出的幅度的过零点的比率以识别所述整流器中的组件的失效，并且如果检测到所述整流器中的组件的失效，则所述处理器不启动故障模拟。
6.一种设备，所述设备包括：
中断电路，其电连接在功率传递路径中，所述功率传递路径包括相导电路径和中性导电路径；
故障检测电路，其耦接到所述中断电路并且被配置成在检测到所述功率传递路径中的故障时提供故障信号；
故障模拟电路，其被配置成选择性地使所述相导电路径和所述中性导电路径之间的电流不平衡；以及
处理器，其耦接到所述故障模拟电路和所述故障检测电路，所述处理器被配置成：
选择性地控制所述故障模拟电路，以使第一电流不平衡来模拟第一功率半周期期间的故障；以及
检测所述故障检测电路对所模拟的故障的响应。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述处理器被配置成选择性地控制所述故障模拟电路，以使所述第一电流不平衡开始于所述第一功率半周期开始之后的预定时间处。
8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第一功率半周期随机地为正极性或负极性。
9.根据权利要求6所述的设备，其中，所述处理器被配置成控制所述故障模拟电路以造成第二功率半周期期间的第二电流不平衡。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第一功率半周期和所述第二功率半周期具有大致相反的极性。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第一功率半周期的结束和所述第二功率半周期的开始在时间上相隔偶数数量的功率半周期。
12.根据权利要求9所述的设备，其中，所述处理器被配置成控制所述故障模拟电路，以造成在所述第一功率半周期的一部分期间的所述第一电流不平衡以及在所述第二功率半周期的一部分期间的第二电流不平衡，每个部分开始于相应的半周期开始之后的数毫秒。
13.一种设备，所述设备包括：
中断电路，其电连接在功率传递路径中，所述功率传递路径包括相导电路径和中性导电路径；
故障检测电路，其耦接到所述中断电路并且被配置成提供故障信号以选择性地使所述中断电路中断所述相导电路径和所述中性导电路径中的至少一个中的功率传递；
故障模拟电路；以及
处理器，其耦接到所述故障模拟电路和所述故障检测电路，所述处理器被配置成选择性地控制所述故障模拟电路，以模拟所述功率传递路径中的故障并且检测所述故障检测电路对所模拟的故障的响应；以及
功率电路，其包括螺线管线圈、整流器和与所述螺线管线圈并联的第一电阻器，其中，借助所述螺线管线圈和所述整流器通过所述功率传递路径的线侧向所述处理器和所述故障检测电路供电，并且所述电阻器被确定尺寸，使得如果所述螺线管线圈受损，则所述电阻器将不允许有足够功率用于所述处理器和所述故障检测电路的正确操作。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述连接装置是中断电路。
15.根据权利要求13所述的设备，还包括：
触发电路；以及
第二电阻器，其设置在所述故障检测电路和所述触发电路之间；
其中，所述处理器还被配置成监测模拟故障期间所述第二电阻器两端的电压，并且通过所述电压的幅度来确定所述第二电阻器的电阻值是否在可接受的范围内。
16.一种设备，所述设备包括：
连接装置，其被配置成将接收线侧功率的导体电连接到提供负载侧功率的导体；
故障检测电路，其被配置成检测与所述负载侧导体相关的故障；所述故障检测电路包括：
感测线圈，其被配置成感测两个线侧导体之间的差分电流；以及
故障检测集成电路(IC)；
处理器，其被配置成启动和控制负载侧导体故障的模拟并且确定所述故障检测电路是否检测到所得的所模拟的故障；以及
视觉指示器，其中，所述视觉指示器在所述负载侧导体上存在功率时是第一颜色，并且变成第二颜色以指示所述设备的不正确操作或与所述负载侧导体相关的故障。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述视觉指示器是光管的输出，所述设备还包括：
第一发光二极管(LED)，其由所述负载侧导体供电并且发射所述第一颜色；以及
第二LED，其由所述线侧导体供电并且受所述处理器控制，所述第二LED发射第三颜色；
其中，所述光管被配置成提供来自所述第一LED和所述第二LED的光的组合作为所述视觉指示器，并且所述第二颜色由所述第一颜色和所述第三颜色的组合来提供。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述第三颜色相比于所述第一颜色占主导地位，使得所述视觉指示器处的所述第二颜色基本上是由所述第二LED发射的所述第三颜色。
19.根据权利要求16所述的设备，其中，所述处理器还被配置成在故障模拟期间选择性地控制两个线侧导体之间的电流不平衡的引入，其中，所述处理器被配置成控制第一功率半周期的一部分期间的第一电流不平衡的引入并且随后控制第二功率半周期的一部分期间的第二电流不平衡的引入，并且其中，所述第一功率半周期和所述第二功率半周期在时间上相隔至少一个功率半周期。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述第一功率半周期随机地为正极性或负极性。
21.一种设备，所述设备包括：
中断电路，其电连接在功率传递路径中，所述功率传递路径包括相导电路径和中性导电路径；
可控硅整流器(SCR)，其耦接到所述中断电路并且被配置成使所述中断电路中断所述相导电路径和所述中性导电路径中的至少一个中的功率传递；
故障检测电路，其耦接到所述SCR并且被配置成向所述SCR提供第一触发信号，其中，所述故障检测电路包括被配置成感测所述相导电路径和所述中性导电路径之间的差分电流的感测线圈，并且还包括将所述差分电流与阈值进行比较的比较器型故障检测集成电路(IC)；
处理器，其耦接到所述故障检测电路和所述SCR，其中，所述处理器被配置成：
识别所述故障检测电路何时提供所述第一触发信号；以及
在随后的时间向所述SCR提供第二触发信号。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述处理器还被配置成确定所述SCR在接收到所述第一触发信号时是否能够使所述中断电路中断功率传递。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，确定所述SCR是否能够使所述中断电路中断功率传递包括确定在提供所述第一触发信号的功率半周期期间所述SCR是否能够锁定。
24.根据权利要求22所述的设备，其中，确定所述SCR是否能够使所述中断电路中断功率传递包括确定所述SCR的阳极处的电压是否超过阈值。
25.根据权利要求22所述的设备，其中，确定所述SCR是否能够使所述中断电路中断功率传递包括确定所述相导电路径的电压是否在正半周期或负半周期中。
26.根据权利要求22所述的设备，其中，所述处理器还被配置成监测至少一个电路的电压或电流，其中，确定所述SCR是否能够使所述中断电路中断功率传递包括确定受监测的电压或电流是否有改变。
27.根据权利要求21所述的设备，其中，所述随后的时间是向所述SCR提供所述第一触发信号的半周期之后所述相导电路径的相反极性半周期期间。
28.根据权利要求21所述的设备，其中，所述SCR通过同一电路接收所述第一触发信号和所述第二触发信号。
29.根据权利要求21所述的设备，其中，所述SCR通过不同电路接收所述第一触发信号和所述第二触发信号。
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