CN108496235A - 接地故障电路中断器(gfci)系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种布线装置，其包含：面触点；一或多个线路触点臂；一或多个负载触点臂；及故障检测电路。所述一或多个线路触点臂具有定位于所述线路触点臂的弯曲部分上的上部线路触点，及定位于所述线路触点臂的大体上笔直部分上的下部线路触点。所述一或多个负载触点臂具有定位于所述负载触点臂的弯曲部分上的负载触点。所述故障检测电路检测所述布线装置中的故障状况，并在检测到所述故障状况时生成故障检测信号，其中所述故障检测信号将所述面触点与所述上部线路触点及所述下部线路触点与所述负载触点电断开。

Description

接地故障电路中断器(GFCI)系统及方法

背景技术

本发明大体上涉及带开关电装置。更具体地说，本发明涉及电路中断装置，例如接地故障电路中断器(GFCI)装置，当检测到一或多个状况时，所述装置从“复位”或闩锁状态切换到“跳闸”或开闩状态。符合本文中所公开的本发明的实施例的此类装置比先前已知的GFCI装置更可靠且具有较长预期寿命。

具有朝向断开位置偏置的触点的GFCI装置需要用于将所述触点设置并保持在闭合位置的闩锁机构。同样地，具有朝向闭合位置偏置的触点的带开关电装置需要用于将所述触点设置并保持在断开位置的闩锁机构。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，仅举几例。

当GFCI装置处于断开位置时，由于GFCI装置相对较小，触点可能仍彼此相对接近。这会导致触点发生缓慢的等离子体熄灭、电弧击穿及相对缓慢的断开连接(例如，断开)。由于触点上累积有可能会带来较长断开时间及可能的永久性故障的残余物，这些状况会导致装置的故障率较高。

发明内容

在一个实施例中，本发明通过提供一种布线装置来解决此类问题，所述装置包含：面端子，其用于电连接到外部负载；线路端子，其用于电连接到外部电力供应器；负载端子，其用于电连接到第二外部负载；面触点，其电连接到所述面端子；一或多个线路触点臂，其电连接到所述线路端子；以及一或多个负载触点臂，其电连接到所述负载端子。每一线路触点臂具有定位于所述线路触点臂的弯曲部分上的上部线路触点，及定位于所述线路触点臂的大体上笔直部分上的下部线路触点。每一负载触点臂具有定位于所述负载触点臂的弯曲部分上的负载触点。其中，当所述布线装置处于闭合位置时，所述面触点及所述上部线路触点是电连接的，且所述下部线路触点及所述负载触点是电连接的，且当所述布线装置处于断开位置时，所述面触点及所述上部线路触点是电断开的，且所述下部线路触点及所述负载触点是电断开的。

在另一实施例中，本发明提供一种布线装置，其包含：面触点；一或多个线路触点臂；一或多个负载触点臂；及故障检测电路。所述一或多个线路触点臂具有定位于所述线路触点臂的弯曲部分上的上部线路触点，及定位于所述线路触点臂的大体上笔直部分上的下部线路触点。所述一或多个负载触点臂具有定位于所述负载触点臂的弯曲部分上的负载触点。所述故障检测电路检测所述布线装置中的故障状况，并在检测到所述故障状况时生成故障检测信号，其中所述故障检测信号将所述面触点与所述上部线路触点及所述下部线路触点与所述负载触点电断开。

在又一实施例中，本发明提供一种操作布线装置的方法。所述方法包含：提供面触点；提供一或多个线路触点臂；及提供一或多个负载触点臂。每一线路触点臂具有定位于所述线路触点臂的弯曲部分上的上部线路触点，及定位于所述线路触点臂的大体上笔直部分上的下部线路触点。每一负载触点臂具有定位于所述负载触点臂的弯曲部分上的负载触点。所述方法进一步包含：电连接所述面触点与所述上部线路触点；及电连接所述下部线路触点与所述负载触点。

本发明的其它方面将通过考虑详细描述及随附图式而变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的示范性实施例的自测GFCI插座装置的侧面正视图。

图2是图1中示出的自测GFCI插座的侧面正视图，其中外壳的前盖被去除。

图3是图1中示出的自测GFCI插座装置的核心组合件的侧面正视图。

图4是处于断开位置的图1中示出的GFCI插座的线路触点臂及负载触点臂的侧视图。

图5是处于闭合位置的图1中示出的GFCI插座的线路触点臂及负载触点臂的侧视图。

图6A到6D是符合本发明的示范性实施例的示范性电路的示意图。

具体实施方式

在详细解释本发明的实施例之前，应理解，本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在以下图式中说明的组件的构造及布置细节。本发明能够具有其它实施例并以不同方式实践或进行。

图1说明根据本发明的一个实施例的GFCI插座10的透视图。GFCI插座10包含具有双线座面14的前盖12，所述双线座面具有相位开口16、中性开口18及接地开口20。面14进一步具有容纳复位按钮24的开口22、容纳测试按钮28的邻近开口24及六个相应的圆形开口30到15。在一些实施例中，开口30及33容纳两个相应的指示器，例如(但不限于)各种彩色发光二极管(LED)。在一些实施例中，开口32及34容纳用作例如夜灯的相应明亮LED。在一些实施例中，开口31容纳用于例如控制夜灯LED的光导性光电池。在一些实施例中，开口35使得能接近定位螺钉，所述定位螺钉用于根据此实施例以及其它实施例调整光电池装置。

GFCI插座10进一步包含由八个紧固件38(图1中示出四个紧固件38，而其它四个紧固件38被挡住)紧固到前盖12的后盖36。在一些实施例中，紧固件38包含前盖12上的倒钩柱50及后盖36上的对应弹性箍52，这类似于第6,398,594号美国专利中的详细描述内容，所述专利的全部内容以全文引用的方式并入本文中。接地磁轭/桥接器组合件40包含从GFCI插座10的端部突出的标准安装耳42。

图2说明GFCI插座10的透视图，其中前盖12被去除以便暴露歧管126。歧管126对印刷电路板390及磁轭/桥接器组合件40提供支撑。根据一个实施例，歧管126包含四个楔形榫头互连件130，所述互连件沿着后盖36的上部边缘与对应凹处132配对。分别在歧管126及后盖36的四个侧中的每一个上提供一个楔形榫头-凹处对。

图3是根据一个实施例的核心组合件80的侧面正视图。核心组合件80包含电路板82，其支撑插座的大部分工作组件，包含图6A到6D(在本文中统称为图6)中示出的电路，以及感测变压器84及接地中性变压器85(未示出)。线路触点臂94、96穿过变压器84、85，其中绝缘分离器98在所述臂之间。线路触点臂94、96是悬臂式的，其相应远端携载有相位及中性线路触点102、104。负载触点臂98、100也是悬臂式的，其中其相应远端携载有相位及中性负载触点101、103。悬臂式触点臂的弹性使线路触点102、104与负载触点101、103偏置为彼此远离。负载触点臂98、103搁置在由绝缘(优选为热塑性)材料制成的可移动触点托架106上。

图4是根据一个实施例的处于断开位置的线路触点臂94及负载触点臂98的侧视图。图4进一步说明负载触点101(例如，相位负载触点或中性负载触点)、线路触点102(例如，相位线路触点或中性线路触点)、可移动触点托架或闩锁外壳106、面108及面触点109(例如，相位面触点或中性面触点)。在一些实施例中，面108是歧管126的底部部分。尽管图4中未说明，但线路触点臂96、负载触点臂100、负载触点103(例如，相位负载触点或中性负载触点)及线路触点104(例如，相位线路触点或中性线路触点)是以类似于图4及5中所说明且下文所解释的方式建构。并且，应注意，根据各种实施例，关于图4及5所示出及描述的触点及触点臂配置也提供于关于图1到3所示出及描述的装置中。

线路触点臂94包含第一笔直或大体上笔直部分110及第一弯曲部分115。第一笔直部分110包含下部线路触点102a，而第一弯曲部分115包含上部线路触点102b。在一些实施例中，线路触点臂94以大约三度的角度弯曲，但线路触点臂可以范围介于大约三度到大约六度的角度弯曲。下部线路触点102a可通过插入孔在上部线路触点102b之前耦合到线路触点臂94。在一些实施例中，下部线路触点102a及上部线路触点102b经由铆接耦合到线路触点臂94。

负载触点臂98包含第二笔直或大体上笔直部分120及第二弯曲部分125。第二弯曲部分125具有负载触点101。在一些实施例中，负载触点臂98以大约三度到大约六度的角度弯曲。在一些实施例中，负载触点101经由铆接耦合到负载触点臂98。

图5是根据图4的实施例的处于闭合位置的线路触点臂94及负载触点臂98的侧视图。线路触点臂94向下弯曲，使得在处于闭合位置时，上部线路触点102b与面触点109大体上平坦接触。另外，负载触点臂98向下弯曲，使得在处于闭合位置时，负载触点101与下部线路触点102a大体上平坦接触。

在操作中，当线路触点臂94、96及负载触点臂98、100从闭合位置变为断开位置或从断开位置变为闭合位置时，执行擦除动作。另外，当线路触点臂94、96及负载触点臂98、100处于复位状况时，触点臂的弯曲部分添加了力矩。此擦除动作及所添加的力矩甚至允许触点在GFCI插座10移动的情况下浮动并维持连接。擦除动作、所添加的力矩及弯曲部分导致在装置跳闸时，触点之间存在相对大的开口，触点之间存在相对快的断开。相对大的开口及相对快的断开能带来相对快的等离子体熄灭，这尤其能减小电弧击穿的可能性。

触点之间的相对大的开口或空间另外通过允许较多空气及表面冷却而实现GFCI插座10的冷却器操作。相对大的开口也防止触点之间发生电弧击穿，在高电压操作中或电刷臂失去弹力时会发生电弧击穿。在一些实施例中，当处于断开位置时，触点彼此远离大约0.060"。线路触点臂94、96及负载触点臂98、100的弯曲部分使触点进一步移动远离可移动触点托架106，借此防止发生任何潜在的熔融。

图6(图6A到6D)是根据本发明的一个实施例的电路的示意图。图6中示出的电路或其各种子电路可在多种电布线装置中实施，然而出于描述的目的，此处结合其在图1到5中示出的GFCI插座装置中的使用来论述图6的电路。

图6的电路包含用于电连接到AC电源(未示出)的相位线路端子326及中性线路端子328，所述电源例如在美国用于家用电源的60赫兹、120伏rms电源。也可修改图6的电路及驻存在电路上并与电路一起实施的软件，以适应其它电力传递系统。此类修改以及最终将使用所述电路及软件的所得电路及布线装置是发明人所预期的，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传递系统在本发明的范围内。

参考图6，相位导体330及中性导体332分别连接到线路端子，且各自穿过感测变压器334及接地中性变压器336，所述变压器是下文所描述的检测电路的部分。借助于实例，线路端子对应于上文图1中的输入端子螺钉326、328，且线路导体330、332分别表示线路触点臂94、96，如上文关于图3所描述。线路导体330、332中的每一个具有连接到线路端子的相应固定端部，且各自包含相应的可移动触点，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分别包含固定到其上的电触点，例如来自上文所描述的实施例的触点109。面导体338、340电连接到相应的面端子342、344，且在示出的实施例中与所述面端子成一体，当电插座装置在使用中时，来自负载装置(未示出)(例如电器)的插片将连接到所述面端子。

根据此实施例的图6中示出的电路还分别包含任选的负载相位端子346及负载中性端子348，其电连接到例如一或多个额外插座装置的下游负载(未示出)。负载端子346、348分别连接到悬臂式负载导体277、278，所述导体中的每一个的远端处包含有可移动负载触点101、103(图4及5)。负载触点101、103安置在相应的线路触点102、104(图4及5)及面触点109(图4及5)下方且与之同轴，使得当线路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。当装置处于此状况时，其被称为“复位”或处于复位状态。

检测器电路

继续参考图6，检测器电路352包含变压器334、336以及GFCI集成电路装置(GFCIIC)350。根据本发明的实施例，GFCI IC 350是众所周知的4141装置，例如由飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor Corporation)制成的RV4141装置。也可代替4141在图6的电路中使用其它GFCI IC装置，且此修改在本发明的精神及范围内。

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，并检测一或多种故障，例如真实故障、模拟故障或自测接地故障，以及真实或模拟接地中性故障。举例来说，当线路导体330、332中出现充分的电流不平衡时，净电流流过变压器334、336，从而致使至少在变压器334周围产生磁通量。此磁通量导致在导体333上诱发电流，所述导体缠绕在感测变压器334周围。导体333的相应端部分别在输入端口V-REF及VFB处连接到GFCIIC装置350的感测放大器的正及负输入。导体333上的诱发电流在到GFCI IC 350的感测放大器的输入处带来电压差。当电压差超出预定阈值时，在GFCI IC 350的输出中的一或多个(例如SCR触发信号输出端口(SCR_OUT))处生成检测信号。GFCI IC 350所使用的阈值由连接在运算放大器输出(OP_OUT)与到感测放大器的正输入(VFB)之间的有效电阻确定。

线路导体330、332上的电流不平衡是由真实接地故障、模拟接地故障或自测接地故障引起。当图6中的测试开关354闭合(在按压测试按钮28(图1)时发生此状况)时，生成模拟接地故障。如下文进一步详细描述，当自动监视电路370起始包含在独立导体356上生成的电流的自动监视测试序列时，会出现自测故障。

根据本发明的实施例，当测试开关354闭合时，在线路导体330、332及负载导体338、340中流动的电流中的一些从感测变压器334周围的相位面导体338(且当装置处于复位状态时，从相位负载导体277)分流，并穿过电阻器358到中性线路导体332。通过以此方式分流穿过电阻器358的电流中的一些，在流过导体330的电流及以相反方向流过导体332的电流中产生不平衡。当电流不平衡，即流过穿过感测变压器的导体的净电流超出阈值(例如4到5毫安)时，检测器电路352检测到此模拟接地故障，且激活GFCI IC 350的SCR输出(SCR_OUT)。

当GFCI IC 350的SCR输出被激活时，接通SCR 360的栅极，从而允许电流从相位线路导体330流过二极管359及SCR 360。流过SCR 360的电流接通SCR 361及SCR 369的栅极。当SCR 361接通时，电流从相位线路导体330流过双线圈螺线管362的次级线圈363、保险丝365、二极管367及SCR 361。此外，当SCR 369接通时，电流从相位线路导体330流过双线圈螺线管362的初级线圈364、保险丝372、二极管374及SCR 369。流过两个线圈363、364的电流生成在螺线管362内移动电枢的磁场。当螺线管电枢移动时，其使为中断装置315的部分的触点托架(例如图3中的106)开闩，且所述托架在线路导体330、332的自然偏置下下降，也就是说，远离面导体338、340及负载导体277、278。由于所述成功的手动模拟故障测试序列，装置现在被称为“跳闸”，且所述装置将并不递送电力到负载，直到其复位为止。从瞬时开关354闭合直到装置跳闸且电流不再从相位线路导体330流到面及负载导体中的任一个且流过螺线管线圈363、364为止所花费的时间如此短，以致保险丝365、372保持无破损。

经由复位操作的手动测试

继续参考图6，例如通过按压复位按钮24(图1)来闭合复位开关300也会起始测试操作。具体地说，当复位开关300闭合时，GFCI IC 350的电压供应器输出VS通过导体308电连接到SCR 360的栅极，从而因此接通SCR 360。当SCR 360接通时，电流被从线路导体330汲取通过二极管359及SCR 360，且最后到接地。类似于通过按压测试按钮来接通SCR 360时的状况(如先前所论述)，通过按压复位按钮来接通SCR 360也会导致SCR 361及SCR 369接通，且电流流过螺线管线圈363、364。流过螺线管362的线圈363、364的电流在螺线管处生成磁场，并在螺线管内致动并移动电枢。在典型的(例如，非测试)状况下，以此方式致动电枢来使装置跳闸，例如当出现实际故障时。

然而，当复位开关300闭合时，装置很可能已经处于跳闸状况，即线路、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，通常按压复位按钮以重新闩锁触点托架，并使线路、面及负载触点返回为电接触(图5中所说明)。如果在按压复位按钮时螺线管362的电枢未能启动，且在释放复位按钮之后，包含触点托架的复位机构在其返回时未能啮合复位冲杆，那么装置将不复位。因此，如果例如装置尚未布线到AC电力线，或其已错误布线，也就是说，装置已布线有未连接到线路端子326、328的AC电力，那么无电力施加到GFCIIC 350。如果无电力施加到GFCI IC 350，那么无法通过GFCI IC 350的SCR输出或在按压静止按钮时，驱动SCR 360的栅极。在此状况下，装置将不能够复位。通过确保装置在跳闸状况下运送给用户，能根据符合本发明的实施例的布线装置防止错误布线状况。因为装置无法复位，直到AC电力恰当地施加到线路端子为止，所以能防止错误布线状况。

自动监视电路

继续参考图6中示出的示范性电路示意图，自动监视电路370包含可编程装置301。可编程装置301可为可被编程以实施自动监视例程的任何合适的可编程装置，例如微处理器或微控制器，如在下文详细解释。举例来说，根据图6中示出的实施例，可编程装置301由来自ATtiny 10系列的ATMEL.TM.微控制器实施。也可由例如PIC10F204/206的微芯片微控制器加以实施。

根据依据图6中示出的实施例的一个示范性自动监视或自动自测例程，微控制器301通过设定软件自动监视测试旗标，大约每三(3)秒起始自动监视例程。自动监视测试旗标起始电路中断装置内的自动监视例程，且确认所述装置恰当地操作，或在某些情况下，确定电路中断装置已达到其寿命终点(EOL)。当自动监视例程的运行结果是正面的(即，成功)时，自动监视电路进入休眠状态，直到微控制器301再次设定测试旗标，且起始另一自动监视例程为止。

如果自动监视例程的运行结果是负面的，例如无法确定电路中断装置正恰当地起作用，或确定装置实际上并未恰当地操作，那么使故障计数器递增，且当存储在装置内的存储器中的软件程序发指令时，微控制器301起始另一自动监视例程。除了使故障计数递增之外，还提供故障的临时指示。举例来说，根据本发明的实施例，当发生此故障时，将微控制器301的I/O端口GP0控制为输出，且控制发光二极管(LED)376闪烁例如一次或多次，来向用户指示故障。如果故障计数器达到预定值，即自动监视例程的负面运行结果达到一定次数，所述次数存储并实施在软件中，那么自动监视例程调用寿命终点(EOL)序列。EOL序列包含以下功能中的一或多个：(a)指示已达到EOL，例如通过不断地闪烁或点亮指示灯及/或生成可听声音，(b)尝试使装置跳闸，(c)防止装置复位尝试，(d)将EOL事件存储在非易失性存储器上，例如在存在电源故障的情况下，及(e)当装置掉电时，清除EOL状况。

根据此实施例，当自动监视软件确定该运行自动监视例程，即基于自动监视器定时器作出所述确定时，在微控制器301的I/O端口GP1处接通刺激信号302。当刺激信号接通时，电流流过电阻器303，且在晶体管304的基极处产生电压，从而接通晶体管。当晶体管304接通时，电流从dc电压供应器378流过电阻器305(其例如为3k-ohm电阻器)，且继续流过电导体356及晶体管304到接地。关于dc电压源378，根据本发明的实施例，此电压源的值设计成介于4.1伏dc与4.5伏dc之间，但此电压供应器的值可为任何其它合适的值，只要所使用的值充分考虑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是电线，但也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，穿越感测变压器334，且在变压器的核心周围环绕大约十(10)次，并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中设定软件自动监视测试旗标且晶体管304接通时，电流流过导体356，所述导体包括与相位线路导体330及中性线路导体332分离的独立导体，还穿越感测变压器334的中心。

如果根据本发明的实施例的电路中断装置恰当地起作用，那么随着电流流过导体356且流过感测变压器，在感测变压器334处生成磁通量。所述通量在导体333上生成由检测电路352(包含GFCI IC装置350)检测的信号。根据此实施例，当装置350检测到在感测变压器334处产生的通量时，在装置350的I/O端口中的一个处的电压电平增加，例如在图6中标记为CAP的输出端口处的电压电平增加，从而增加导体306上的电压。

根据此实施例，电容器307连接于微控制器301的CAP I/O端口与接地之间。如所属领域中已知，直接将电容器附接在4141GFCI IC装置的CAP输出与接地之间会致使从GFCIIC装置350输出的SCR触发信号(SCR_OUT)延迟预定的时间周期。延迟触发信号的时间量通常由电容器的值决定。然而，根据本发明的实施例，电容器307并不直接连接在CAP输出与接地之间。实情为，电容器307还经由电路路径连接到微控制器301的ADC I/O端口GP0，所述电路路径包含与电阻器311(例如，3M-Ohm)串联的二极管310，这完成了具有电阻器312(例如，1.5M-Ohm)的分压电路。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汲取电流。

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上生成的自测故障信号，且可进一步确认GFCI IC装置350是否能够生成适当的SCR触发信号。并且，为了避免在自测自动监视故障期间使装置跳闸，在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，且确认恰当的自测故障检测。

如果在电容器307上汲取的电流过高，那么GFCI IC装置350可能不能恰当地操作。举例来说，如果从电容器307汲取少到3到4毫安的电流，那么可能无法例如依据UL要求准确地检测也既定由GFCI IC装置350检测的接地中性状况，因为SCR触发信号(SCR_OUT)在必要时间量内将不启动。根据本发明的实施例，对于微控制器301的ADC I/O端口GP0，汲取小于约1.3毫安，或为GFCI IC装置350的指定延迟电流的约5％。从电容器307汲取的此较小电流并不影响所述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。

根据此实施例，从电容器307汲取大约50纳安的电流。连接到微控制器301的ADCI/O端口GP0的并联电阻器311及312产生4.5兆欧姆的漏极，其将从电容器307抽吸的电流限于1.0微安的最大值。GFCI IC装置350使用大约40毫安的电流来生成SCR触发，但在从SCR_OUT输出SCR触发信号之前，微控制器301仅需要大约50纳安，以从电容器307读取SCR触发信号。因此，通过针对电容器307选择恰当的值，结合针对电阻器311及312以及二极管310的适当值选择，有可能为来自GFCI IC装置350的SCR触发信号(SCR_OUT)维持正确的延迟，并使用微控制器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6中示出的实施例中，LED 376还连接到微控制器301的ADC I/O端口(GP0)。因此，不管LED 376是否导电都不会影响电容器307上的漏极，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6中示出的电路，选择LED 376，使得其在微控制器301正测量来自GFCI IC装置350的CAP输出的信号的时间期间，并不接通并开始导电。举例来说，选择LED 376，使得其接通电压约为1.64伏或更高，根据图6中示出的电路，可在I/O端口GP0处测量所述电压。另外，在正驱动LED 376时，为了防止任何信号添加到电容器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，所述端口充当到微控制器301内的模/数转换器(ADC)的输入。微控制器301的ADC测量电容器307的充电动作所建立的增加的电压。当达到预定电压电平时，微控制器301关断自动监视刺激信号302，其继而关断晶体管304，从而停止导体356上的电流，且因此停止感测变压器334处所产生的通量。当出现此情况时，微控制器301确定合格的自动监视事件已成功地过去，且如果当前计数大于零，那么使自动监视失败计数器递减。

换句话说，根据此实施例，微控制器301根据预定时间表重复自动监视例程。基于存储在微控制器301内的存储器中的软件程序，按需要以从每几秒到每月等的任何间隔运行自动监视例程。当起始例程时，以类似于如果已发生实际接地故障或如果已例如通过按压测试按钮而手动地生成模拟接地故障时将产生通量的方式(如上文所描述)的方式在感测变压器334处产生通量。

然而，自动监视例程所产生的自动监视(自测)故障与实际接地故障或通过按压测试按钮所生成的模拟故障之间存在差异。当发生实际或模拟接地故障时，应生成分别在相位导体330及中性导体332中流动的电流的差异。也就是说，导体330上的电流应不同于导体332上的电流。流过感测变压器334的此差动电流由GFCI IC装置350检测，所述装置驱动其SCR_OUT I/O端口上的信号，以激活SCR 360的栅极并将其接通。当SCR360接通时，电流被汲取通过线圈363、364，这致使中断装置315跳闸，从而致使触点托架下降，这继而致使线路、面及负载触点彼此分离(如图4中所说明)。因此，能防止电流流过相位导体330及中性导体332分别到相位面端子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。

相比之下，当根据本发明执行自动监视例程时，并不在相位导体330及中性导体332上产生差动电流，且中断装置315并不跳闸。实情为，在自动监视例程期间，感测变压器334处所生成的通量是电流流过导体356的结果，所述导体与相位导体330及中性导体332电分离。在导体356上所生成的电流仅存在较短的时间周期，例如小于先前论述的由电容器307所建立的延迟时间。

如果在到微控制器301的ADC输入(GP0)的输入处所建立的电压在自动监视例程期间的此预定时间周期内达到所编程的阈值，那么确定检测电路352成功地检测到流过感测变压器334的核心的电流，且认为自动监视事件已过去。因此，微控制器301确定包含GFCIIC装置350的检测电路352正恰当地工作。因为在自动监视例程期间流过感测变压器334的电流被设计成量值大体上类似于在模拟接地故障期间流过变压器的差动电流(例如，4到6毫安)，所以确定检测电路352将能够检测到实际接地故障，并将恰当的驱动信号提供到SCR360来使中断器315跳闸。

替代地，自动监视电路370可确定自动监视例程失败。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视例程期间达到给定电压所花费的时间比预定时间周期长，那么确定自动监视事件失败。如果出现此情况，那么使自动监视失败得分递增，且在视觉上或听觉上指示所述失败。根据一个实施例，当发生自动监视事件失败时，将微控制器301的ADC端口(GP0)转换为输出端口，且经由I/O端口GP0将电压放置在导体309上，微控制器将所述I/O端口GP0首先转换成输出端口。GP0处的此电压在导体309上生成电流，所述电流流过指示器LED 376及电阻器380到接地。随后，将微控制器301的ADC I/O端口(GP0)转换回到输入端口，并准备好进行下一所安排的自动监视事件。

根据此实施例，当发生自动监视事件失败时，指示器LED 376仅在I/O端口转换为输出且在所述端口处生成输出电压时的时间周期内点亮，否则LED 376保持较暗或不点亮。因此，如果例如每三(3)秒运行自动监视例程，且事件失败仅单次或零星地出现，那么所述事件很可能不被用户注意到。另一方面，如果失败定期出现，如在用于自动监视例程的组件中的一或多个永久停用时将出现的情况，那么微控制器301反复地接通指示器LED 376达10毫秒，且断开达100毫秒，从而因此将注意力吸引到装置，并告知用户装置的关键功能性已受损。致使自动监视例程失败的状况包含以下各项中的一或多个：断路的差动变压器、闭路的差动变压器、无电力到GFCI IC、断路的螺线管、GFCI IC的SCR触发输出连续较高，及GFCIIC的SCR输出连续较低。

根据又一实施例，如果自动监视失败得分达到预定限制，例如一(1)分钟内七(7)次失败，那么微控制器301确定装置不再安全，且已达到其寿命终点(EOL)。如果出现此情况，那么激活视觉指示器来警告用户电路中断装置已达到其使用寿命的终点。举例来说，当确定此EOL状态时，将微控制器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当记录单个故障时的情况，且经由GP0周期性地将信号放置在导体309上，即使LED376以例如10毫秒接通及100毫秒断开的速率闪烁，或连续地将信号放置在导体309上以永久地点亮LED 376。此时，自动监视例程也停止。

除了使LED 376闪烁或连续点亮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上的任选可听报警电路382。在此情况下，通过LED 376的电流在SCR 384的栅极上建立电压，使得能根据来自微控制器301的GP0的输出信号，连续或间歇地接通SCR 384。当SCR 384接通时，从相位线路导体330汲取电流以激活可听报警386(例如蜂鸣器)，其向装置的用户提供装置已达到其使用寿命的终点(即，EOL)的额外通知。举例来说，关于本发明的实施例，可听报警电路382包含并联RC电路，其包含电阻器387及电容器388。随着从相位线路导体330汲取电流，电容器388以受电阻器387的值控制的速率充电并放电，使得蜂鸣器386发出所要的间歇报警。

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、402；光传感器404(例如光电池)以及电阻器406到408。当环境光(例如根据本发明的实施例的电路中断装置附近的光的量)正升高时，光传感器404对环境光水平做出反应，以将增加的阻抗施加到晶体管398的基极，来使LED随着环境光增加而调暗。替代地，当环境光例如随着夜幕开始降临而降低时，流过传感器404的电流相应地增加。随着环境光水平降低，LED400及402点亮为越来越亮，从而因此在装置附近提供受控光水平。

图6中示出的本发明的又一实施例包含用于向微控制器301提供与装置是跳闸还是处于复位状况有关的数据的机构。如图6中所示出，光电耦合器392连接于相位及中性负载导体277、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是否被供应有电力，及装置是跳闸还是处于复位状况。当GFCI IC装置350例如经由其电压输入端口(LINE)供电(当AC电力连接到线路端子326、328时发生此情况)时，在输出端口(VS)处生成电压。此电压跨越齐纳二极管394下降，提供所述齐纳二极管来使供应到微控制器的电压维持在可接受电平内。连接于相位线路导体与GFCI IC 350的电力供应器输入端口(LINE)之间的二极管366、368确保供应到GFCI IC及VS输出的电压电平保持低于大约30伏。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并未在GP3处测量到电压，那么确定GFCI IC装置350未供应电力且宣布EOL。

替代地，如果微控制器301在GP3处测量到电压，那么基于所述电压的值，确定装置是跳闸还是处于复位状态。举例来说，根据图6中的电路，如果测得的GP3处的电压介于3.2伏与4.0伏之间，例如VCC的76％与VCC的100％之间，那么确定面(342、344)及负载(346、348)触点处不存在电力，且因此装置处于跳闸状态。如果GP3处的电压介于2.4伏与2.9伏之间，例如VCC的51％与VCC的74％之间，那么确定面及负载触点处存在电力，且装置处于复位状态。

根据又一实施例，当确定EOL时，微控制器301尝试以以下方式中的一或两种使中断装置315跳闸：(a)通过维持第三导体356上的刺激信号进入AC波的启动半循环，及/或(b)通过在微控制器301的EOL端口(GP2)处生成电压。当已宣布EOL时，例如因为自动监视例程失败了必需的次数及/或无电力正从GFCI IC装置350的供应电压输出(VS)供应，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GP3处的输入信号的值(如上文所描述)，以进一步确定装置是否已处于跳闸状态。举例来说，如果微控制器301确定装置已跳闸，例如负载及面触点未电连接到线路触点(如图4中所说明)，那么微控制器301可确定驱动SCR 369及/或SCR 361以尝试断开触点并使装置跳闸是不必要的，且因此并不经由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，以使SCR 369及/或SCR 361接通，从而因此使其能够传导电流并激活螺线管362。更具体地说，当SCR 369及/或SCR 361接通时，电流被汲取通过双线圈螺线管362的线圈364。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的构造及功能性的进一步细节可在序列号为13/422,797的美国专利申请案中找到，所述专利申请案转让给本申请案的相同受让人，且其全部内容以全文引用的方式并入本文中。

如上文所描述，当经由自动监视例程确定检测电路352未成功检测到接地故障，例如其未检测到因电流在导体356中流动而产生的通量，或未以其它方式在GFCI IC装置350的SCR_OUT输出端口处生成驱动信号，以在此检测之后驱动SCR 360的栅极时，微控制器301确定EOL，并尝试通过上文所提及的方法来使中断装置315跳闸。具体地说，微控制器301尝试通过到SCR369及SCR361的备用路径GP2，直接跳闸直接驱动初级线圈364。然而，在自动监视例程正常运行时导体356上的信号与当确定EOL时生成的导体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为将触发的SCR361及SCR 369以及将供能的线圈362及线圈363供量，从而因此激活螺线管362及369来使中断装置315跳闸。

如果中断装置315断开，或如果中断装置315原本已经断开，那么通电指示器电路321将断开。举例来说，在图6中示出的实施例中，通电指示器电路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时，也就是说，装置被供电且处于复位状态时，在AC电力的每一交替半循环上将电流汲取通过通电电路，从而因此点亮LED 322。另一方面，如果电力在负载导体277、278处不可用，例如因为中断装置315断开或跳闸，或装置复位但并未施加电力，那么LED 322将较暗或不点亮。

下文提供与符合本发明的自动监视功能性有关的额外实施例及其方面，以及已描述的方面中的一些的进一步论述。

当自测GFCI装置被正确地安装时，本文中论述的正弦AC波形连接到相位线路端子326及中性线路端子328。根据一个实施例，AC波形是包含两个半循环的60Hz信号：正8.333毫秒半循环及负8.333毫秒半循环。所谓的“启动”半循环是指正或负的特定半循环，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，且对应的相应螺线管线圈363、364传导电流，从而因此“启动”螺线管362，并致使螺线管的电枢移位。“非启动”半循环是指AC波形的替代半循环，即负或正的半循环，在此期间电流并不流过SCR或其相应的螺线管线圈，不管SCR栅极是否被触发。根据本发明的实施例，正或负半循环是否为启动半循环由与相应螺线管线圈串联放置的二极管或一些其它切换装置确定。举例来说，在图6中，二极管359、374及367经配置以使得正半循环是分别关于SCR 360、369及361的“启动”半循环。

根据符合本发明的电路中断装置的又一实施例，微控制器301任选地监视到装置的AC电力输入。举例来说，监视电连接到相位线路端子326及中性线路端子328的60Hz AC输入。

更具体地说，全60Hz AC循环花费大约16.333毫秒来完成。因此，为了监视并确认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)秒自动监视窗口内，每毫秒取样一次60Hz输入信号以识别前沿，即信号从负值变为正值的位置。当检测到前沿时，在软件中设定旗标，且递增计数。当三(3)秒测试周期结束时，使计数结果除以180，以确定频率是否在指定范围内。举例来说，如果频率稳定在60Hz，那么除以180的结果将为1.0，因为在值得60Hz信号的三(3)秒内，存在180个正边沿及180个循环。如果确定频率不在给定范围，例如50Hz到70Hz内，那么自动监视自测故障测试停止，但继续对GP3的监视。因此，当根据本发明的电路中断装置连接到可变电源(例如便携式发电器)，且电源在启动时展现较低频率，且在实现最佳频率(例如，60Hz)之前需要稳定周期时，能避免过早或错误的电源故障确定。

如果频率在最佳频率处不稳定，或至少不在可接受范围内，那么延迟自动监视例程的起始，直到频率稳定为止。如果在预定时间内所述频率并未实现最佳频率，或可接受范围内的频率，那么递增失败得分。类似于先前关于自动监视例程论述的失败得分，如果得分达到给定阈值，那么微控制器301宣布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。因为一些微控制器包含非易失性存储器，例如用于在电力中断的情况下存储各种数据等，所以根据又一实施例，在装置加电后，清除非易失性存储器内的所有事件、定时器、得分及/或状态。因此，如果因不当装置安装、不充分或不当电力，或关于电路中断装置自身的一些其它非严重状况而产生失败得分或其它状况，那么当得分递增事件可不再存在时，失败得分在加电后复位。避免根据本发明的此潜在问题的另一方式是利用不包含非易失性存储器的可编程装置。

因此，本发明尤其提供具有一或多个线路触点臂及一或多个负载触点臂的GFCI插座。线路触点臂各自具有定位于线路触点臂的弯曲部分上的上部相位及中性线路触点，及定位于线路触点臂的大体上笔直部分上的下部相位及中性线路触点。负载触点臂各自具有定位于负载触点臂的弯曲部分上的相位及中性负载触点。在以下权利要求书中阐述本发明的各种特征及优点。

Claims (18)

1.一种布线装置，其包括：

面端子，其用于电连接到外部负载；

线路端子，其用于电连接到外部电力供应器；

负载端子，其用于电连接到第二外部负载；

面触点，其电连接到所述面端子；

一或多个线路触点臂，其电连接到所述线路端子，每一线路触点臂具有

上部线路触点，其定位于所述线路触点臂的弯曲部分上，以及

下部线路触点，其定位于所述线路触点臂的大体上笔直部分上；以及

一或多个负载触点臂，其电连接到所述负载端子，每一负载触点臂具有

负载触点，其定位于所述负载触点臂的弯曲部分上；

其中，当所述布线装置处于闭合位置时，所述面触点及所述上部线路触点是电连接的，且所述下部线路触点及所述负载触点是电连接的，且当所述布线装置处于断开位置时，所述面触点及所述上部线路触点是电断开的，且所述下部线路触点及所述负载触点是电断开的。

2.根据权利要求1所述的布线装置，其中当所述布线装置处于所述闭合位置时，所述面触点与所述上部线路触点大体上平坦连接。

3.根据权利要求1所述的布线装置，其中当所述布线装置处于所述闭合位置时，所述下部线路触点与所述负载触点大体上平坦连接。

4.根据权利要求1所述的布线装置，其中所述线路触点臂的所述弯曲部分相对于所述线路触点臂的所述大体上笔直部分以大约三度到大约六度的角度弯曲。

5.根据权利要求1所述的布线装置，其中所述负载触点臂的所述弯曲部分以大约三度到大约六度的角度弯曲。

6.根据权利要求1所述的布线装置，其进一步包括故障检测电路，所述故障检测电路检测所述布线装置中的故障状况并在检测到所述故障状况时生成故障检测信号，其中所述故障检测信号将所述面触点与所述上部线路触点及所述下部线路触点与所述负载触点电断开。

7.一种布线装置，其包括：

面触点；

一或多个线路触点臂，其具有

上部线路触点，其定位于所述线路触点臂的弯曲部分上，以及

下部线路触点，其定位于所述线路触点臂的大体上笔直部分上；

一或多个负载触点臂，其具有

负载触点，其定位于所述负载触点臂的弯曲部分上；以及

故障检测电路，其检测所述布线装置中的故障状况并在检测到所述故障状况时生成故障检测信号，其中所述故障检测信号将所述面触点与所述上部线路触点及所述下部线路触点与所述负载触点电断开。

8.根据权利要求7所述的布线装置，其进一步包括

面端子，其用于电连接到外部负载，所述面端子电连接到所述上部线路触点；

线路端子，其用于电连接到外部电力供应器，所述线路端子电连接到所述一或多个线路触点臂；以及

负载端子，其用于电连接到第二外部负载，所述负载端子电连接到所述一或多个负载触点臂。

9.根据权利要求7所述的布线装置，其中当所述布线装置处于闭合位置时，所述面触点与所述上部线路触点大体上平坦连接。

10.根据权利要求7所述的布线装置，其中当所述布线装置处于所述闭合位置时，所述下部线路触点与所述负载触点大体上平坦连接。

11.根据权利要求7所述的布线装置，其中所述线路触点臂的所述弯曲部分相对于所述线路触点臂的所述大体上笔直部分以大约三度到大约六度的角度弯曲。

12.根据权利要求7所述的布线装置，其中所述负载触点臂的所述弯曲部分以大约三度到大约六度的角度弯曲。

13.一种操作布线装置的方法，所述方法包括：

提供面触点；

提供一或多个线路触点臂，每一线路触点臂具有

上部线路触点，其定位于所述线路触点臂的弯曲部分上，以及

下部线路触点，其定位于所述线路触点臂的大体上笔直部分上；

提供一或多个负载触点臂，每一负载触点臂具有

负载触点，其定位于所述负载触点臂的弯曲部分上；

电连接所述面触点与所述上部线路触点；以及

电连接所述下部线路触点与所述负载触点。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述面触点与所述上部线路触点以大体上平坦连接电连接。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述下部线路触点与所述负载触点以大体上平坦连接电连接。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述线路触点臂的所述弯曲部分相对于所述线路触点臂的所述大体上笔直部分以大约三度到大约六度的角度弯曲。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述负载触点臂的所述弯曲部分以大约三度到大约六度的角度弯曲。

18.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括

检测故障状况；以及

在检测到所述故障状况时，将所述面触点与所述上部线路触点及所述下部线路触点与所述负载触点电断开。