CN110690682B - 用于拒绝向电气布线设备中的螺线管供电的电路和方法 - Google Patents

Abstract

一种电气布线设备，其具有固态开关元件，该固态开关元件被定位在故障检测开关元件和螺线管线圈之间，以在断路器处于跳闸状态时防止螺线管线圈通电。固态开关元件可以具有栅极，当断路器处于复位状态时其接收接通固态开关元件的栅极信号以及当断路器处于跳闸状态时，其不接收栅极信号，使得第二开关元件断开。栅极可以被连接到线路端子并通过响应于断路器状态的机械开关或通过由处理器驱动的另一个固态开关接地，该处理器被编程为检测断路器是处于复位状态还是跳闸状态。

Description

用于拒绝向电气布线设备中的螺线管供电的电路和方法

技术领域

本发明涉及布线设备，并且更具体地涉及一种用于在跳闸状况下(包括如果已经发生寿命终止状况)拒绝向布线设备的螺线管供电的方法。

背景技术

在寿命终止状况下，负责触发中断提供给接地故障断路器(GFCI)的GFCI输出端子的电力的可控硅整流器(SCR)可能会短路。作为结果，电流将无阻碍地流过螺线管，直到它熔断为止。由于管理GFCI的行业标准要求已达到寿命终止的设备能够拒绝向GFCI输出端子供电，因此螺线管的熔断会产生问题，这是因为它再也不能致使断开向GFCI输出端子的供电。

解决如何在寿命终止状况下拒绝供电的问题的常规方法包括：插入与螺线管的电感器串联的机械开关，其在设备跳闸时断开。然而，机械开关在扳动(thrown)开关时，可能致使触点之间不期望的电弧放电，并且能够承受这种电弧放电的开关是昂贵的。因此，在本技术中需要一种不依赖于机械开关的在寿命终止状况下拒绝向布线设备的螺线管供电的方法。

发明内容

本公开涉及一种电气布线设备，其能够在设备处于跳闸状态时拒绝向布线设备的螺线管供电，使得如果SCR达到寿命终止，则螺线管将不会熔断。取而代之的是，当SCR达到寿命终止时，每当设备复位时，设备将立即跳闸，从而设备在寿命终止状况下拒绝向GFCI输出端子供电。

根据一个方面，一种电气布线设备，包括：故障保护电路，其被配置为响应于检测到至少一种类型的预定故障状况而提供故障检测信号；断路器，其被配置为在复位状态下耦合多个线路端子和多个负载端子，并且在跳闸状态下将多个线路端子和多个负载端子解耦；第一固态开关，其被电耦合以接收第一栅极处的故障检测信号，该第一固态开关响应于接收到第一栅极处的故障检测信号而接通；螺线管，其被电耦合到第一固态开关，使得螺线管在第一固态开关接通时通电，该螺线管在通电时生成磁场，其使断路器移动进入跳闸状态；第二固态开关，其与第一固态开关和螺线管串联连接，其中当断路器处于跳闸状态时第二固态开关断开，使得螺线管被阻止通电。

在示例中，第二固态开关包括第二栅极，其中当断路器处于复位状态时，第二固态开关接收栅极信号，使得第二固态开关接通，其中当断路器处于跳闸状态时，第二固态开关不接收栅极信号，使得第二固态开关断开。

在示例中，电气布线设备还包括机械开关，其被定位为管理输入到第二固态开关的第二栅极的栅极信号。

在示例中，电气布线设备还包括第三固态开关，其被定位为管理输入到第二固态开关的第二栅极的栅极信号。

在示例中，第三固态开关具有第三栅极，其接收来自处理器的第三栅极信号，该处理器被编程为确定断路器何时处于复位状态以及断路器何时处于跳闸状态。

在示例中，第一固态开关是可控硅整流器。

在示例中，第二固态开关是可控硅整流器。

在示例中，第二固态开关是双极结型晶体管。

在示例中，第三固态开关是双极结型晶体管。

根据另一方面，一种在寿命终止状况下拒绝向电气布线设备供电的方法，包括以下步骤：提供与螺线管和第二固态开关串联连接的第一固态开关，其中第二固态开关响应于故障检测信号而接通，以便使螺线管通电以致使断路器从复位状态移动到跳闸状态，其中，在复位状态下，多个线路端子和多个负载端子被耦合在一起，其中，在跳闸状态下，多个线路端子和多个负载端子被解耦；当断路器处于复位状态时，接通第一固态开关，以允许电流流过螺线管和第二固态开关；以及当断路器处于跳闸状态时，断开第一固态开关，使得电力不流过螺线管和第二固态开关。

在示例中，该方法还包括以下步骤：使用耦合到断路器的机械开关，以可选择地使第一固态开关在复位状态下接通以及在跳闸状态下断开。

在示例中，该方法还包括以下步骤：使用耦合到第一固态开关的栅极的第三固态开关，以可选择地使第一固态开关在复位状态下接通以及在跳闸状态下断开。

在示例中，第一固态开关是可控硅整流器。

在示例中，第二固态开关是可控硅整流器。

在示例中，第二固态开关是双极结型晶体管。

在示例中，第三固态开关是双极结型晶体管。

根据一个方面，一种电气布线设备，包括：故障保护电路，其被配置为响应于检测到至少一种类型的预定故障状况而提供故障检测信号；断路器，其被配置为在复位状态下耦合多个线路端子和多个负载端子，和在跳闸状态下将多个线路端子和多个负载端子解耦；第一固态开关，其被电耦合以接收第一栅极处的故障检测信号，第一固态开关响应于接收到第一栅极处的故障检测信号而接通；螺线管，其被电耦合到第一固态开关，使得螺线管在第一固态开关接通时通电，螺线管在通电时生成磁场，该磁场使断路器移动进入跳闸状态；与螺线管并联设置的第二固态开关，其中当断路器处于跳闸状态时第二固态开关接通，使得电流从螺线管分流。

在示例中，第二固态开关包括第二栅极，其中当断路器处于复位状态时，第二固态开关接收栅极信号，使得第二固态开关断开，其中当断路器处于跳闸状态时，第二固态开关不接收栅极信号，使得第二固态开关接通。

在示例中，电气布线设备还包括机械开关，其被定位为管理被输入到第二固态开关的第二栅极的栅极信号。

附图说明

通过结合附图阅读以下详细描述，将更全面地理解和领会本发明，在附图中：

图1是根据本发明的具有固态开关的第一示例的布线设备的示意图，该固态开关用于防止在SCR寿命终止事件的情况下断路器的螺线管熔断；

图2是根据本发明的具有固态开关的第二示例的布线设备的示意图，该固态开关用于防止在SCR寿命终止事件的情况下断路器的螺线管熔断；

图3是根据本发明的具有固态开关的第三示例的布线设备的示意图，该固态开关用于防止在SCR寿命终止事件的情况下断路器的螺线管熔断；

图4是根据本发明的具有固态开关的第四示例的布线设备的示意图，该固态开关用于防止在SCR寿命终止事件的情况下断路器的螺线管熔断；

图5是根据本发明的具有固态开关的第五示例的布线设备的示意图，该固态开关用于防止在SCR寿命终止事件的情况下断路器的螺线管熔断；并且

图6是根据本发明的具有固态开关的第六示例的布线设备的示意图，该固态开关用于防止在SCR寿命终止事件的情况下断路器的螺线管熔断。

图7是根据本发明的具有固态开关的第七示例的布线设备的局部示意图，该固态开关用于防止在SCR寿命终止事件的情况下断路器的螺线管熔断。

图8是根据本发明的具有固态开关的第八示例的布线设备的局部示意图，该固态开关用于防止在SCR寿命终止事件的情况下断路器的螺线管熔断。

图9是根据本发明的具有固态开关的第九示例的布线设备的局部示意图，该固态开关用于防止在SCR寿命终止事件的情况下断路器的螺线管熔断。

具体实施方式

参照附图，其中相同的标号始终指代相同的部件，在图1中可以看到根据本发明的提供故障保护的电气布线设备10。电气布线设备10包括差动变压器L1和接地的中性发射机(neutral transmitter)L2。差动变压器L1包括次级绕组，其通过噪声滤波电路耦合到故障检测器U1(诸如除了别的以外可以检测接地故障的专用集成电路)。差动变压器L1感测火线和中性线之间的电流差，并经由输入端(IN-，IN+)向故障检测器U1提供传感器信号。当差动电流(传感器信号)超过预定阈值时，故障检测器U1在SCR输出线路上提供故障检测信号。

来自故障检测器U1的故障检测信号在接通并因此响应于故障检测信号而开始导通的SCR Q1的栅极处被接收。当SCR Q1接通并且在AC线路循环的中间导通时，螺线管K1A被通电较短一段时间(即通常小于约25毫秒)，使得螺线管K1A的电枢使断路器12跳闸以从复位状态移动到跳闸状态。断路器12在复位状态下将多个线路端子(LINE HOT(火线)和LINENEU(中性线))、多个馈通负载端子(FEEDTHRU HOT(馈通火线)和FEEDTHRU NEU(馈通中性线))以及多个插座负载端子(FACE HOT(面部火线)和FACE NEU(面部中性线))进行耦合，并且在跳闸状态下，将多个线路端子(LINE HOT和LINENEU)、多个馈通负载端子(FEEDTHRUHOT和FEEDTHRU NEU)以及多个插座负载端子(FACE HOT和FACE NEU)进行解耦。

如果故障状况得到解决，则螺线管K1A不再通电，并且断路器12可以例如经由机械复位按钮手动返回到复位位置。电气布线设备10还可以包括控制器U2，其提供包括监视电气布线设备10的状态的附加功能。例如，控制器U2可以包括支持电路并且被编程为执行诸如自测试、错误接线检测和状态指示的功能。

然而，在潜在的寿命终止情况下，SCR Q1可能短路并允许电力流过螺线管K1A。电流长期流过螺线管K1A可能致使螺线管K1A熔断。如果螺线管K1A已熔断，则它不再能够在跳闸状态下使断路器12跳闸以拒绝向GFCI输出端子供电。然而，当故障检测器U1检测到接地故障时，即使螺线管K1A不能够使断路器12跳闸，断路器12仍然能够由用户手动复位。作为结果，尽管设备10对用户来说好像是操作的，但它不再能够提供接地故障保护并且将不符合指定设备10必须能够拒绝向GFCI输出端子(例如，馈通端子FEEDTHRU HOT和FEEDTHU NEU以及面部端子(face terminals)FACE HOT和FACE NEU)供电的规定。

在图1中可以看到固态开关的第一示例，其可以防止螺线管K1A的熔断，使得即使SCR Q1达到其寿命终止，设备10也将拒绝向GFCI输出端子供电。在该示例中，固态开关包括SCR Q3，其被串联连接在SCR Q1和螺线管K1A之间。SCR Q3的栅极经由二极管D2和电阻器R7和R16被连接到LINE HOT，并且还通过电阻器R35和开关K1B接地。开关K1B被连接到断路器12，使得当断路器12处于跳闸位置时开关K1B闭合，并且当断路器12处于复位位置时开关K1B断开。当断路器12处于复位位置并且开关K1B断开时，SCR Q3的栅极处的电压将是高的，并且因此SCR Q3将接通。(在本公开中，高电压和低电压参考相关固态开关分别开始导通和停止导通时的电压。类似地，当提及固态开关时，接通用于指代固态开关的导通状态，并且断开指代非导通状态。)在故障的情况下或者如果SCR Q1已达到寿命终止，则SCR Q1开始导通并因此使螺线管K1A通电、使断路器12跳闸。断路器12的跳闸闭合开关K1B，有效地将SCRQ3的栅极接地，使得SCR Q3的栅极电压是低的并且SCR Q3进入断开状态，并且K1A与SCR Q1电断开连接。

在断路器12跳闸之后，复位断路器12将断开开关K1B，使得SCR Q3将再次接通，并且任何将来的故障检测都可能导致断路器12跳闸。假设在断路器12复位之前将可能解决任何故障状况，当SCR Q3再次接通时SCR Q1将不导通，并且因此断路器12将保持在复位状态直到SCR Q1再次开始导通为止。然而，如果SCR Q1由于其达到寿命终止而开始导通，则在复位断路器12之后它将保持导通。因此，当断路器12复位，并且开关K1B断开且SCR Q3接通时，由于SCR Q1处于寿命终止状态，因此将立即允许电流流过螺线管K1A，从而致使螺线管K1A再次使断路器12跳闸。因此，在SCR Q1达到寿命终止的情况下，任何复位断路器12的尝试都将导致断路器12立即跳闸。因此，设备10将在寿命终止状况下继续拒绝向馈通端子FEEDTHRU HOT和FEEDTHU NEU以及面部端子FACE HOT和FACE NEU供电。然而，复位设备10并且使其在任何有用的持续时间内保持在复位状态将是不可能的。

在图1中，电阻器R13被包括作为电流传感器，以允许控制器U2监视跳闸状态，而不干扰SCR Q1或任何其他部件的操作。

参考图2，固态开关的第二示例又包括被定位在SCR Q1和螺线管K1A之间的SCRQ3。SCR Q3的栅极经由电阻器R7被连接到LINE HOT，并通过开关K1B接地，开关K1B在断路器12断开时闭合。当断路器12处于复位位置并且开关K1B断开时，SCR Q3的栅极处的电压使SCR Q3保持接通。在故障的情况下或者如果SCR Q1已经达到寿命终止，则SCR Q1将变为导通并且将使断路器12跳闸，这是因为当SCR Q3也导通时允许电力流过螺线管K1A。使断路器12跳闸闭合了开关K1B并有效地将SCR Q3的栅极接地，从而断开SCR Q3并且使螺线管K1A与SCR Q1断开连接。

参考图3，固态开关的第三示例包括被定位在SCR Q1和螺线管K1A之间的附加SCRQ3。SCR Q3的栅极经由二极管D2和电阻器R7被连接到LINEHOT，并通过电阻器R35和常闭的开关K1B接地。作为结果，当断路器12处于复位位置并且开关K1B断开时，SCR Q3的栅极处的电压使SCR Q3保持在接通状态并因此导通，使得当SCR Q1接通时电力将流过螺线管K1A。在故障的情况下或者如果SCR Q1已经达到寿命终止，则SCR Q1开始导通并且通过允许电流流过螺线管K1A而将使断路器12跳闸。断路器12的跳闸使开关K1B闭合并有效地将SCR Q3的栅极接地，从而将SCR Q3置于非导通状态并使螺线管K1A与SCR Q1电断开连接。

在图2和图3的示例(与图1的示例一样)中，在断路器12跳闸之后，复位断路器12将断开开关K1B，使得SCR Q3将再次接通，并且任何将来的故障检测都可能导致断路器12跳闸。假设在断路器12复位之前将可能解决任何故障状况，当SCR Q3再次接通时SCR Q1将不导通，并且因此断路器12将保持在复位状态直到SCR Q1再次开始导通为止。然而，如果SCRQ1由于其达到寿命终止而开始导通，则在复位断路器12之后它将保持导通。因此，当断路器12复位，并且开关K1B闭合并且SCR Q3接通时，由于SCR Q1处于寿命终止状态，因此将立即允许电流流过螺线管K1A，从而致使螺线管K1A再次使断路器12跳闸。因此，在SCR Q1达到寿命终止的情况下，任何复位断路器12的尝试都将导致断路器12立即跳闸。因此，设备10将在寿命终止状况下继续拒绝向馈通端子FEEDTHRU HOT和FEEDTHU NEU以及面部端子FACE HOT和FACE NEU供电。然而，复位设备10并且使其在任何有用的持续时间内保持在复位状态将是不可能的。

一般而言，将图2和3与图1进行比较，包含二极管D2和电阻器R16将栅极电压调节到SCR Q3。更具体地，二极管D2确保了仅向SCR Q3栅极提供正电压。电阻器R16还限制穿过SCR Q3的电流，以防止超过SCR Q3的公差的电流穿过栅极。

参考图4，固态开关的第四示例包括被定位在SCR Q1和螺线管K1A之间的SCR Q3。SCR Q3的栅极通过电阻器R7被连接到LINE HOT，并经由双极结型晶体管(BJT)Q7接地。BJTQ7的基极被连接到控制器U2的输出端SHDN。当输出端SHDN为高时，BJT Q7接通，将SCR Q3的栅极接地，使得SCR Q3断开。相反，当SHDN的输出为低时，BJT Q7不再导通。作为结果，SCRQ3的栅极变为高，使得SCR Q3接通。因此，BJT Q7，像结合图1-3描述的示例中的开关K1B一样，管理SCR Q3的栅极电压。

在复位状态下，控制器U2不通过输出端SHDN发送信号，因此BJT Q7保持断开，并且因此SCR Q3保持接通。作为结果，在故障的情况下或者SCR Q1已经达到寿命终止，则SCR Q1开始导通并且可以通过允许电流流过螺线管K1A和SCR Q3来使断路器12跳闸。当控制器U2(例如，通过检测到U2PA2输入端处的电压高或低，其对应于系到断路器12的开关K1B的状态)检测到跳闸时，U2通过输出端SHDN发送输出信号，以将BJT Q7接通，从而断开SCR Q3并使SCR Q1与螺线管K1A断开连接。当设备10被用户复位时，U2将检测到设备处于复位状态(再次通过PA2输入端)并且停止通过输出端SHDN发送信号，从而使SCR Q3接通。

在SCR Q1已经达到寿命终止的情况下，流过SCR Q1到螺线管K1A的电力将被SCRQ3断开连接，从而防止螺线管K1A的任何熔断。复位断路器12将断开开关K1B，从而向控制器U2指示设备10已被复位。控制器U2将停止经由输出端SHDN提供信号以闭合BJT Q7，这允许SCR Q3闭合，使得电力可以流过螺线管K1A。如果SCR Q1仍然是操作的，则设备10将准备好检测并响应故障。如果SCR Q1已经在寿命终止状况下短路，则电力将流过螺线管K1A并致使断路器12跳闸。因此，设备10将继续拒绝向馈通端子FEEDTHRU HOT和FEEDTHU NEU以及面部端子FACE HOT和FACE NEU供电。

参考图5，固态开关的第五示例包括BJT Q6而不是SCR，该BJT Q6被定位在SCR Q1和螺线管K1A之间。BJT Q6的栅极通过电阻器R7被连接到LINEHOT，并且经由第二BJT Q7接地。BJT Q7的栅极被连接到控制器U2的输出端SHDN。当输出端SHDN为高时，BJT Q7接通，将BJT Q6的基极接地，使得BJT Q6断开并停止导通。相反，当SHDN的输出为低时，BJT Q7不再导通，并且作为结果，BJT Q6的基极变为高，使得BJT Q6接通并开始导通。因此，BJT Q7管理BJT Q6的基极电压。

作为结果，在故障的情况下或者如果SCR Q1已经达到寿命终止，则SCR Q1开始导通并且经由BJT Q6通过允许电流流过螺线管K1A来使断路器12跳闸。当控制器U2通过开关K1B(其响应于断路器12的跳闸而闭合并且当断路器12被复位时断开)的闭合来检测断路器12的跳闸时，控制器U2在输出端SHDN上发送高信号，从而闭合BJT Q7并且致使BJT Q6断开。在SCR Q1已经达到寿命终止的情况下，流过SCR Q1到螺线管K1A的电力将通过Q7闭合而断开连接，从而防止螺线管K1A的任何熔断。复位断路器12将断开开关K1B，从而向控制器U2指示设备10已被复位。控制器U2将停止经由输出端SHDN提供信号(或以其他方式提供低信号)，以便断开使BJT Q6闭合的Q7，使得电力可以从SCR Q3流到螺线管K1A。如果SCR Q1仍然是操作的，则设备10将准备好检测并响应故障。如果SCR Q1已经在寿命终止状况下短路，则电力将流过螺线管KAI足够长，以使断路器12跳闸，这也将阻止电力流过螺线管K1A并防止任何不期望的熔断。因此，当螺线管K1A保持操作时，设备10将继续拒绝向馈通端子FEEDTHRU HOT和FEEDTHU NEU以及面部端子FACE HOT和FACE NEU供电。

参考图6，固态开关的第六示例包括被定位在SCR Q1和螺线管K1A之间的BJT Q6。BJT Q6的栅极通过电阻器R7被连接到LINE HOT，并经由电阻器13和第二BJT Q7接地。像图5的示例一样，BJT Q7的栅极被连接到控制器U2的输出端SHDN。当输出端SHDN为高时，BJT Q7导通，将BJT Q6的基极接地，使得BJT Q6断开并停止导通。相反，当SHDN的输出为低时，BJTQ7不再导通，并且作为结果，BJT Q6的基极变为高并接通。因此，BJT Q7管理BJTQ6的基极电压。

作为结果，在故障的情况下或者如果SCR Q1已经达到寿命终止，则SCR Q1开始导通并且可以通过允许电流流过螺线管K1A和BJT Q6来使断路器12跳闸。当控制器U2通过开关K1B(其响应于断路器12的跳闸而闭合并且当断路器12被复位时断开)的闭合来检测断路器12的跳闸时，控制器U2在输出端SHDN上发送高信号，从而闭合Q7并且致使Q6断开。在SCRQ1已经达到寿命终止的情况下，流过SCR Q1到螺线管K1A的电力将通过Q6断开而断开连接，从而防止螺线管K1A的任何熔断。复位断路器12将断开开关K1B，从而向控制器U2指示设备10已被复位。控制器U2将停止经由输出端SHDN提供信号以断开Q7(或以其他方式提供低信号)，这允许Q6闭合，使得电力可以从SCR Q1流到螺线管K1A。如果SCR Q1仍然是操作的，则设备10将准备好检测并响应故障。如果SCR Q1已经在寿命终止状况下短路，则电力将流过螺线管K1A足够长，以使断路器12跳闸，这不久之后将阻止电力流过螺线管K1A并防止经由Q6的任何不期望的熔断。因此，当螺线管K1A保持操作时，设备10将继续拒绝向馈通端子FEEDTHRU HOT和FEEDTHU NEU以及面部端子FACE HOT和FACE NEU供电。

一般而言，SCR(诸如图1-4中的SCR Q3)在与SCR Q1和螺线管K1A串联连接的固态开关的位置中优于晶体管(诸如图5-6中的BJT Q6)，这是因为SCR在栅极处需要较少的电流来接通。此外，一旦SCR接通，用于保持接通的保持电流小于保持晶体管接通所需的电流。此外，SCR通常可以承受更高的电流。与SCR相比，能够承受相同电流的晶体管相对昂贵。

此外，如图1-3的示例中所示，机械开关K1B通常优于晶体管(诸如BJTQ7)，这是因为它更容易实现且如果控制器U2发生故障，则继续操作。

在结合图1-6描述的以上示例中，作为SCR、BJT、MOSFET或任何其它适合的开关的固态开关在断路器12处于复位状态时接通，并且在断路器12处于跳闸状态时断开。当固态开关接通时，SCR Q1被电连接到螺线管K1A；反之，当固态开关断开时，SCR Q1与螺线管K1A电断开连接，从而防止螺线管K1A熔断。固态开关的状态由其栅极/基极电压确定，该栅极/基极电压由机械开关或固态开关结合控制器U2管理。应该理解的是，图1-6仅作为示例提供，并且用于管理固态开关的栅极/基极电压以将螺线管K1A与SCR Q1电断开连接的其他配置可以被预期。

虽然固态开关(例如，SCR Q3或BJT Q6)在图1-6中被示出为串联设置在SCR Q1和螺线管K1A之间，但应当理解的是，固态开关可以被定位在与螺线管K1A串联的任何位置，使得流过螺线管K1A的电流被中断并且防止K1A通电。例如，返回到图1，固态开关Q3可以替代地被定位在螺线管K1A上方(即，被串联连接在螺线管K1A和LINE HOT之间)或被定位在SCRQ1下方(即，被串联连接在SCR Q1和NEU之间)，并且当断路器12处于跳闸状态时，仍然有效地破坏了流过螺线管K1A的电流。总之，固态开关可以与螺线管K1A串联放置，以便当断路器12处于跳闸状态时(通过断开)中断流过螺线管K1A的电流。

在可替换的示例中，例如，如图7-9所示，固态开关(例如，SCR Q3或BJTQ6)可以与螺线管Q1并联而不是串联放置，以便当断路器12处于跳闸状态时将电流从螺线管K1A分流。将电流从螺线管K1A分流将减小流过螺线管K1A的电流，从而防止其熔断。在该示例中，相对于结合串联示例描述(例如，结合图1-6描述)的固态开关的操作，固态开关的操作是相反的。换句话说，当断路器12处于复位状态时，并联固态开关断开，使得电流将不会流过固态开关；然而，当断路器处于跳闸状态时，并联固态开关接通，使得电流将流过固态开关，从而将电流从螺线管K1A分流。并联固态开关在处于复位状态时保持断开，使得在故障的情况下，螺线管K1A可以变为通电并且使断路器12跳闸。

例如，图7示出了布线设备的局部示意视图，其中SCR Q3与螺线管K1A并联放置。(就组件未在图7-9的部分示意视图中示出而言，应当理解的是，它们可以在适当时如在图1-6的各种示例中示出的那样实施。)SCR Q3的状态由机械开关K1B管理，使得当断路器12处于复位状态时SCR Q3断开，而当断路器12处于跳闸状态时SCR Q3接通。当SCR Q3接通时，通过SCR Q3的电流可能受到电阻器R36的限制。如由电阻器R36限制的通过SCR Q3的电流应当足以使电流从螺线管K1A分流，以便保护螺线管K1A免于在寿命终止状态下熔断。因此，图7的示例以类似于图1的方式(除了SCR Q3与螺线管K1A并联，以及机械开关K1B在断路器12处于复位状态时闭合，而在断路器12处于跳闸状态时断开之外)进行操作。

如图8所示，SCR Q3的状态可以替代地由固态开关(诸如BJT Q7)以类似于图4的示例的方式来管理。然而，如上所述，因为SCR Q3与螺线管K1A并联，所以其操作与图4中描述的操作相反。例如，当断路器12处于复位状态时，来自控制器U2、SHDN的信号保持为高，使得SCR Q3的栅极接地(因为BJT Q7接通)并保持断开。相反，当断路器12处于跳闸状态时，SHDN保持为低，使得SCR Q3的基极电压为高并且SCR Q3保持接通，以便将电流从螺线管K1A分流。

如图9所示，与图5和6的示例相同，并联固态开关可以由诸如BJT Q6的晶体管实施。然而，图9的示例的操作与结合图8描述的示例的操作相同。

尽管故障检测器U1和控制器U2在图1-9中各自被示为单个微控制器，但是应该理解的是，在可替选的示例中，故障检测器U1和控制器U2两者都可以被实施为单个控制器。此外，在其他示例中，故障检测器U1或控制器U2中的一个或两个可以被实施为多于一个的微控制器，其一致行动，以执行针对故障检测器U1和控制器U2描述的功能。

此外，虽然固态开关在图1-9中已经被示出为SCR和BJT，但是应当理解的是，MOSFET或其它合适的固态开关可以在替代的示例中使用。

虽然本文已经描述和示出了多个创造性实施例，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文描述的功能和/或获得本文描述的结果和/或一个或多个优点的各种其他装置和/或结构的变化，并且这种变化和/或修改中的每个被认为是在本文描述的创造性实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解的是，本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置旨在是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于创造性教导所用于的一个或多个具体应用。本领域技术人员将认识到或者能够使用不超过常规的实验探知本文描述的具体创造性实施例的许多等同方案。因此，要理解的是，前述实施例仅以示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同方案的范围内；可以不同于具体描述和要求保护的那样来实践创造性实施例。

本文引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)均通过引用并入于此，其程度如同每个参考文献被单独且具体地指示为通过引用其整体并入本文并且以其整体进行阐述。

如本文定义和使用的所有定义应理解为以字典定义、通过引用并入的文献中的定义、和/或定义的术语的普通含义为主。

在描述本发明的上下文中(尤其在所附权利要求的上下文中)，除非本文另有指示或明确地与上下文矛盾，否则术语“一”和“一个”和“该”以及类似指示词的使用应被解释为涵盖单数和复数二者。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应被解释为开放式术语(即，意味着“包括但不限于”)。术语“连接”应被解释为部分或全部包含在内、附接到或接合在一起，即使存在某些介入物。

如本文在说明书和权利要求中所使用的，短语“至少一个”在引用一个或多个要素的列表时，应当被理解为意指选自要素列表中的任何一个或多个要素的至少一个要素，但是不一定包括要素列表内具体地列出的每个和每一个要素中的至少一个，且不排除要素列表中的要素的任何组合。该定义还允许除了在短语“至少一个”所指的要素列表内具体指定的要素之外，还可任选地存在另一些要素，无论与具体指定的那些要素有关还是无关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一者”(或等效地，“A或B中的至少一者”或等效地，“A和/或B中的至少一者”)在一个实施例中可以指代至少一个A，任选地包括一个以上A，而B不存在(并且任选地包括除了B之外的元素)；在另一实施例中可以指代至少一个B，任选地包括一个以上B，而A不存在(并且任选地包括除了A之外的元素)；在又另一实施例中可以指代至少一个A，任选地包括一个以上A，以及至少一个B，任选地包括一个以上B(并且任选地包括其他元素)；等等。

还应理解的是，除非明确相反地指出，否则在本文所要求保护的包括一个以上的步骤或行动的任意方法中，方法的步骤或行动的顺序不是必要地限制于方法的步骤或行动被叙述的顺序。

在整个说明书和权利要求书中，本文使用的近似语言可以被应用于修饰任何定量表示，其可允许变化，而不导致改变与它相关的基本功能。因此，由一个或多个术语(诸如“约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在这里并且在整个说明书和权利要求书中，范围限制可以被组合和/或互换，这种范围被标识，并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。

除非本文另有指示，否则本文中对值的范围的叙述仅旨在用作单独提及落入范围内的每个单独值的速记方法，且每个单独值均被并入说明书，如同其在本文被单独叙述一样。

除非本文另有指示或上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法均可以任何适合的顺序执行。除非另有声明，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本发明的实施例，并且不对本发明的范围施加限制。

说明书中的任何语言都不应被解释为指示任何非要求保护的元素对本发明的实践是必不可少的。

在权利要求书以及上面的说明书中，所有过渡短语诸如“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“由……构成”等将被理解为开放式的，即，意指包括但不限于。只有过渡短语“由......组成”和“基本上由......组成”应分别是封闭或半封闭的过渡短语，如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所述。

对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。并非旨在将本发明限于所公开的一种或多种特定形式，而是相反，本发明旨在涵盖落入如所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围内的所有修改、替代结构以及等同方案。因此，本发明旨在覆盖对本发明的修改和变化，只要它们在所附权利要求及其等同方案的范围内即可。

Claims (13)

1.一种电气布线设备，包括：

故障保护电路，所述故障保护电路被配置为响应于检测到至少一种类型的预定故障状况而提供故障检测信号；

断路器，所述断路器被配置为在复位状态下耦合多个线路端子和多个负载端子，并且在跳闸状态下将所述多个线路端子和所述多个负载端子解耦；

第一固态开关，所述第一固态开关被电耦合以接收第一栅极处的所述故障检测信号，所述第一固态开关响应于接收到所述第一栅极处的所述故障检测信号而接通；

螺线管，所述螺线管被电耦合到所述第一固态开关，使得所述螺线管在所述第一固态开关接通时通电，所述螺线管在通电时生成磁场，所述磁场使所述断路器移动进入所述跳闸状态；

第二固态开关，所述第二固态开关与所述第一固态开关和所述螺线管串联连接，其中，当所述断路器处于所述跳闸状态时所述第二固态开关断开，使得防止所述螺线管通电，其中，所述第二固态开关包括第二栅极，其中当所述断路器处于所述复位状态时，所述第二固态开关接收栅极信号，使得所述第二固态开关接通，其中，当所述断路器处于所述跳闸状态时，所述第二固态开关不接收所述栅极信号，使得所述第二固态开关断开，

其中，所述电气布线设备还包括：

机械开关，其被定位为管理被输入到所述第二固态开关的第二栅极的所述栅极信号，或

第三固态开关，其被定位为管理被输入到所述第二固态开关的第二栅极的所述栅极信号。

2.根据权利要求1所述的电气布线设备，其中，所述第三固态开关具有第三栅极，其接收来自处理器的第三栅极信号，所述处理器被编程为确定所述断路器何时处于所述复位状态以及所述断路器何时处于所述跳闸状态。

3.根据权利要求1所述的电气布线设备，其中，所述第一固态开关是可控硅整流器。

4.根据权利要求1所述的电气布线设备，其中，所述第二固态开关是可控硅整流器。

5.根据权利要求1所述的电气布线设备，其中，所述第二固态开关是双极结型晶体管。

6.根据权利要求1所述的电气布线设备，其中，所述第三固态开关是双极结型晶体管。

7.根据权利要求1所述的电气布线设备，其中，所述第三固态开关是场效应晶体管。

8.一种在寿命终止状况下拒绝向电气布线设备供电的方法，包括以下步骤：

提供与螺线管和第二固态开关串联连接的第一固态开关，其中所述第二固态开关响应于故障检测信号而接通，以便使所述螺线管通电以致使断路器从复位状态移动到跳闸状态，其中，在所述复位状态下，多个线路端子和多个负载端子被耦合在一起，其中，在所述跳闸状态下，所述多个线路端子和所述多个负载端子被解耦；

当所述断路器处于所述复位状态时，接通所述第一固态开关，以允许电流流过所述螺线管和所述第二固态开关；以及

当所述断路器处于所述跳闸状态时，断开所述第一固态开关，使得电力不流过所述螺线管和所述第二固态开关，

其中，所述方法还包括以下步骤：

使用被耦合到所述断路器的机械开关，以可选择地使所述第一固态开关在所述复位状态下接通以及在所述跳闸状态下断开，或

使用被耦合到所述第一固态开关的栅极的第三固态开关，以可选择地使所述第一固态开关在所述复位状态下接通以及在所述跳闸状态下断开。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一固态开关是可控硅整流器。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二固态开关是可控硅整流器。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二固态开关是双极结型晶体管。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第三固态开关是双极结型晶体管。

13.一种电气布线设备，包括：

故障保护电路，所述故障保护电路被配置为响应于检测到至少一种类型的预定故障状况而提供故障检测信号；

断路器，所述断路器被配置为在复位状态下耦合多个线路端子和多个负载端子，并且在跳闸状态下将所述多个线路端子和所述多个负载端子解耦；

第一固态开关，所述第一固态开关被电耦合以接收第一栅极处的所述故障检测信号，所述第一固态开关响应于接收到所述第一栅极处的所述故障检测信号而接通；

螺线管，所述螺线管被电耦合到所述第一固态开关，使得所述螺线管在所述第一固态开关接通时通电，所述螺线管在通电时生成磁场，所述磁场使所述断路器移动进入所述跳闸状态；

第二固态开关，所述第二固态开关与所述螺线管并联设置，其中当所述断路器处于所述跳闸状态时所述第二固态开关接通，使得电流被从所述螺线管分流，其中，所述第二固态开关包括第二栅极，其中当所述断路器处于所述复位状态时，所述第二固态开关接收栅极信号，使得所述第二固态开关断开，其中当所述断路器处于所述跳闸状态时，所述第二固态开关不接收所述栅极信号，使得所述第二固态开关接通，

其中，所述电气布线设备还包括：

机械开关，其被定位为管理被输入到所述第二固态开关的第二栅极的所述栅极信号，或

第三固态开关，其被定位为管理被输入到所述第二固态开关的第二栅极的所述栅极信号。

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