CN110729158B - 混合式电弧接地故障断路器 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，混合断路器可以包括三线圈结构，第一线圈电路、漏电检测电路和包括处理器的主执行电路，该三线圈结构可以包括线圈外壳、三个线圈和多个线圈组导体，线圈可以平行排列设置在线圈外壳中，线圈组导体可以至少部分设置在线圈外壳中，第一线圈电路可以连接第一线圈并生成第一线圈信号，漏电检测电路可以连接其他线圈并生成漏电信号，处理器可以接收第一线圈信号和漏电信号，根据第一线圈信号判定是否存在电弧故障、根据漏电信号判定是否存在接地故障，如判定存在故障，生成第一脱扣信号。

Description

混合式电弧接地故障断路器

本申请是申请号为15/582,746、申请日为2017年4月30日的申请中的美国专利申请的部分继续申请，15/582,746是申请号为15/269,513、申请日为2016年9月19日的美国专利申请的部分继续申请，该两份申请公开的内容合并为一个整体引用。15/582,746同时也是申请号为15/393,440、申请日为2016年12月29日的申请中的美国专利申请的部分继续申请，该两份申请公开的内容合并为一个整体引用。

技术领域

本发明公开了用于评估潜在接地故障现象和潜在电弧故障现象的、特别是针对电路中断装置故障评估的相关装置、系统和算法，具体公开了一种电路中断装置。

背景技术

传统的接地漏电断路器和过电流保险丝被广泛用于防止人和财产处于危险环境，例如，漏电或因电弧、严重漏电等电路故障造成的火灾；这些装置通过检测确定形式的电路故障的发生来防止对人和财物的危害。然而，这些传统装置在使用中对一些电路故障无法进行检测，对不存在的故障会产生错误检测，这些错误的发生可能是由于传统装置中缺乏智能接地故障和/或电弧故障识别系统。

接地故障通常被定义为在供给和返回路径中存在电流不平衡，其中不合要求的和大量的未返回电流泄漏或流经物体-例如人体-到地，尤其是，电流流经人体可能导致伤害甚至死亡。

电弧主要是由电气设备中分离或电接触不良的表面的电涌造成的，例如，在电气设备的电源线中或在电气设备自身中，或在被损坏的电线-例如在建筑物墙内的电线-中，电弧电路故障可以被定义为电流流经该两分离的或电接触不良表面(即供电侧和负载侧)之间的电离气体，这些电弧通常具有火花和极端高温，并引起电气火灾，例如，当电弧的高温和/或火花引起邻近电路故障的绝缘材料或结构材料燃烧时就可能引发电气火灾。引发电气火灾的电弧可能损坏财物甚至危及人身安全。

不幸的是，传统的断路器、保险丝或接地故障断路保护装置(GFCI)尤其不能检测-并停止-电弧电路故障，除非电弧产生足够多的漏电流到地被GFCI检测到和/或造成足够的电流不平衡被漏电线圈电路检测到。通常，电弧故障不包括漏电到接地导体或任何接地导电装置，因此，电弧故障不可能造成供电和负载之间的实质性电流不平衡。

保险人实验室(UL)，一家美国全球安全咨询和认证机构，提供了接地故障检测和电弧故障检测装置(AFCI)必须满足的合格检测设备标准；在提供可能类似于接地故障(例如反电动势噪音或某些脉冲电流图)或可能类似于电弧故障的电流图后，这些标准可以进一步要求这些检测装置避免电路故障的误检，UL还提供在检测装置被不当安装之处要求预防供电和/或警示用户的机构的标准，例如，在不当安装之处可能阻碍接地故障或电弧故障检测的检测效果，或者造成检测装置故障。

人们期待一种保护用户和电器免受接地故障和电弧故障损害的组合装置。然而，现有组合GFCI功能和AFCI功能的装置是采用全套的GFCI电路和AFCI电路，由于包括两套电路原件，这些装置的制造成本过高、重量重、占地面积大，人们期待改进的组合或混合故障检测和断路装置。

符合UL的GFCI标准和AFCI标准的组合装置是更期待的，因为传统装置在确定电弧故障的存在时范围太宽，真实电弧故障的检测错误将带来严重的安全危害；传统装置不提供对漏电波形的分析或调查，尽管误报存在电路故障有利于安全，但却增加了电弧故障误报和断路器多余触发的频率。

人们希望断路器检测寿命终止条件，也希望断路器包括锁止机构，以提供附加保护，防止意外复位和激活不能进行任何复位操作的寿命终止状态。

此外，需要保持在需要时脱扣机构保证实现适当的、灵活的脱扣操作，并进一步保持该脱扣机构提供自动的和/或手动的测试功能以保证该电气保护装置正常工作。

发明内容

本发明公开了解决上述问题的装置、系统和方法。

在一个实施例中，一种混合电路断路器包括堆叠阶梯线圈结构(三绕组)、第一线圈电路、漏电检测电路和包括处理器的主执行电路，该三绕组结构包括线圈外壳、第一线圈、第二线圈、第三线圈和多个线圈组导体，该第一、第二、第三线圈设置在该线圈外壳中、平行布置，各线圈中心点对齐，线圈间设置聚酯薄膜分隔；该多个线圈组导体至少部分设置在该线圈外壳内、部分平行于所述堆叠线圈排列；该第一线圈电路连接该第一线圈并配置以产生第一线圈信号；该漏电检测电路连接该第二、第三线圈并配置以产生漏电信号；该处理器配置接收来自该第一线圈电路的所述第一线圈信号、接收来自该漏电检测电路的所述漏电信号，基于该第一线圈信号判定是否存在电弧故障，基于该漏电信号判定是否存在接地故障，当确定存在接地故障或电弧故障或同时存在该两种故障时产生第一触发信号。该堆叠阶梯线圈(三绕组)与其印刷电路板组件(PCBA或主板)的相应位置配合的创新机械设计被发明，以保护该三线圈检测结构和其各自的装配结构。

在另一个实施例中，所述混合断路器包括脱扣线圈组件，配置该脱扣线圈组件在接收到所述第一触发信号时断开该混合断路器。

在另一个实施例中，所述第一线圈可以为150-250圈，所述第二线圈可以为900-1100圈，所述第三线圈可以为900-1100圈。

在另一个实施例中，所述第一线圈信号包括有效值电压信号、有效值电流信号和从该有效值电流信号得到的矩形波；在如下条件下进一步配置所述处理器判定存在电弧故障：该矩形波形的低脉冲宽度超过预定时间，该矩形波形的最大电流大于电流检测阈值，在预定测试窗口内，该矩形波形的占空比大于最大占空比检测阈值或小于最小占空比检测阈值至少一个阈值循环数；该预定时间大约可以为1毫秒，该电流检测阈值大约可以为5安，该最大占空比检测阈值可以大于等于55％小于等于60％，该最小占空比检测阈值可以大于等于40％小于等于45％，该阈值循环数可以为3.5个占空比循环，该预定测试窗口可以为至少1.5秒。

在另一个实施例中，在如下条件下进一步配置所述处理器判定存在电弧故障：所述有效值电流大于最大电流阈值持续至少一个预定测试窗口，所述有效值电压小于最小电压阈值持续至少一个预定测试窗口；该最大电流阈值可以大约为70安，最小电压阈值可以大约为50伏，该预定测试窗口可以为一个交流周期。

在另一个实施例中，在如下条件下进一步配置所述处理器判定存在电弧故障：所述矩形波的脉冲数大于预定脉冲数持续预定周期数，该预定脉冲数可以为一个脉冲，该预定周期数可以为一个交流周期。

在另一个实施例中，所述混合断路器可以包括漏电模拟电路。

在另一个实施例中，所述混合断路器可以包括失效保护电路，除所述处理器提供失效保护信号外，配置该失效保护电路在所述混合断路器被供电时发出报警。

在另一个实施例中，一种使所述检测线圈实现接地故障和电弧故障检测的创新机械结构和架构，所述堆叠阶梯式线圈(三绕组)结构如上所述，该机械结构和架构有效并高效地将接地故障检测和电弧故障检测组合在三线圈机构中，实现三线圈装置的物理结构优化、位置固定和信号提取。

在另一个实施例中，所述混合断路器包括主动复位程序，即使在未供电状态下该程序允许该断路器执行复位。

在另一个实施例中，所述混合电路实施通用可逆连接架构，即使安装连接结构以相反的方式被连接，也允许GFCI和/或AFCI的全部操作和全部功能。

在此声明，可以理解，前文的一般描述和后续的详细描述只是举例和说明，并不构成对本发明的限制。

附图说明

所附附图构成本说明书的一部分，附图与说明书一起示出本发明的具体实施例，用于解释本发明公开的原理。

图1A和1B分别是本发明公开的混合断路器线圈外壳的主视图和剖视图。

图1C和1D是本发明公开的、带有线圈组导体的图1A和1B示出的混合断路器线圈外壳的仰视图和侧视图。

图2是本发明公开的混合断路器处理器的典型操作方法的流程图。

图3A-3B是描述本发明公开的混合断路器一种实施例的电路图。

图4是描述本发明公开的用于混合断路器的失效保护电路一种实施例的电路图。

图5A-5E是本发明公开的混合断路器一种实施例的外观图。

图5F-5H分别是本发明公开的混合断路器一种实施例的内部侧视图、内部爆炸图和外部侧视图。

图5I是本发明一种实施例的装配示意图。

图5J是本发明一种实施例的爆炸图。

图5K、5L、5M是本发明一种实施例的脱扣线圈组件的某些部分的三向视图。

图5N是本发明一种实施例的复位按钮结构的结构图。

图5O是本发明一种实施例的上盖组件的结构装配图。

图5P是本发明一种实施例的装配后上盖组件的结构图。

图5Q是本发明一种实施例的地线的结构图。

图6A和6B分别是根据本发明一种实施例的脱扣状态纵向剖视图。

图6C是根据本发明一种实施例的脱扣状态横向剖视图。

图6D是根据本发明一种实施例的漏电保护脱扣动作纵向剖视图。

图7A是本发明主要部件导电复位的结构图。

图7B是根据本发明一种实施例复位动作的纵向剖视图。

图7C是根据本发明一种实施例复位动作的纵向剖视图。

图7D是根据本发明一种实施例复位动作的横向剖视图1。

图7E是根据本发明一种实施例复位动作的横向剖视图。

图8是根据本发明一种实施例寿命终止动作的纵向剖视图。

图9是根据本发明一种实施例电源输入端反向接线故障的剖视图。

图10是根据本发明一种实施例面壳与底壳采用咬合定位固定方式装配的纵向剖视图。

图11是电源输入静片的位置设计示意图。

图12是根据本发明一种实施例电源输入连接带的连接方式的设计示意图。

图13是根据本发明一种实施例主板32的孔32-1的示意图。

图14是根据本发明一种实施例连接和固定六针电磁环方法的示意图。

图15是通用可逆连接结构的侧视图。

图16是通用可逆连接结构在脱扣位置的侧视图。

图17示出了通用可逆连接结构的运动触点和继电器组件。

具体实施方式

下面将结合典型实施例及附图对本发明进行详细说明，各视图相同的标号指示相同的或类似的零件；尽管说明书公开了典型实施例，但仍可能存在对本说明书实施例进行未脱离本发明的精神和范围的改变的其他实施例。下列详细描述未限制本发明；相反，本发明的范围由权利要求和其等同技术方案限定。

如本文讨论，混合断路器(HCI)400可以单一设备同时提供GFCI和AFCI的功能，HCI400可方便地检测和评估潜在的接地故障和电弧故障，可以判定某些潜在电路故障并不是真实的电路故障、而是由某些电器的非典型电耗引起；可以评估是否某些潜在的电路故障可能是危险的，需要以停电作为响应；可以包括在HCI400安装不正确时阻止通电的机构。

HCI400包括三绕组架构产生用于电弧故障检测和接地故障检测的信号，参见图1A-1D，该三绕组架构装在线圈外壳70内。图1A提供了线圈外壳70的主视图，图1B提供了线圈外壳70的剖视图，示出了线圈71、72、73的典型定位。线圈外壳70可进一步包括两个上部中心凹槽77和两个下部中心凹槽78，每个上部中心凹槽77可以连接各自的下部中心凹槽78，在某些实施例中，线圈72配置在线圈71上，但两线圈并不电连接。

线圈71可以针对中性点接地故障检测，并生成一个信号，该信号随频率增加和环路增益减小而衰减。重要的是，当中性点接地故障发生时频率会增加。在某些实施例中，线圈71对被该线圈环绕的导线的比率约为(150～250)：1圈。线圈71可以在50Hz-50Hz范围工作，可以视为低频线圈。

线圈72可以针对漏电检测或电流不平衡检测。线圈72可以生成用于评估存在接地故障的感应电压。在某些实施例中，线圈72对被该线圈环绕的导线的比率约为(900～1100)：1圈。线圈72可以在2000Hz-20000Hz范围工作，可以视为高频线圈。

线圈73可以针对低频率电流检测和测量。线圈73可以用于测量供给负载的电流，如下文讨论的详细内容所述，这些由线圈73提供的信号可以用于评估存在电弧故障，并进一步将电弧故障细分为系列电弧故障或平行电弧故障。在某些实施例中，线圈73对被该线圈环绕的导线的比率约为1000：1圈，例如，线圈73可以为900-1100圈。线圈73可以在50Hz-60Hz范围工作，可以视为低频线圈。

图1C和1D示出了线圈外壳70的仰视图和侧视图，并示出一对线圈组输出导体74和一对线圈组输入导体75；这些线圈导体组件可以视为三线圈架构的一部分，在某些实施例中，每个线圈组输出导体74可以安装在上部中心凹槽77内，每个线圈组输入导体75可以安装在下部中心凹槽78内，按该方式，通过对应的中心凹槽77、78可以配置每个线圈组输入导体75导通到对应的线圈组输出导体74。在某些实施例中，导体74、75可以由铜构成，并可以配置与线圈组件70紧密配合。一套线圈组导体74、75可以包括中性线的一部分，另一套线圈组导体74、75可以包括带电线的一部分。每个线圈组输出导体74在输入静态接触点21处终止。导体74、75的形状如图1C、1D所示，也可以采用其他特殊形状以适合配置在特殊的HCI400中。

图3示出了HCI电路300的一个典型电路图。在此讨论的算法和各种计算和决策过程更适合于通过编程软件在HCI电路300的微控制器单元(MCU)或类似元件中实现。关于图3示意图所示的实施例，MCU被表示为元件U2，可以采用由意法半导体生成的STM32F030微控制器或其他适用的处理器。

通过线圈71、72和关联的漏电信号电路，HCI电路300可以为MCU提供中性线和带电线的电流不平衡指示漏电信号(表示为GFI_FAULT)，该漏电流可以显示存在潜在的漏电流或接地故障条件，当该漏电信号显示电流不平衡大于预定阈值时，例如大约5-6毫安，MCU判定将发生接地故障。

通过电路上的线圈73，HCI电路300还可以提供有效值电压信号(表示为MCU_V_ADC)，该信号可用于判定电弧故障的存在和/或对电弧故障进行分类。

通过电路上的线圈73，HCI电路300还可以提供有效值电流信号(表示为I_RECT)，该信号可用于判定电弧故障的存在和/或对电弧故障进行分类。

通过电路上的线圈73，HCI电路300还可以提供由有效值电流的单面电流波形(表示为I_RECT)派生出的矩形波形，表示为I_ZC，可以理解，该I_ZC信号包括时域信号和脉冲信号，用于判定电弧故障的存在和/或对电弧故障进行分类。

与本公开相一致，相应的信号将由MCU分析、处理以判定存在不同电路故障和/或对不同电路故障进行分类。继该判定或分类后，MCU根据具体情况启动断电机构，将HCI400置于永久或半永久非工作状态(例如，脱扣)。在某些实施例中，MCU通过执行存储在永久性计算机可读存储介质中的计算机程序来实现所述功能，该计算机可读存储介质可以在MCU中、在MCU之外或部分在MCU中、部分在MCU之外。在替代实施例中，单一IC可提供MCU和HCI电路300附加元件的功能。

适当的时候，例如检测到接地故障或电弧故障时，MCU可以提供脱扣信号，例如如图3所示，通过TRIG1至少对图3的继电器T1临时断电，从而通过下文讨论的机构使HCI装置400脱扣，这样，HCI处于脱扣条件下，借此，通过HCI400的供电被断开。

在适当情况下，HCI电路300也可以在MCU的TRIG脚(14脚)提供锁定信号以复位屏蔽线圈组19，将脱扣的HCI装置400置于锁定状态。在这样的锁定状态，HCI400在结构上被防止复位。该锁定状态在某些情况下可以是寿命终止状态，即在某些事件发生后，MCU可以被设定为永久禁用其使HCI装置400脱离锁定状态、返回非锁定状态的功能。通过该方式，HCI400可以通过永久保持锁定、脱扣状态实现寿命终止状态。

在某些实施例中，HCI400可以包括额外的故障安全装置，以防MCU故障时HCI进行带电操作；因为此处描述的电路故障检测和自检可能只对适当功能的MCU是可靠的，其利于HCI400检测MCU故障、停止供电和/或作为故障响应通知用户。要实现该功能，HCI电路300可以包括失效保护电路，作为默认设置，该电路维持HCI400处于脱扣状态和/或提供连续报警信号。图4示出了该失效保护电路的一个典型实施例，该报警信号可以是，例如引起HCI400的红色LED发光，如图3中的D1，当检测到MCU故障时该红色LED持续闪烁。MCU可以进一步程控在其运行时提供适当的操作信号，例如在第7针，避免所述红色LED产生持续闪烁，当MCU提供故障安全信号时，失效保护电路不能提供连续报警信号。

图5A-5Q示出了包括所述HCI电路300的HCI电源插座400的一种实施例的物理结构和机构。虽然作为示例详细讨论了HCI电源插座400，但是，本领域技术人员理解，在此公开的HCI电路300和其他技术可以采用其他形式和配置适用于HCI断路器。

图5A示出了未安装的HCI电源插座400的立体图。该插座包括面壳1、中框2、底壳3，底壳3进一步包括侧部关键组件，输出连接组件8、连接输入导线的输入连接组件7和接地的地铁6。面壳1可以提供接入电插孔69、复位按钮5、测试按钮4。图5B-5E示出了未安装的HCI电源插座400另外的视图，图5F、5G、5H是本发明公开的一种实施例的三个检测电磁环的纵向剖视图(电源输入组件13包括电流检测电磁环41、漏电检测电磁环43、接地检测电磁环44、聚酯薄膜42、电源输入静片51、电源输入静片52、电源输入连接带53、电源输入连接带54、电源输入连接针55、电磁环基座45和电磁环盖40，三个电磁环、三个聚酯薄膜和三个电磁环静片51设置为层叠的方式，大大减少占用空间)

图5I示出了HCI电源插座400的爆炸图，示出了面壳1、布置在中间基本上被中框2封闭的主板组件32、复位按钮组件88、地铁接地组件6和底壳3。

图5J示出了HCI电源插座400的进一步爆炸图，如上所述，中框2设置在上盖1和底壳3之间；HCI电源插座400可以包括指示灯盖57、安全门49、地铁组件6、继电器可移动件组件10、脱扣线圈组件12、电磁换能器组件13、中框2、测试按钮4、复位按钮5、安全门盖60、滑快63、安全门外滑块61、安全门内滑块62、复位按钮不锈钢片11、复位按钮不锈钢片孔11-1、15A静片12、20A静片13、滑块15、测试按钮弹簧19、挡尘板20、滑座27、复位滑块28、复位滑块孔28-1、复位按钮弹簧29、通用固定夹板30、滑动复位弹簧31、印刷电路板组件32(PCBA或主板)、复位检测接地电阻33、自检测电阻34、无氧软胶线37、通用移动夹板47、安全门弹簧48、螺钉80和桥式测试条58。

图5K至5M通过剖视图、后视图和仰视图分别示出了脱扣线圈组件18另一种实施例的详细结构。根据本发明公开的一种实施例，脱扣线圈组件18可以包括弹簧挡板22、脱扣线圈弹簧23、脱扣线圈支架24、脱扣线圈25、脱扣线圈铁芯26、滑座27和滑块28。

图5N通过立体图示出了复位按钮组件88另一种实施例的详细结构。复位按钮组件88可以包括复位按钮5、复位按钮卡位凸起5-1、复位按钮不锈钢片11和复位按钮不锈钢片孔11-1。

图5O示出了上盖组件的立体爆炸图，包括测试按钮4、测试按钮弹簧19、上盖1和安全门组件61。图5P示出了图5O所示元件的装配视图，并包括剖面示出装配关系。

图5Q是HCI电源插座400连接到地线50、螺钉80、地铁组件6的实施例的地线示意图，双用途夹52可以用于提供接地点和在安装时夹住地线。

图6A-6D、7A-7E、8、9描述了HCI电源插座400一种实施例的一些操作。

图6A示出了本发明公开的脱扣状态的一种实施例，特别公开了复位按钮5、滑块15、脱扣线圈铁芯26、滑座27、滑块28、滑块复位弹簧31、滑块弹簧38、继电器可移动件组件10、继电器组件11、测试电阻33、继电器张力弹簧39、继电器可移动件36和继电器可移动件触点35。

图6B示出了本发明公开的脱扣状态的一种实施例，特别公开了滑块可移动接触件14、滑块15、滑块可移动接触件银触点17、滑块可移动接触弹簧18、自检测电阻34、无氧软胶线37、磁环罩静片触点46和电源输入静片51。

图6C示出了本发明一种实施例的脱扣状态，特别示出了复位按钮5、复位按钮不锈钢片11、脱扣线圈弹簧23、脱扣线圈铁芯26、复位滑座27、复位滑块28、滑块复位弹簧31和复位键按钮弹簧29。

图6D是本发明一种实施例公开的漏电保护脱扣动作的纵向剖视图，示出了滑块可移动接触件14、滑块15、滑块可移动接触件银触点17、滑块可移动接触弹簧18、自检测电阻34、无氧软胶线37、20A静片触点46和电源输入静片51。

当MCU响应确定存在漏电故障向TRIG1提供脱扣信号时，前述图示的脱扣程序开始启动。

更进一步，在替代的实施例中，脱扣信号可以用不同类型的故障结果传送，例如电弧故障，或响应遥控命令。

根据本发明公开的一种实施例，图7A示出了主要部件的导电复位，特别示出了电源输入连接线组件7，输出终端连接线组件8、电源输入组件静片51、滑块可移动接触件14、滑块15、滑块可移动接触件银触点17、磁环罩静片触点46、15A静片12、20A静片13、无氧软胶线37和磁环基座45。

根据本发明公开的一种实施例，图7B示出了复位动作视图，包括复位按钮5、滑块15、脱扣线圈铁芯26、复位滑座27、复位滑块28、复位按钮弹簧29、滑块复位弹簧31、测试电阻33、继电器移动件触点35、继电器移动件36、滑块弹簧28、继电器张力弹簧39、继电器可移动件组件10和继电器组件11。

根据本发明公开的一种实施例，图7C示出了复位动作视图，组件包括滑块可移动接触件14、滑块15、滑块可移动接触件银触点17、滑块可移动接触弹簧18、自检测电阻34、无氧软胶线37、磁环罩静片触点46和电源输入静片51。

根据本发明公开的一种实施例，图7D示出了复位动作的横向剖视图，组件包括复位按钮5、复位按钮不锈钢片11、脱扣线圈弹簧23、脱扣线圈铁芯26、复位滑座27、复位滑块28、滑块复位弹簧31和复位键按钮弹簧29。

根据本发明公开的一种实施例，图7E示出了复位动作的横向剖视图，组件包括上盖1、上盖测试按钮卡位1-2、测试按钮4、测试按钮卡位4-1、测试电阻33和测试电阻弹簧19。

根据本发明公开的一种实施例，图8示出了寿命终止动作的纵向剖视图，组件包括复位按钮5、复位按钮不锈钢片11、脱扣线圈弹簧23、脱扣线圈铁芯26、复位滑座27、复位滑块28、复位按钮弹簧29和滑块复位弹簧31。

根据本发明公开的一种实施例，图9示出了电源输入端反向接线故障的视图，组件包括继电器组件11、继电器可移动件组件10、继电器移动件触点35、继电器移动件36、15A静片12、20A静片13、20A静片触点12-1和继电器可移动件吸板56。

根据本发明公开的一种实施例，图10示出了底壳和面壳采用卡扣位固定方式装配的纵向剖视图，在上盖1上设置了两个卡扣位1-1，在底壳3上设置了两个卡扣孔3-1，底壳和面壳的中部采用卡位方式固定，四个角采用螺钉固定。

根据本发明公开的一种实施例，图11示出了电源输入静片的位置设计，包括设置在电源输入组件13上的电源输入静片51和电源输入静片52，两者采用一上一下且一左一右布置的设计模式。

根据本发明公开的一种实施例，图12示出了电源输入连接带一种连接方式的设计原理图，组件包括采用钩状设计、分别与主板孔32-2、32-3及电源输入静片53、电源输入静片54焊接在一起的电源输入连接带53和电源输入连接带54。

根据本发明公开的一种实施例，图13示出了主板32的孔32-1的原理图(电源输入组件13穿过主板孔32-1)。

根据本发明公开的一种实施例，图14示出了固定连接电磁环六针的方法原理图，组件包括设置在电源输入组件13上的六个电磁环针55，电磁环针55分为3组，分别与电流检测电磁环41、漏电检测电磁环43和接地检测电磁环44的输入线和输出线连接。

图2示出了与即时信息披露一致、用于HCI400操作的一种典型算法200，通常来讲，该算法的步骤可以由MCU或其他计算设备执行，与HCI电路300的其他元件相呼应。软件体现的算法可以存储在处理设备的内部或外部的永久性存储和/或存储器中并可以被该处理设备执行。对本领域技术人员而言，显而易见，该公开的典型算法实施例的步骤的顺序可以改变，仍然能实施该算法。类似地，该公开算法实施例的某些步骤可以被替换、组合、删除，仍然能实施与此处公开相一致的和/或对本领域技术人员而言显而易见的算法。

MCU的一般处理流程如图2所示，该流程管理的功能诸如：自检测过程、AFCI分类和判定、专用并行电弧判定、寿命终止判定、脱扣原理过程、主动复位过程。

如步骤205所示，MCU221执行HCI电路300上电自检测或定期自检测，例如每隔2.5小时自检一次。参见如图3所描述的漏电模拟电路，在该实施例中，该自检测可包括MCU提供一个“MCU_模拟”信号以导通半导体控制整流器、允许电流通过R9流到地。该自检测可保证HCI电路300能够正确检测漏电流。如检测到模拟漏电流，可以认为自检测通过，然后MCU指示HCI电路300正常通电工作，例如，采用以最佳可见方式设置在HCL装置表面的绿色LED指示灯。在该检测中GFCI电路及功能和AFCI电路及功能均被检测。如该检测通过，程序执行步骤210.

如步骤210所示，MCU监视供电电流是否超过5A，该电流值是美国保险商实验室定义的危险电弧水平；如果未超过，程序执行步骤215；如果超过，程序执行步骤230。

如步骤215所示，MCU可以使用GFCI电路检测是否漏电流为6mA或更高，如果是，设备脱扣(绿色LED灯熄灭)，程序执行步骤275，否则，程序继续执行步骤220。

如步骤220所示，MCU检测GFCI电路的脉冲数是否大于等于5，如果是，设备脱扣(绿色LED灯熄灭)，程序执行步骤275，否则，程序继续执行步骤225。

如步骤225所示，MCU判定从上次自检测起是否已过2.5小时，如果是，程序返回步骤205，否则，程序返回步骤210。

如步骤230所示，MCU判定在电压大于50V时电流是否大于50A并持续8个周期，如果是，程序执行步骤235，否则，程序返回步骤210。

如步骤235所示，MCU判定MCU的取样是否在交流电电流波形的零交叉点，如果是，程序执行步骤240，否则，程序返回步骤210。

如步骤240所示，MCU判定波形肩部是否平坦且持续时间大于0.5ms，如果是，程序执行步骤245，否则，程序返回步骤210。

如步骤245所示，MCU检测交流电电流波形以判定在波形肩部是否有任何补偿电压，该补偿电压是从0V(0伏)中性参考电压测量而得，以判定电弧是否可能发生，如果是，程序执行步骤250，否则，程序返回步骤210。

如步骤250所示，MCU比较波形肩部的持续期间以判断波形肩部两侧是否均匀，如果否，表示某个用电器在运行，该行为表示正常运行，例如，灯泡调光器或开关电源具有相似的波形图，程序执行步骤210，如果是，电弧计数器增加1，则程序执行步骤255。

如步骤255所示，MCU判定电弧计数器是否大于等于7，如果是，则设备脱扣(绿色LED灯熄灭)，程序执行步骤275，如果否，程序执行步骤260。

如步骤260所示，MCU可以判定从前一电弧事件起0.5秒是否已期满，如果是，电弧计数器复位，程序返回步骤210，如果否，电弧计数器不复位，程序返回步骤210。

如步骤275所示，MCU可以判定是否负载侧有电压，如果是，复位按钮已被动作，程序执行步骤280，否则，程序循环执行步骤275(即，MCU电压监视器在负载侧)

如步骤280所示，MCU可以判定设备是否寿命终止，如果是，系统脱扣(绿色LED灯熄灭)，程序执行步骤275，如果否，MCU重置设备(绿色LED灯点亮)，程序执行步骤225。

在某些实施例中，除了自检程序之外或者作为一种选择，MCU可以定期监测其运行条件，例如，保证正常运行条件的输入电压与输入电流；作为一个例子，上述讨论的步骤205可以包含在该监测中替代其在图2的流程图中的位置。例如，该监测可以每10-15分钟执行一次。在持续的监测程序中，如果监测到不正常的运行条件，MCU可以引起一个红色LED闪烁以表示该错误，这样，如果该情况持续存在，将报警提示用户调查引起该闪烁的红色LED提示的违规行为的可能原因。

在某些实施例中，本发明的混合装置设计为采用通用可逆连接结构，即使在安装连接结构以相反方式被连接，也允许AFCI和/或GFCI的全部操作或全部功能。在该通用可逆连接结构及其操作的符号描述中，“线”定义为供电电压，该供电电压由GFCI传送给连接在该GFCI插座上(输入连接器5)的用电器；“负载”是为其他家用或办公室用插座提供电压，这些插座不必是GFCI，可以是简单的插座(输出连接器8)；当该混合装置正常操作且未处于脱扣位置，“线”(铜线)和“负载”(插座铜线)相互接触。然而，如图15所示，对美国保险商实验室的符合性和认证而言，当线路接反时要求混合装置的操作拒绝供电到插座；此时，“线”侧连接输出连接器，“负载”侧连接输入连接器。

当检测到漏电流大于等于6mA时，本发明的联合装置单元将脱扣，如图16所示。当电网电源的供电电压连接到该混合装置的负载侧替代该混合装置的“线”侧时，该混合装置的继电器位于负载侧将使得该“插座”不能连接电源，从而拒绝任何电源接通该“插座”。当GFCI线路接反(即“线”侧连接到输出连接器，“负载”侧连接到输入连接器)，负载侧的继电器不能被激励，从而可移动触点不能吸合电源输入连接组件；该混合装置的功能和线路接反一样要求“负载”侧和“线”侧通过电源的或设置在主板上的一个连接器相互连接。图17示出了可移动触点与通用可逆连接结构的继电器组件。

为了检测电流的任何不平衡，电流感应线圈要求电流按照从电源输入连接端到插座的方向流动。当一个确定的故障(AFCI和/或GFCI)在电源输入连接端任何一侧被检测到，该混合装置将脱扣并拒绝电源接入插座，插座只有在复位时才会有电压。

上述说明书已结合附图描述了各种实施例。但是，显而易见，未脱离本发明如权利要求所述的更大范围，可以进行各种修改和改变而得到的其他实施例，也能够实现本发明目的。

结合本发明说明书公开的实施例，本发明的其他实施例对本领域技术人员是显而易见的；本发明的说明书和实施例只是典型示例，本发明的真实范围和精神由权利要求书限定。

Claims (24)

1.一种混合式断路器，其特征在于，包括：

三线圈结构，该三线圈结构包括线圈外壳、设置在该线圈外壳内的第一线圈、设置在该线圈外壳内的第二线圈、设置在该线圈外壳内的第三线圈，该第一、第二、第三线圈相平行，该第一线圈内部与该第二线圈对齐，该第二线圈内部与该第三线圈对齐；

多个线圈组导体，所述多个线圈组导体至少部分设置在该线圈外壳内；

第一线圈电路，该第一线圈电路连接该第一线圈并配置生成第一线圈信号；

漏电检测电路，该漏电检测电路连接该第二、第三线圈并配置生成漏电信号；

主处理电路，该主处理电路包括处理器；其中，该处理器被配置为：

从所述第一线圈电路接收所述第一线圈信号；

从所述漏电检测电路接收所述漏电信号；

基于所述第一线圈信号判定是否存在电弧故障；

基于所述漏电信号判定是否存在漏电故障；

如果存在漏电故障或电弧故障或同时存在漏电故障和电弧故障，生成第一脱扣信号；

所述线圈外壳包括第二静输入连接器；

该第二静输入连接器通过与所述线圈外壳顶部平行并从该顶部垂直延伸的凸起连接所述线圈外壳顶部；

该第二静输入连接器垂直于所述线圈外壳。

2.如权利要求1所述的混合式断路器，其特征在于，进一步包括：

脱扣线圈组件，该脱扣线圈组件被配置为在接收到所述第一脱扣信号时使所述混合式断路器脱扣。

3.如权利要求1所述的混合式断路器，其特征在于，所述第一线圈为900-1100圈。

4.如权利要求1所述的混合式断路器，其特征在于，所述第二线圈为150-250圈。

5.如权利要求1所述的混合式断路器，其特征在于，所述第三线圈为900-1100圈。

6.如权利要求1所述的混合式断路器，其特征在于，所述线圈外壳包括：

第一聚酯薄膜和第二聚酯薄膜；

该第一聚酯薄膜与该第一线圈平行并位于该第一线圈下方直接与之对齐；

该第二聚酯薄膜与该第二线圈平行并位于该第二线圈下方直接与之对齐。

7.如权利要求1所述的混合式断路器，其特征在于，所述多个线圈组导体包括：第一线圈组输入导体、第二线圈组输入导体、第一线圈组输出导体和第二线圈组输出导体。

8.如权利要求7所述的混合式断路器，其特征在于，所述第一线圈组输入导体的第一部分穿过主板的孔延伸出，所述第一线圈组输入导体的第二部分从其第一部分垂直延伸、呈部分弧形朝向并连接输入静触点；所述第二线圈组输入导体的第一部分穿过主板的孔延伸出，所述第二线圈组输入导体的第二部分从其第一部分垂直延伸、呈部分弧形朝向并连接输入静触点。

9.如权利要求1所述的混合式断路器，其特征在于，所述线圈外壳包括第一静输入连接器，该第一静输入连接器经所述线圈外壳侧部延伸出的凸起连接所述线圈外壳，该第一静输入连接器垂直于所述线圈外壳。

10.如权利要求7所述的混合式断路器，其特征在于，

所述第一线圈组输入导体和所述第一线圈组输出导体形成带电线路的一部分；

所述第二线圈组输入导体和所述第二线圈组输出导体形成中性线的一部分；

所述多个线圈组导体由铜组成。

11.如权利要求1所述的混合式断路器，其特征在于，所述第一线圈信号包括有效值电压信号、有效值电流信号和由所述有效值电流信号导出的矩形波形。

12.如权利要求11所述的混合式断路器，其特征在于，所述处理器进一步配置为在如下条件下判定存在电弧故障：当

所述矩形波形的低脉冲宽度超过预定时间；

所述矩形波形的最大电流超过电流检测阈值；以及

在预定测试窗口内，所述矩形波形的占空比超过最大占空比检测阈值或低于最小占空比检测阈值至少一个阈值循环数。

13.如权利要求12所述的混合式断路器，其特征在于，

所述预定时间约为1毫秒；

所述电流检测阈值约为5A；

所述最大占空比检测阈值大于等于55％小于等于60％；

所述最小占空比检测阈值大于等于40％小于等于45％；

所述阈值循环数为3.5个占空比循环；

所述预定测试窗口至少为1.5秒。

14.如权利要求11所述的混合式断路器，其特征在于，所述处理器进一步配置为在如下条件下判定存在电弧故障：当

所述有效值电流信号大于最大电流阈值持续至少一个预定测试窗口；以及

所述有效值电压信号小于最小电压阈值持续至少一个预定测试窗口。

15.如权利要求14所述的混合式断路器，其特征在于，

所述最大电流阈值约为70A；

所述最小电压阈值约为50V；

所述预定测试窗口为一个交流周期。

16.如权利要求11所述的混合式断路器，其特征在于，所述处理器进一步配置为在如下条件下判定存在电弧故障：当

所述矩形波形脉冲数大于预定脉冲数并持续预定周期数。

17.如权利要求16所述的混合式断路器，其特征在于，

所述预定脉冲数为一个脉冲；

所述预定周期数为一个交流周期。

18.如权利要求1所述的混合式断路器，其特征在于，包括漏电模拟电路。

19.如权利要求1所述的混合式断路器，其特征在于，包括失效保护电路，其中，

该失效保护电路配置为：当供电至所述混合式断路器时，除非所述处理器提供失效保护信号，该失效保护电路发出警报。

20.如权利要求2所述的混合式断路器，其特征在于，进一步包括复位按钮配置为：用户按压复位按钮将所述混合式断路器从脱扣状态复位。

21.如权利要求20所述的混合式断路器，其特征在于，当复位按钮被使用时，引起电压从“供电电压”侧流向“负载”侧；

所述处理器通过光耦合器在负载侧检测电压；

当所述处理器检测无电压时，复位所述混合式断路器。

22.如权利要求19所述的混合式断路器，其特征在于，当复位按钮被使用时，引起所述处理器通过光耦合器在负载侧检测电压；

当所述处理器检测无电压时，复位所述混合式断路器。

23.如权利要求2所述的混合式断路器，其特征在于，带电线路连接输出连接器，负载侧连接输入连接器。

24.如权利要求1至23之一所述的混合式断路器，其特征在于，所述线圈外壳包括：

第一电磁环针、第二电磁环针、第三电磁环针、第四电磁环针、第五电磁环针和第六电磁环针；

所述第一电磁环针附属于所述第一线圈的输入线；

所述第二电磁环针附属于所述第二线圈的输入线；

所述第三电磁环针附属于所述第三线圈的输入线；

所述第四电磁环针附属于所述第一线圈的输出线；

所述第五电磁环针附属于所述第二线圈的输出线；

所述第六电磁环针附属于所述第三线圈的输出线。

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