CN114503233A - 智能断路器 - Google Patents

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CN114503233A
CN114503233A CN202080051430.XA CN202080051430A CN114503233A CN 114503233 A CN114503233 A CN 114503233A CN 202080051430 A CN202080051430 A CN 202080051430A CN 114503233 A CN114503233 A CN 114503233A
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China
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switch
circuit breaker
current
circuit
load
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马克·特莱弗斯
斯蒂芬·C·格伯
达蒙·M·贝克
肯尼思·D·阿尔顿
格雷厄姆·L·麦克斯韦
蒂莫西·D·伯克哈德
大卫·J·托斯滕森
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Amber Semiconductor Inc
Original Assignee
Amber Solutions Inc
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Abstract

一种断路器包含机电开关、电流传感器、电压传感器和处理器。所述机电开关串联连接在所述断路器的线路输入端子与负载输出端子之间，并且被配置成置于闭合状态或断开状态中。所述电流传感器被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号。所述电压传感器被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的所述路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号。所述处理器被配置成接收并处理所述电流感测信号和所述电压感测信号以确定所述断路器的操作状态信息且确定连接到所述负载输出端子的负载的电力使用信息。

Description

智能断路器
相关申请的交叉参考
本申请要求以下申请中的每一个的优先权：(i)2019年5月18日提交的美国临时申请第62/849,847号；(ii)2019年12月19日提交且名称为智能断路器(Intelligent CircuitBreakers)的美国专利申请第16/720,446号；(iii)2019年12月19日提交且名称为具有固态双向开关的智能断路器(Intelligent Circuit Breakers with Solid-StateBidirectional Switches)的美国专利申请第16/720,506号；(iv)2019年12月19日提交且名称为具有气隙和固态开关的智能断路器(Intelligent Circuit Breakers with Air-Gap and Solid-State Switches)的美国专利申请第16/720,485号；(v)2019年12月19日提交且名称为具有被配置成检测故障情况的检测电路系统的智能断路器(IntelligentCircuit Breakers with Detection Circuitry Configured to Detect FaultConditions)的美国专利申请第16/720,533号；以及(vi)2019年12月19日提交且名称为具有提供操作状态的视觉指示器的智能断路器(Intelligent Circuit Breakers withVisual Indicators to Provide Operational Status)的美国专利申请第16/720,583号，所述申请的公开内容全部完全地以引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开大体上涉及电力控制系统和装置，且确切地说，涉及用于保护分支电路免受由于故障情况造成的损坏的断路器装置和系统。
背景技术
电路断路器为配电系统中必不可少的组件。一般来说，断路器安置在配电面板(例如，断路器面板)中，所述配电面板将公用电源系统的高电流电源馈送划分为给定建筑物或家用结构内的多个下游分支电路。每一断路器连接在传入高电流电源馈送与分支电路中的对应一个之间以保护分支电路导体和分支电路上的电负载免受暴露于过电流情况影响。存在若干类型的过电流情况，包含过载情况和故障情况。过载情况被定义为设备的操作超过其正常满载额定值、或分支电路超过所述设备的通流能力，此在过载持续足够时间周期时将引起损坏或危险过热。故障情况包括取决于故障的阻抗通常产生比过载高得多的过电流情况的非预期或意外负载情况。产生最大过电流情况的故障被称为短路或“栓接故障”。
常规断路器在本质上是机电的，并且具有电接触件，所述电接触件通过操作员拉杆的手动干预物理地分离或在发生故障情况或长期过电流情况时自动地分离，在所述情况下，断路器被认为是“跳闸”。断路器的电接触件的分离可电磁地或机电地或通过两者的组合执行。
常规断路器的显著问题为其由于其机电构造而对故障情况的反应缓慢。常规断路器通常需要至少若干毫秒来隔离故障情况。缓慢反应时间为不合需要的，因为其升高了危险火灾、对电设备的损坏以及在栓接故障未被足够快速地隔离时短路位置处可能发生的电弧闪光的风险。电弧闪光为产生短路情况的电导体的电爆炸。电弧闪光中的能量释放可在端子处产生超过35,000°F的温度，从而导致迅速蒸发金属导体、喷射熔融金属以及扩展以极大的力朝外射出的等离子。因此，电弧闪光对生命、财产和电设备极其危险，尤其在其中气体泄漏的风险相当大的工业和住宅环境中。
除了在隔离故障方面速度减缓之外，常规断路器还在响应于故障或长时间过电流情况下跳闸时间和电流跳闸限制两者都呈现较大变化。此变化主要由于断路器装置的机电设计的局限性和例如安装应力和温度变化的物理因素的影响。跳闸时间和电流跳闸限制的变化自身可因装置而异，即使装置属于相同类型、具有相同额定值且来自相同制造商。
一旦常规断路器已跳闸，则所述常规断路器就提供高隔离能力。然而，其缓慢反应时间、精确度缺乏和高度变化性都是极不合需要的特性。不仅减缓反应时间导致针对电弧闪光的可能性的保护不充分，而且高度变化性和缺乏精确度使复杂系统中的多个断路器之间的协调为几乎不可能的。
作为保护装置，断路器必须能够隔离来自公用电源电路的故障，甚至在故障电流极大地超过断路器跳闸电流额定值时也是如此，并且由此防止发生内部单点失效。断路器的安培中断容量(AIC)额定值指示在断路器装置的负载侧处出现故障时断路器装置将安全清除的最大故障电流(以安培为单位)。断路器装置的AIC额定值表示可在断路器装置不失效的情况下被断路器装置中断的最大故障电流。AIC额定值要求极高水平的短路保护，并且家用断路器的AIC额定值通常为10,000安培或更高。
常规断路器并不实施基于对以下作出的智能决策的功能性：将公用电源与负载断开或隔离，或以其它方式监测或测量例如电压和/或电流的电力分量，以及基于电压和/或电流的测量和计算而作出智能决策。相比之下，常规断路器基于机电组件而操作以防止发生过度负载电力需求(例如，电流过载、短路)，在所述机电组件中，断路器通过由具有不同热膨胀参数的金属的双金属元件的膨胀产生的磁力或机械力跳闸。智能跳闸操作的缺乏和对配电环境中产生的猛力的依赖可导致过度电力情况，例如过度电弧、缓慢跳闸响应时间和危险高内部操作温度。常规断路器对用以实现跳闸的例如卡钩、弹簧等机械组件的依赖增加了关于火灾危险的灾害的可能性、装置不可靠性和人类生命和财产的可能损失。众所周知，家或建筑物内的电火灾的常见起因是不可靠且有故障的机电保护装置和断路器。因此，断路器和保护装置行业希望且需要消除对常规机电/热磁断路器/保护装置的使用且实施保护装置的更可靠且高效的解决方案。
发明内容
本公开的实施例包含智能断路器以及用于实施智能断路器的系统和方法。举例来说，一个实施例包含一种断路器。断路器包括机电开关、电流传感器、电压传感器和处理器。机电开关串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间，并且被配置成置于(i)闭合状态和(ii)断开状态中的一个中。电流传感器被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号。电压传感器被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号。处理器被配置成接收并处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息且确定连接到负载输出端子的负载的电力使用信息。
另一实施例包含一种方法，其包括：将断路器连接在公用电源与包括负载的分支电路之间，其中断路器包括机电开关，所述机电开关被配置成置于以下状态中的一个中：(i)闭合状态，以将公用电源连接到分支电路，以及(ii)断开状态，以将公用电源与分支电路断开连接；感测通过断路器的电流且产生指示通过断路器的所感测电流的量值的电流感测信号；感测穿过断路器的电路径上的点处的电压且产生指示所感测电压的量值的电压感测信号；以及处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息且确定负载的电力使用信息。
另一实施例包含一种系统，其包括断路器配电面板和安置在断路器配电面板内的断路器。断路器配电面板包括耦合到公用电源的母线。断路器包括耦合到母线的线路输入端子、连接到分支电路的负载输出端子、机电开关、电流传感器、电压传感器和处理器。机电开关被配置成置于以下状态中的一个中：(i)闭合状态，以将公用电源连接到分支电路，以及(ii)断开状态，以将公用电源与分支电路断开连接。电流传感器被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号。电压传感器被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号。处理器被配置成接收并处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息且确定连接到负载输出端子的负载的电力使用信息。
另一实施例包含一种断路器，其包括固态双向开关、第一开关控制电路、电流传感器、电压传感器和处理器。固态双向开关串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间，并且被配置成置于(i)接通状态和(ii)关断状态中的一个中。第一开关控制电路被配置成产生控制信号以控制固态双向开关的操作。电流传感器被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号。电压传感器被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号。处理器被配置成接收并处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息、确定故障事件以及确定连接到负载输出端子的负载的电力使用信息。
另一实施例包含一种方法，其包括：将断路器连接在公用电源与包括负载的分支电路之间，其中断路器包括固态双向开关，其被配置成置于以下状态中的一个中：(i)接通状态，以将公用电源连接到分支电路，以及(ii)关断状态，以将公用电源与分支电路断开连接；感测通过断路器的电流且产生指示通过断路器的所感测电流的量值的电流感测信号；感测穿过断路器的电路径上的点处的电压且产生指示所感测电压的量值的电压感测信号；响应于基于电流感测信号和电压感测信号中的至少一个的故障事件的检测而产生控制信号以将固态双向开关置于关断状态中；以及处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息且确定负载的电力使用信息。
另一实施例包含一种系统，其包括断路器配电面板和安置在断路器配电面板内的断路器。断路器配电面板包括耦合到公用电源的母线。断路器包括耦合到母线的线路输入端子、连接到分支电路的负载输出端子、固态双向开关、第一开关控制电路、电流传感器、电压传感器和处理器。固态双向开关串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间，并且被配置成置于(i)接通状态和(ii)关断状态中的一个中。第一开关控制电路被配置成产生控制信号以控制固态双向开关的操作。电流传感器被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号。电压传感器被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号。处理器被配置成接收并处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息、确定故障事件以及确定连接到负载输出端子的负载的电力使用信息。
另一实施例包含一种断路器，其包括固态开关、气隙电磁开关、开关控制电路系统、零交叉检测电路和电流传感器。固态开关和气隙电磁开关串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中。开关控制电路系统被配置成控制固态开关和气隙电磁开关的操作。零交叉检测电路被配置成检测在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的AC电力波形的零交叉。电流传感器被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流，并且基于所感测电流而检测故障情况。响应于通过电流传感器检测到故障情况，开关控制电路系统被配置成产生开关控制信号以(i)将固态开关置于关断状态中以及(ii)在固态开关被置于关断状态中之后将气隙电磁开关置于断开状态中。开关控制电路系统利用从零交叉检测电路输出的零交叉检测信号来确定何时将气隙电磁开关置于断开状态中。
另一实施例包含一种方法，其包括：感测在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流，断路器包括串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中的固态开关和气隙电磁开关；基于所感测电流而检测故障情况；以及响应于检测到故障情况，产生第一开关控制信号以将固态开关置于关断状态中；检测在电路径上的点处的AC波形的零交叉事件和在零交叉事件之后的AC波形的极性；以及响应于检测到在零交叉事件之后的AC波形的极性使得固态开关的体二极管反向偏置而产生第二控制信号以将气隙电磁开关置于断开状态中。
另一实施例包含一种系统，其包括断路器配电面板和安置在断路器配电面板内的断路器。断路器配电面板包括耦合到公用电源的母线。断路器包括耦合到母线的线路输入端子、连接到分支电路的负载输出端子、固态开关、气隙电磁开关、开关控制电路系统、零交叉检测电路和电流传感器。固态开关和气隙电磁开关串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中。开关控制电路系统被配置成控制固态开关和气隙电磁开关的操作。零交叉检测电路被配置成检测在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的AC电力波形的零交叉。电流传感器被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流，并且基于所感测电流而检测故障情况。响应于通过电流传感器检测到故障情况，开关控制电路系统被配置成产生开关控制信号以(i)将固态开关置于关断状态中以及(ii)在固态开关被置于关断状态中之后将气隙电磁开关置于断开状态中。开关控制电路系统利用从零交叉检测电路输出的零交叉检测信号来确定何时将气隙电磁开关置于断开状态中。
另一实施例包含一种断路器，其包括固态开关、感测电阻器、电流检测电路和开关控制电路。固态开关和感测电阻器串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中。电流检测电路被配置成(i)对响应于流动通过感测电阻器的负载电流而跨越感测电阻器产生的感测电压进行采样、(ii)基于所采样感测电压而检测过电流故障情况，以及(iii)响应于检测到过电流故障情况而输出故障检测信号。开关控制电路被配置成控制固态开关，其中开关控制电路被配置成响应于从电流检测电路输出的故障检测信号而关断固态开关。
另一实施例包含一种断路器，其包括开关、感测电阻器、零交叉检测电路和开关控制电路。开关和感测电阻器串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中。零交叉检测电路被配置成(i)对响应于流动通过感测电阻器的负载电流而跨越感测电阻器产生的感测电压进行采样、(ii)基于所采样感测电压而检测负载电流的零交叉，以及(iii)响应于检测到负载电流的零交叉而输出零交叉检测信号。开关控制电路被配置成基于零交叉检测电路的输出而控制开关的操作。
另一实施例包含一种断路器，其包括断路器外壳、安置在断路器外壳内的气隙开关和被配置成提供气隙开关的断开状态和闭合状态的指示的第一视觉指示器。第一视觉指示器包括：(i)第一窗，其形成为断路器外壳的部分；(ii)第一指示器元件，其安置在断路器外壳内；以及(iii)第二指示器元件，其安置在断路器外壳内。第一指示器元件被配置成在气隙开关被置于断开状态中时移动到第一窗后方的位置中，使得第一指示器元件可通过第一窗查看以提供气隙开关的断开状态的指示。第二指示器元件被配置成在气隙开关被置于闭合状态中时移动到第一窗后方的位置中，使得第二指示器元件可通过第一窗查看以提供气隙开关的闭合状态的指示。
另一实施例包含一种断路器，其包括断路器外壳、安置在断路器外壳内的气隙开关、安置在断路器外壳内的致动器机构和被配置成提供气隙开关的状态的指示的第一视觉指示器。气隙开关包括安置在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中的第一接触件和第二接触件。气隙开关耦合到致动器机构，并且致动器机构操作性地被配置成(i)机械地迫使第一接触件和第二接触件分开以将气隙开关置于断开状态中且在电路径中产生气隙，以及(ii)机械地迫使第一接触件和第二接触件在一起以将气隙开关置于闭合状态中。第一视觉指示器包括：(i)第一窗，其形成为断路器外壳的部分；(ii)第一指示器元件，其耦合到致动器机构；以及(iii)第二指示器元件，其耦合到致动器机构。致动器机构被配置成在致动器机构将气隙开关置于断开状态中时将第一指示器元件移动到第一窗后方的位置中，使得第一指示器元件可通过第一窗查看以提供气隙开关的断开状态的指示。致动器机构被配置成在致动器机构将气隙开关置于闭合状态中时将第二指示器元件移动到第一窗后方的位置中，使得第二指示器元件可通过第一窗查看以提供气隙开关的闭合状态的指示。
另一实施例包含一种断路器，其包括固态开关、气隙开关、致动器机构、手动控制开关、机电致动器、控制电路系统和传感器开关。固态开关和气隙开关串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中。气隙开关包括第一接触件和第二接触件。致动器机构操作性地被配置成(i)机械地迫使第一接触件和第二接触件分开以将气隙开关置于断开状态中且在电路径中产生气隙，以及(ii)机械地迫使第一接触件和第二接触件在一起以将气隙开关置于闭合状态中。手动控制开关操作性地耦合到致动器机构，并且被配置成在第一位置与第二位置之间切换，其中将手动控制开关切换到第一位置中使得致动器机构将气隙开关置于断开状态中。机电致动器操作性地耦合到致动器机构，其中机电致动器的致动使得致动器机构将气隙开关置于断开状态中。控制电路系统被配置成控制固态开关和机电致动器的操作，其中控制电路系统被配置成产生：(i)第一控制信号，其被配置成将固态开关置于接通状态和关断状态中的一个中，以及(ii)第二控制信号，其被配置成控制机电致动器的致动。传感器开关操作性地耦合到手动控制开关且电连接到控制电路系统，其中传感器开关被配置成(i)检测手动控制开关从第二位置到第一位置的切换，所述切换使得致动器机构将气隙开关置于断开状态中，以及(ii)响应于检测到手动控制开关从第二位置到第一位置的切换，将第三控制信号输出控制电路系统。响应于第三控制信号，控制电路系统被配置成产生第一控制信号以在气隙开关被置于断开状态中以在电路径中产生气隙之前将固态开关置于关断状态中。
另一实施例包含一种断路器装置，其包括线路火线端子、线路零线端子、负载火线端子和负载零线端子、固态开关、气隙电磁开关、内部开关和分流电阻器、开关控制电路系统以及故障检测电路系统。固态开关和气隙电磁开关串联连接在线路火线端子与负载火线端子之间。内部开关和分流电阻器串联连接在第一节点与第二节点之间，其中第一节点包括沿着线路火线端子与负载火线端子之间的电路径的点，并且其中第二节点包括沿着线路零线端子与负载零线端子之间的电路径的点。开关控制电路系统被配置成控制固态开关和内部开关的操作。故障检测电路系统被配置成检测故障情况且响应于故障情况的检测而产生故障检测控制信号。开关控制电路系统被配置成响应于故障检测控制信号而将固态开关置于关断状态中。开关控制电路系统进一步被配置成响应于故障检测控制信号而激活内部开关且由此产生内部短路路径，其中分流电阻器连接在第一节点与第二节点之间，并且使得内部短路电流流动通过气隙电磁开关。内部短路电流足以使气隙电磁开关跳闸且由此在线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中产生气隙。
另一实施例包含一种方法，其包括：感测在断路器装置的线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中流动的电流，其中断路器装置包括串联连接在断路器装置的线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中的固态开关和气隙电磁开关；基于所感测电流而检测故障情况；以及响应于检测到故障情况，(i)将第一开关控制信号施加到固态开关以将固态开关置于关断状态中；以及(ii)将第二开关控制信号施加到内部开关以激活内部开关并由此在断路器装置内产生内部短路路径且产生流动通过气隙电磁开关的内部短路电流。内部短路电流的流动使得气隙电磁开关跳闸且由此在断路器装置的线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中产生气隙。
另一实施例包含一种系统，其包括包括耦合到公用电源的线路火线母线和线路零线母线的断路器配电面板，和安置在断路器配电面板内的断路器装置。断路器装置包括耦合到线路火线母线的线路火线端子、耦合到线路零线母线的线路零线端子，以及连接到分支电路的负载火线端子和负载零线端子。断路器装置进一步包括：固态开关和气隙电磁开关，所述固态开关和所述气隙电磁开关串联连接在线路火线端子与负载火线端子之间；内部开关和分流电阻器，所述内部开关和所述分流电阻器串联连接在第一节点与第二节点之间，其中第一节点包括沿着线路火线端子与负载火线端子之间的电路径的点，并且其中第二节点包括沿着线路零线端子与负载零线端子之间的电路径的点；开关控制电路系统，其被配置成控制(i)固态开关和(ii)内部开关的操作；以及故障检测电路系统，其被配置成检测故障情况且响应于故障情况的检测而产生故障检测控制信号。开关控制电路系统被配置成响应于故障检测控制信号而将固态开关置于关断状态中。开关控制电路系统被配置成响应于故障检测控制信号而激活内部开关且由此产生内部短路路径，其中分流电阻器连接在第一节点与第二节点之间，并且使得内部短路电流流动通过气隙电磁开关。内部短路电流足以使气隙电磁开关跳闸且由此在线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中产生气隙。
将在以下实施例的详细描述中描述其它实施例，所述实施例将结合附图阅读。
附图说明
图1A为常规热磁断路器的示意性电路图。
图1B为图1A的常规断路器的外壳的透视图。
图2A为根据本公开的实施例的包括机电开关的智能断路器的示意性框图。
图2B为根据本公开的另一实施例的包括机电开关的智能断路器的示意性框图。
图3A为根据本公开的实施例的包括固态双向开关的智能断路器的示意性框图。
图3B为根据本公开的另一实施例的包括固态双向开关的智能断路器的示意性框图。
图4A为根据本公开的实施例的可在智能断路器中实施的交流到直流(AC到DC)转换器电路的示意性框图。
图4B为根据本公开的实施例的图4A的AC到DC转换器电路的示意性电路图。
图5为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的AC到DC电路的示意性电路图。
图6A为根据本公开的实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关的示意性电路图。
图6B说明在施加到固态双向开关的AC市电电源电压的正半循环期间图6A的固态双向开关的有源元件。
图6C为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关的示意性电路图。
图6D为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关的示意性电路图。
图6E为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关的示意性电路图。
图6F为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关的示意性电路图。
图6G为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关的示意性电路图。
图6H为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关的示意性电路图。
图7A和7B示意性地说明根据本公开的实施例的用于控制固态双向开关的开关控制电路系统，其中：
图7A为根据本公开的实施例的可在智能断路器中实施的用于控制固态双向开关的控制电路系统的示意性框图；以及
图7B为根据本公开的实施例的图7A的控制电路系统的示意性电路图。
图8A为根据本公开的另一实施例的智能断路器的极简化示意性图示。
图8B为根据本公开的实施例的包括被配置成将智能断路器与负载流电隔离的隔离电路系统的智能断路器的极简化示意性图示，
图9A、9B和9C示意性地说明根据本公开的实施例的可在智能断路器中实施的集成式电流传感器和能量计量电路，其中：
图9A为电流传感器和能量计量电路的电源块和电流传感器块的示意图；
图9B为电流传感器和能量计量电路的过电流检测块的示意图；以及
图9C为电流传感器和能量计量电路的能量计量块的示意图。
图10为根据本公开的实施例的用于响应于故障情况的检测而控制智能断路器的开关的方法的流程图。
图11为根据本公开的实施例的说明通过智能断路器实施以检测并防止发生故障情况的控制过程的状态图。
图12示意性地说明根据本公开的实施例的利用智能断路器的智能配电和监测系统。
图13为根据本公开的实施例的可用于容纳智能断路器的开关和智能电路系统的外壳结构的分解视图。
图14为根据本公开的实施例的通过智能断路器实施以监测分支电路上的能量使用且防止分支电路上发生故障情况的过程的流程图。
图15为根据本公开的实施例的通过智能断路器实施以监测分支电路上的能量使用且防止分支电路上发生故障情况的过程的流程图。
图16为根据本公开的实施例的被配置成识别连接到断路器的负载的类型以及基于所识别负载类型而控制负载的智能断路器的示意性框图。
图17为根据本公开的实施例的通过智能断路器实施的负载识别和控制过程的方法的流程图。
图18A为根据本公开的实施例的被配置成监测接地故障和电弧故障情况且响应于所检测故障情况而提供电路中断的智能断路器的示意性框图。
图18B为根据本公开的实施例的图18A的智能断路器的示意性电路图。
图19为根据本公开的实施例的可在图18B的智能断路器中实施的故障检测处理器的示意性框图。
图20示意性地说明根据本公开的实施例的电流零交叉检测器电路。
图21A和21B描绘根据本公开的实施例的说明图20的电流零交叉检测电路的操作模式的各种波形，其中：
图21A描绘说明图20的边沿检测级的操作模式的波形；以及
图21B说明根据本公开的实施例的说明图20的电流零交叉检测电路的操作模式的模拟信号波形。
图22示意性地说明根据本公开的实施例的短路检测电路。
图23说明根据本公开的实施例的说明图22的短路检测电路的操作模式的模拟信号波形。
图24示意性地说明根据本公开的另一实施例的智能断路器。
图25A说明输入到图24的智能断路器的线路侧的电源电压波形。
图25B说明在智能断路器的固态开关处于关断状态且智能断路器的气隙电磁开关处于闭合状态时图24的智能断路器的负载侧上的输出电压波形。
图26为根据本公开的实施例的通过图24的智能断路器的开关控制器实施的开关控制过程的流程图。
图27示意性地说明根据本公开的另一实施例的智能断路器。
图28A、28B、28C、28D和28E为根据本公开的另一实施例的包括被配置成指示智能断路器的操作状态的多个视觉指示器的智能断路器的透视图和示意图。
图29示意性地说明根据本公开的另一实施例的智能断路器。
具体实施方式
现将关于智能断路器和用于实施智能断路器的系统和方法更详细地描述本公开的实施例。应理解，贯穿图式使用相同或类似参考标号来表示相同或类似特征、元件或结构，并且因此，对于图式中的每一个将不再重复相同或类似特征、元件或结构的详细解释。另外，如本文中关于百分比、范围等使用的术语“约”或“大体上”意谓表示接近或近似，但不完全是。举例来说，如本文中所使用的术语“约”或“大体上”暗示存在小误差容限，例如比所陈述量少1％或更少。如本文中所使用的术语“示例性”意谓“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施例或设计不应解释为比其它实施例或设计更优选或有利。
图1A和1B示意性地说明常规热磁断路器100，其中图1A为热磁断路器100的示意性电路图，并且图1B为热磁断路器100的外壳101的透视图。确切地说，图1A说明连接在公用电源110(在本文中被称为AC市电110)与连接到受断路器100保护的分支电路的负载120之间的热磁断路器100。如图1A中进一步说明，断路器100通常连接在AC市电110的热相111(被称为“线路火线”)与负载120的负载火线121之间，而AC市电110的中相112(被称为“线路零线”)直接连接到负载120的负载零线122。
断路器100包括借助于手动开关机构(未展示)手动地断开和闭合的机电开关102。机电开关102机械地耦合104到热磁致动器，所述热磁致动器包括与开关102串联连接的螺线管106和也与开关102串联连接的双金属元件108(其由电阻元件加热)。机械耦合104被配置成使得从热相111流动的超过第一阈值(例如，超出断路器100的电流额定值)的瞬时电流使得螺线管106分离开关102的接触件，由此断开电路且使断路器100“跳闸”。螺线管106(例如，电磁体)确证随电流增加的拉力。断路器接触件通过闩锁保持闭合。在螺线管106中的电流增加超出断路器的额定值时，螺线管的拉力释放闩锁，这使得接触件通过弹簧动作断开。
另外，机械耦合104被配置成使得在第二下限阈值下的长时间过量电流使得双金属元件108分离开关102的接触件且由此使断路器100跳闸。双金属元件108对较不极端但长期过电流情况进行响应。断路器100的热机构提供时间响应特征，所述时间响应特征在较大过电流的情况下使断路器100更早跳闸，但允许较小过载持续较长时间。这允许例如在马达或其它非电阻负载接通时产生的短电流尖峰。在这点上，螺线管106(电磁体机构)对电流中的大浪涌(短路)进行瞬时响应，并且双金属元件108对较不极端但长期的过电流情况进行响应。一旦跳闸，就必须使用手动开关机构来手动地复位断路器100。
如图1A中进一步说明，线路零线112通常接合到断路器配电面板中的地线114(GND)，并且地线连接116由断路器配电面板中的接地排形成到负载120的接地连接。地线连接116为在负载120处的接地故障事件的情况下为接地故障返回电流提供用以流动的替代性低电阻路径。地线连接116可用于提供保护的其它断路器或插座设计，所述保护例如电弧故障感测和电弧故障电路中断(AFCI)，以及接地故障感测和接地故障电路中断(GFCI)。此外，线路零线(图1A或图1B中未展示)将包含在被设计成提供AFCI和GFCI保护的断路器100中。
图1B说明通常使用模制塑料组件来制造的用于住宅断路器的常规外壳101。在一些实施例中，使用用于住宅和/或商业应用的标准外壳来实施智能断路器以允许智能断路器与现有外壳后向兼容且改装到现有配电面板中。所属领域的技术人员将认识到，所公开技术的电路、算法、热交换器和其它方面可调整到其它地点或国家中所需的各种形状因数。本文中预期，本发明方法不需要使用传统样式的断路器元件，例如，尤其不使用传统的断路器外壳。
根据本公开的实施例，智能断路器被设计成提供高隔离能力，同时具有相对快速的反应时间以比常规断路器更迅速地隔离短路情况、过电流情况和其它类型的故障。智能断路器被设计成具有可实时可编程的时间-电流特性，并且相较于常规断路器，其精确度更高且变化性更小。举例来说，在一些实施例中，智能断路器实施低功率固态双向开关，其实现快速反应时间以隔离高能量分支电路上的故障。智能断路器被设计成与经连接以提供对多个失效点的支持的智能装置通信，独立于断路器安装的位置，由此允许短路导体的阻抗减小。
相较于常规断路器，根据本公开的实施例的智能断路器提供增加的安全性、扩展的便利性、增加的能量感知、控制、能量节省和改进的情境感知。如下文进一步详细阐释，智能断路器实施各种功能性和控制电路以实施智能处理，包含AC市电切换技术、AC到DC转换技术、内部短路跳闸技术、用以无线传达状态和传感器数据以实现多种创新使用情况的技术、用于检测故障的算法、用于检测和防止内部装置失效的技术、用于通过空中协议更新处置新类型的负载的技术、用于交换热能的技术、用于即使在崩溃的公用设备事件期间云服务支持远程通知、控制、监测和大数据收集的技术、用于分流电阻器电流感测、能量计量和过电流检测的电路技术、用于避免故障情况的技术。这些技术本身就是新颖技术，但其在解决提高安全性、扩展便利性、增加控制、能源感知、能量节省和改进情境感知等挑战方面的真正影响在于其组合。
图2A为根据本公开的实施例的智能断路器的示意性框图。确切地说，图2A示意性地说明连接在AC市电110与负载120之间的智能断路器200。智能断路器200包括机电AC开关202、电流传感器204、第一电压传感器206、第二电压传感器208、AC到DC转换器电路系统210、处理器220处理器复位开关222和具有相关联天线232的射频(RF)收发器230。机电AC开关202串联连接在断路器200的线路输入端子与负载输出端子之间，其中AC市电110的线路火线111连接到线路输入端子且负载120的负载火线121连接到负载输出端子。在机电AC开关202处于闭合状态时，AC市电110的线路火线111连接到负载火线121。在此实施例中，线路零线112(其例如接合到断路器配电面板中的地线114)充当用于智能断路器200的电子电路系统的低侧电压参考(例如，接地)。
在一些实施例中，机电AC开关202包括与上文结合图1A所论述的热磁断路器100相同或类似的热磁跳闸和开关机构，其中机电AC开关202包括热切换机构(例如，双金属开关)和电磁切换机构(例如，螺线管)。机电AC开关202被配置成在操作员使用手动开关(或致动器拉杆)来手动地停用火线路径时或在通过机电AC开关202检测到故障情况(例如，短路情况、过电流情况等)时自动地提供“断开”电路。
处理器220结合电流传感器204以及第一电压传感器206和第二电压传感器208操作以执行例如监测能量利用和检测故障情况的功能。举例来说，在一些实施例中，处理器220被配置成(经由软件和/或硬件)检测负载120中的故障情况(例如，短路情况、过电流情况、过电压情况等)或智能断路器200内的内部故障情况的存在，并且在控制线202-1上产生控制信号以使得电磁组件(例如，螺线管)的电接触件断开且由此将线路火线111与负载火线121断开连接。在其它实施例中，智能断路器200包括额外传感器电路系统和/或处理功能性以使用例如如本文中所论述的技术来支持电弧故障电路中断和/或接地故障电路中断功能。
可使用一个或多个处理架构来实施处理器220。举例来说，处理器220可包括中央处理单元、微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、芯片上系统(SOC)和其它类型的处理器，以及可基于软件、硬件、固件等而执行处理功能的此类处理器的部分或组合。在一些实施例中，智能断路器200的各种组件(例如，204、206、208、210、220和/或230)的固态电路系统可实施在单个裸片上作为芯片上系统。在一些实施例中，智能断路器200的各种组件(例如，204、206、208、210、220和/或230)的固态电路系统可实施在整体地封装为多芯片模块(例如，系统封装)的一个或多个单独裸片上，从而提供高密度非均质集成解决方案。
处理器220利用RF收发器230来与远程节点、装置、系统等无线通信以支持能量利用的远程监测和故障情况的检测。处理器复位开关222用于在某些情况下，例如，在处理器220的DC电源断电等时复位处理器220的状态。在一些实施例中，处理器复位开关222包括手动结果开关，其机械地耦合到机电AC开关202的手动开关拉杆机构(例如，致动器拉杆)，使得开关拉杆在跳闸事件之后的手动复位还引起处理器复位开关222的机械激活。
电流传感器204以及电压传感器206和208被配置成感测和检测指示智能断路器200的断路或损坏或发生故障的内部组件的情况，以及提供用于电路的安全断开和闭合的时序。确切地说，电流传感器204被配置成检测由穿过智能断路器200的火线路径中的负载120汲取的电流的量值。电流传感器204可使用任何合适类型的电流感测电路来实施，所述电流感测电路包含但不限于电流感测电阻器、电流放大器、霍耳效应电流传感器等。电流传感器204通过一个或多个数据获取和控制线204-1耦合到处理器220。
第一电压传感器206和第二电压传感器208被配置成监测沿着穿过断路器200的火线路径的不同点处的电压。举例来说，如图2A中所展示，第一电压传感器206耦合到机电AC开关202的上游的火线路径以监测AC市电110的AC电源电压，并且第二电压传感器208耦合到机电AC开关202的下游的火线路径以监测连接到智能断路器200且受所述智能断路器保护的分支电路上的负载电压。电压传感器206和208分别通过一个或多个数据获取和控制线206-1和208-1耦合到处理器220。
电压传感器206和208可使用任何合适类型的电压感测电路系统来实施，所述电压感测电路系统包含但不限于零交叉检测器电路。零交叉检测器被配置成接收AC波形作为输入，将输入AC波形与零参考电压(例如，线路零线电压)进行比较，并且检测AC波形从正和负的转变，在AC波形与零参考电压交叉时所述转变一致。在一些实施例中，零交叉检测器电路系统被配置成产生方波输出，所述方波输出在AC电压波形的每一零交叉检测时在逻辑“1”与逻辑“0”输出之间转变。在其它实施例中，零交叉检测器电路系统被配置成产生具有RC可调整持续时间的短暂脉冲(～3us)。
AC到DC转换器电路系统210被配置成将DC供电提供到智能断路器200的各种电路系统和元件，包含电流传感器204、电压传感器206和208、处理器220以及RF收发器230。AC到DC转换器电路系统210在故障期间在机电AC开关202处于断开状态时保持供电。在一些实施例中，AC到DC转换器电路系统210包括足够存储电容以紧接在公用设备运转中断之后为DC子系统供电，使得相关电力运转中断或短路信息可在公用电力崩溃时由处理器220获得和存储且接着使用RF收发器230来无线发射到远程节点、装置或系统。AC到DC转换器电路系统210还可包含足够电容以在负载短路事件期间为DC子系统供电而不会被火线和负载的崩溃电压下拉，使得负载可有意地断开连接以防止在范围外电压事件期间的损坏。
图2B为根据本公开的另一实施例的智能断路器的示意性框图。确切地说，图2B示意性地说明连接在AC市电110与负载120之间的智能断路器201。智能断路器201类似于图2A的智能断路器200，不同之处在于智能断路器201包括电流传感器和能量计量电路系统240、保险丝250以及内部短路开关260。电流传感器和能量计量电路系统240被配置成检测由穿过断路器201的火线路径中的负载120汲取的电流的量值，以及实施可编程过电流检测系统和智能能量计量电路系统。下文将结合图9A、9B和9C论述电流传感器和能量计量电路系统240的示例性实施例。
实施保险丝250以例如在装置失效的情况下保护断路器201免受内部失效影响或提供简单的使用寿命终结停用机构。在一些实施例中，如图2B中所展示，内部短路开关260连接在断路器201的AC火线路径与线路零线112之间，其中内部短路开关260在保险丝250与机电AC开关202之间的某一点处连接到AC火线路径。内部短路开关260响应于由处理器220产生且经由开关控制线220-1施加到短路开关260的控制信号。在此配置中，处理器220可例如在装置失效的情况下实施使用寿命终结停用机构，其中处理器220在控制线220-1上输出控制信号以激活内部短路开关260且熔断保险丝250以停用智能断路器201。在其它实施例中，可通过配置处理器220以产生控制信号来实施使用寿命终结停用机构，所述控制信号例如在已检测到装置失效之后的任何时间均保持机电AC开关202被置于闭合状态中，或所述控制信号在已检测到装置失效之后个人尝试接通断路器(经由手动开关的激活)的任何时间均立即使得机电AC开关202跳闸(并且被置于断开状态中)。
在其它实施例中，内部短路开关可在智能断路器中实施为内部触发故障以使机电AC开关202跳闸的机构。举例来说，在图2A和2B的示例性实施例中，内部短路开关可连接在AC火线路径与机电AC开关202的负载侧的线路零线112之间。处理器220可被配置成产生开关控制信号以激活内部短路开关且在机电AC开关202的负载侧处产生短路故障情况，并且由此使机电AC开关202跳闸。在此配置中，处理器220可基于由电流和/或电压传感器240、206和208产生的传感器数据而检测不安全情况或内部断路器失效的存在，并且接着产生控制信号以激活内部短路开关260且由此使机电AC开关202跳闸。另外，可响应于处理器220接收到断开连接的远程命令或响应于检测到例如过加热、过度潮湿或装置失效等不安全局部情况而触发内部短路触发事件。
图3A为根据本公开的另一实施例的智能断路器的示意性框图。确切地说，图3A示意性地说明连接在AC市电110与负载120之间的智能断路器300。智能断路器300包括气隙电磁开关302、固态双向开关304、被配置成控制气隙电磁开关302的操作的开关控制电路系统306、允许用户手动地断开和闭合气隙电磁开关302的手动开关307，以及被配置成控制固态双向开关304的操作的开关控制电路系统308。另外，类似于图2A的示例性实施例，图3A的智能断路器300包括电流传感器204、第一电压传感器206、第二电压传感器208、AC到DC转换器电路系统210、处理器220、处理器复位开关222以及RF收发器230和相关联天线232，其被配置成执行与如上文所论述的功能相同或类似的功能。在其它实施例中，如上文所提及，可实施外部DC电源以将DC电力提供到智能断路器300的固态电路系统和组件。
在一些实施例中，气隙电磁开关302包括任何合适类型的电磁跳闸和机械开关机构，其被配置成物理地断开和闭合电接触件集合，其中在气隙电磁开关302处于断开状态时气隙产生在电接触件之间。举例来说，气隙电磁开关302可包括闩锁螺线管或中继器元件，其响应于来自开关控制电路系统306的控制信号以自动地断开或闭合气隙电磁开关302的电接触件。在一些实施例中，开关控制电路系统306和气隙电磁开关302被配置成使得气隙电磁开关302的电接触件可通过开关控制电路系统306自动地断开，但不通过开关控制电路系统306的操作自动地闭合。在此例子中，气隙电磁开关302的电接触件通过手动开关307的操作手动地闭合。
在一些实施例中，开关控制电路系统308响应于来自传感器(例如，电流传感器204、电压传感器206和208等)中的一个或多个的控制信号以确定何时响应于通过传感器检测到的故障情况而断开气隙电磁开关302。在一些实施例中，开关控制电路系统306响应于从处理器220(在控制线306-1上)接收到的控制信号以响应于故障情况而控制气隙电磁开关302的断开，所述故障情况例如短路故障、过电流故障，以及由于处理器220分析从电流传感器204以及电压传感器206和208获得的传感器数据而通过处理器220检测到的其它故障等。
另外，气隙电磁开关302包括手动开关307，其使得个人能够手动地断开或闭合气隙电磁开关302的电接触件且由此手动地将气隙电磁开关302置于断开或闭合状态中。可由处理器220基于连接在手动开关307与处理器220之间的感测线307-1上存在的电信号而检测手动开关307的状态(激活或解除激活)。线路火线111与负载火线121之间的线路路径中的气隙的产生提供AC市电110与负载120的完全隔离，并且防止电流从线路火线111到负载120的流动(并且还防止在固态双向开关304处于关断状态时可由固态双向开关304产生的泄漏电流的流动)。
如图3A中所展示，气隙电磁开关302与智能断路器300的线路输入端子与负载输出端子之间的固态双向开关304串联连接。气隙电磁开关302可安置在固态双向开关304的线路侧(如图3A中所展示)上或在固态双向开关304的负载侧上。固态双向开关304包括例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)装置的电控制固态切换装置以及相关联偏置电路系统。下文将结合图6A到6H进一步详细论述固态双向开关304的示例性实施例。半导体MOSFET装置可为基于硅的固态装置或基于碳化矽(SiC)或砷化镓(GaN)的固态装置。
固态双向开关304由开关控制电路系统308控制以响应于由开关控制电路系统308产生的栅极控制信号而将固态双向开关304置于接通状态或关断状态中。在一些实施例中，开关控制电路系统308响应于从处理器220(在控制线308-1上)接收到的控制信号以响应于故障情况而关断固态双向开关304，所述故障情况例如短路故障、过电流故障，以及由于处理器220分析从电流传感器204以及电压传感器206和208获得的传感器数据而通过处理器220检测到的其它故障等。
在其它实施例中，开关控制电路系统308包括控制电路系统，其响应于由电流传感器204(和其它传感器，例如，电压传感器206和208)响应于故障情况的检测而产生且在控制线204-1上发射到开关控制电路系统308的控制信号。开关控制电路系统308响应于此类控制信号以产生选通控制信号以控制固态双向开关304的激活和解除激活。在其它实施例中，开关控制电路系统308包括短路检测电路系统，其被配置成检测负载侧短路故障，并且响应于所检测短路故障而自动地解除激活固态双向开关304。下文将结合图7A和7B进一步详细论述包括短路检测电路系统的开关控制电路系统308的示例性实施例。另外，开关控制电路系统308被配置成出于控制和最小化在开关304处于关断状态时固态双向开关304的泄漏的目的而控制固态双向开关304的驱动电压。
应了解，固态双向开关304的实施允许智能断路器300通过固态双向开关304的迅速解除激活来迅速地对即将发生的故障情况，例如过电流故障情况、负载侧短路故障情况、内部故障情况、过电压情况等进行响应。实际上，用于解除激活固态双向开关304以隔离故障情况的响应时间可比与机电AC开关的自动跳闸以隔离故障情况相关联的响应时间(例如，约几毫秒)快约1000倍，因为固态状态双向开关304可在约微秒或纳秒从接通状态转变到关断状态。作为另一优点，相较于常规机电断路器，固态双向开关304具有更精确且可重复的时间-电流特性曲线。相较于具有在其寿命内变化的时间-电流特性的常规机电断路器，这允许更精确地控制由固态双向开关304传导的电流。
在一些实施例中，由智能断路器300的处理器220实施的控制逻辑被配置成将开关控制信号发出到开关控制电路系统306，使得响应于固态双向开关304被置于关断状态中，气隙电磁开关302被置于断开状态中。在一些实施例中，由处理器220实施的控制逻辑被配置成将开关控制信号发出到开关控制电路系统306，使得气隙电磁开关302在将固态双向开关304置于接通状态中之前被置于闭合状态中。另外，处理器220被配置成监测和检测手动开关断开事件，其中气隙电磁开关302的手动开关307经致动以手动地断开气隙电磁开关302的电接触件。响应于手动开关断开事件，处理器220将产生控制信号并将其输出到开关控制电路系统308以将固态双向开关304置于关断状态中。
如上文所概述的开关时序控制方案通过确保以下来防止或最小化气隙电磁开关302的电接触件之间的电弧的产生：(i)气隙电磁开关302在将固态双向开关304置于接通状态中之前被置于闭合状态中，以及(ii)固态双向开关304在气隙电磁开关302的电接触件的断开之前响应于手动操作员断开连接气隙电磁开关302且由此解除激活固态双向开关304的检测而自动地置于关断状态中。在另一实施例中，开关控制方案被配置成在“待用”状态中操作智能断路器300，其中固态双向开关304处于关断状态，并且气隙电磁开关304处于闭合状态。
在此类开关控制配置的情况下，气隙电磁开关302的电接触件被配置成在闭合状态中支持高能量流，但可被设计仅在低电流情况期间移动以防止或最小化电接触件之间的电弧。举例来说，可实施开关控制方案，其中当在火线路径上的电流的量值小于预选值时致动气隙电磁开关302。在气隙电磁开关302内防止电弧实现气隙电磁开关302的小型化。
气隙电磁开关302的实施为智能断路器301提供额外安全特征。举例来说，气隙电磁开关302在固态双向开关304发生故障的情况下提供用于故障隔离的故障保护机构。通过分析从各种传感器204、206和208获得的实时传感器数据，处理器220可被配置成检测固态双向开关304的失效状态或另外检测潜在的过电流或短路故障情况。在此类例子中，处理器220可产生控制信号并将其输出到开关控制电路系统306以将气隙电磁开关302置于断开状态中。
在一些实施例中，电流传感器204包括串联连接在火线路径中的感测电阻器。如下文进一步详细阐释，感测电阻器被配置成由于流动通过感测电阻器的负载电流而产生负载电压或感测电压，其中负载电压或感测电压由一个或多个检测电路(例如，电流传感器电路、短路检测电路、能量计量电路等)测量和处理以检测故障情况以及直接控制固态开关而无需处理器的辅助。这通过避免处理器或CPU响应的不确定时间来允许更快的反应时间。
另外，在气隙开关302被置于断开状态时，气隙开关302在AC市电110与负载120之间提供流电隔离。在形成气隙的情况下，没有电流可从AC市电110流动到负载120。在固态双向开关304处于关断状态时，此类流电隔离防止由于固态双向开关304的泄漏电流而导致的非所需电流流动。
如同本文中所论述的其它实施例，可使用一个或多个处理架构(例如，CPU、微处理器、微控制器、ASIC等)来实施处理器220。在一些实施例中，智能断路器300的各种组件(例如，204、206、208、210、220、230、306和/或308)的固态电路系统可实施在单个裸片上作为芯片上系统。在一些实施例中，智能断路器230的各种组件(例如，204、206、208、210、220、230、306和/或308)的固态电路系统可实施在整体地封装为多芯片模块(例如，系统封装)的一个或多个单独裸片上，从而提供高密度非均质集成解决方案。
图3B为根据本公开的另一实施例的智能断路器的示意性框图。确切地说，图3B示意性地说明连接在AC市电110与负载120之间的智能断路器301。智能断路器301包括智能断路器201和300(图2B和3A)的组件的组合，并且因此将不重复各种组件和相关联功能性的详细描述。智能断路器301包括缓冲器310，其连接在火线路径与零线路径之间以保护内部组件免受由于来自电感负载的能量反冲而导致的损坏。缓冲器310可安置在开关302和304的线路和/或负载侧上。位于开关302和304的线路侧上的缓冲器允许缓冲器仅在开关302和304分别处于断开状态和接通状态时保护内部电路。然而，如图3B中所展示的位于开关302和304的负载侧上的缓冲器310有助于消除在电感负载反冲事件期间在气隙电磁开关302内发生的电弧的可能性。应理解，可在图2A、2B和3A的智能断路器实施例中实施缓冲器。
在其它实施例中，可实施外部DC电源以将DC电力提供到图2A、2B、3A和3B的智能断路器200、201、300和301(以及下文所论述的断路器的其它实施例)的固态电路系统和组件。举例来说，其中安装有智能断路器的配电面板可具有DC电池和被配置成将DC电力分配到配电面板内的智能断路器的DC电力总线。在此例子中，DC电池可耦合到AC到DC转换器，其被配置成将AC市电110的AC电力转换成为DC电池充电的DC电力。
虽然图2A、2B、3A和3B的示例性实施例说明用于使处理器220复位的处理器复位开关222，但应理解，处理器复位开关222为可选特征，并且可实施其它机构以用于实现处理器复位。在一些实施例中，处理器220包括内部复位电路，其被配置成在例如在存在处理器220的DC电源断电时或在存在处理器200的内部故障情况时的某些情形下复位处理器220。在一些实施例中，处理器被配置成产生在到开关控制电路系统306和308的控制线306-1和308-1上输出的“CPU_OK”信号。CPU_OK信号提供处理器220和相关联软件是否正常操作的指示。在CPU_OK信号指示处理器200和/或相关联软件不正常操作时，开关控制电路系统306和308将自动地将固态双向开关304置于关断状态中且接着将气隙电磁开关302置于断开状态中(以产生用于流电隔离的气隙)。这提供了硬件故障保护机构以确保智能断路器在处理器220或其子系统未正确地操作的情况下不服务于负载。
举例来说，在一些实施例中，处理器220的内部复位电路包括看门狗计时器和被配置成在处理器220的固件内的所有子系统被确定为正确地操作时服务于看门狗计时器(例如，复位看门狗计时器)的合适的架构软件。在一些实施例中，看门狗计时器包括实施唯一时钟的电阻器/电容器网络。在看门狗计时器经启用时，计时器从初始值计数到最终计数值。如果看门狗计时器在到达最终计数值之前未初始化到初始计数值，将复位处理器220。将因为AC(因此DC)电源断电或内部故障情况而复位处理器220，所述内部故障情况使得看门狗计时器达成最终计数值，在此情况下产生使得处理器220复位的控制信号。
更具体地说，在一些实施例中，处理器220的内部复位电路如下操作。在首先将DC电力施加到处理器220时，处理器将执行自检和初始化例程。如果自检和初始化例程成功地完成，则处理器220将输出逻辑“1”CPU_OK控制信号以指示处理器220和嵌入式软件正确地操作。逻辑“1”CPU_OK控制信号被输入到开关控制电路系统306和308以指示开关302和304可安全地激活以服务于负载120。另一方面，逻辑“0”CPU_OK控制信号向开关控制电路系统306和306指示开关320和304应解除激活或不应激活(如果在CPU_OK被确证为逻辑“0”电平时解除激活)。在处理器220的复位(例如，由于所确定内部处理器故障而导致的通电复位或强制复位)后，控制信号CPU_OK保持在逻辑“0”电平，直到处理器220复位且确定为完全功能的且按预期操作为止。
处理器220的软件，作为其正常操作的部分，连续地监测固件中的若干点以确保处理器220的所有子系统按预期恰当地操作。如果所有受监测点确定为正确地操作，则看门狗计时器得到服务(例如，计数器复位到初始值)。如果受监测点中的任一个确定为非功能的或不正确地操作，则看门狗计时器将不被服务，并且看门狗计时器将最终达到其最大计数值。在一些实施例中，看门狗计时器具有定义大致1秒时间的计数序列。如果看门狗计时器不被处理器220的复位控制软件服务，则看门狗计时器将在～1秒之后“触发”且复位处理器220，这使得CPU_OK控制信号转变成逻辑“0”电平。CPU_OK信号从逻辑“1”到逻辑“0”的转变触发开关控制电路系统306和308以将固态双向开关304置于关断状态中，并且将气隙电磁开关302置于断开状态中。
此外，在一些实施例中，作为处理器220的复位序列的部分，存在指示处理器复位是否由看门狗计时器复位或电源接通复位引起的硬件指示(被设计到处理器220中)。如果处理器复位由电源接通复位引起，则处理器220的固件将继续进行正常启动初始化过程。另一方面，如果处理器复位由看门狗计时器触发，则处理器220的固件将继续进行“从看门狗计时器复位恢复”初始化路径，而非正常启动初始化。对于用户，看门狗计时器复位呈现为像正常过电流“跳闸”情况(与云端或远程计算装置通信，处理器复位是由内部看门狗计时器复位引起的)。
通过此复位序列，固件将确定连续看门狗计时器复位的数目是否已超过预定义阈值数目(例如，5)。如果连续看门狗计时器复位的数目被确定为超过预定义阈值数目，则将声明内部失效或内部故障情况，并且智能断路器将被停用，直到其得到服务且计数器复位为止。在此例子中，处理器固件将声明内部失效且经由云端通知、状态LED和其它可用用户接口报告错误，并且不允许手动地接通智能断路器，直到其得到服务为止。另一方面，如果连续看门狗计时器复位的数目尚未超过预定阈值数目，则可在看门狗计时器复位之后手动地复位智能断路器。
换句话说，看门狗计时器复位事件呈现为像通过设计的“正常过电流跳闸”，并且为紧接在复位之后执行的处理器固件的结果。处理器固件将确定处理器复位是否由看门狗计时器引起，并且如果是，则通过模拟“跳闸”事件、与云端通信指示看门狗计时器复位事件，以及一旦气隙开关302经由控制信号手动地或自动地置于闭合状态中就允许正常操作继续来执行恢复，如果这样规定。如果一旦看门狗计时器触发(或在(重新)施加电力时)处理器220就不再起作用，则单元将完全不起作用，其中通过设计保证到负载的AC关断。在其中处理器220紧接在看门狗计时器复位之后变成非功能的罕见情况下，将不存在事件到云端的通信，因此到云端的通信为在初始化期间“恢复”路径的部分。
图2A、2B、3A和3B的智能断路器的示例性实施例提供优于常规断路器设计的各种优点。举例来说，电压和电流传感器、处理器、无线通信子系统的实施使智能断路器能够感测断路器和负载的操作情况且无线通信哪一断路器已跳闸，从而更容易地在断路器面板内识别。这可通过在由处理器控制的前面板处添加LED信号而扩充。特征通过添加在故障事件期间保持供电的AC到DC转换器电路来实现。
此外，智能断路器能够在寿命安全应用中节省时间，例如在电路在医院和例如军事命令和控制设施的类似应用中过载或几乎过载时。可用信息无线通知此类环境中的维护技术员或电工即将发生的或现有的故障以将其引导到有问题的负载，当地受影响人员不必联系维修人员寻求支持。分析和清除负载以及对断路器重新供能或防止其断开的速度对于患者的成功治疗或关键工作职能的延续可能是至关重要的。在一些实施例中，与智能断路器的无线通信允许技术员或电工使用预定命令来远程地对负载重新供能以远程地控制智能断路器。
作为第三实例，在图3A和3B的智能断路器中实施的固态开关技术例如能够以比图1A中的机电等效物快大约1000倍的速度使故障断开连接，并且由于固态电子件的无电弧非移动本质而具有增加的可靠性。增加的速度进一步减小对电路、电装置、负载的损坏、火灾和人身伤害的可能性。在一些实施例中，在负载处的短路电流期间发生的AC电力的崩溃期间，固态开关在小于一个循环内断开。
图4A为根据本公开的实施例的可在智能断路器中实施的AC到DC转换器电路400的示意性框图。AC到DC转换器电路400包括不需要整流器来产生DC电压的架构。AC到DC转换器电路400包括浪涌保护电路410、采样电路420、开关驱动器电路430、控制开关和箝位电路440、存储电路450、电压调节器电路460和流电隔离电路470。AC到DC转换器电路400产生施加到负载电路系统402的DC电源电压。
浪涌保护电路410被配置成限制到AC到DC转换器电路400的输入电流的量值。采样电路420被配置成对AC市电110的AC电源电压波形进行采样。采样电路420将采样电压输出到开关驱动器电路430。开关驱动器电路430被配置成将控制电压施加到控制开关和箝位电路440的控制开关。控制开关和箝位电路440被配置成响应于由开关驱动器电路430施加的控制电压而将电力供应到存储电路450。存储电路450包括被配置成存储施加到电压调节器电路460的DC电压的电压存储元件(例如，电容器)。电压调节器电路460被配置成产生经调节DC电源电压到负载电路系统402。
在一些实施例中，开关驱动器电路430从存储电路450接收反馈电压480，并且至少部分地基于反馈电压480而产生施加到控制开关和箝位电路440的控制电压。在一些实施例中，可消除反馈电压480，并且AC到DC转换器电路400操作为前馈转换器，其中从前侧元件420、430和440控制存储电路450的存储元件。
在一些实施例中，AC到DC转换器电路系统400实施从负载电路系统402到开关驱动器电路430的反馈控制电路490以支持前馈和反馈控制两者。在一些实施例中，前馈和反馈控制的平衡由反馈电压480和采样电路系统420中的组件的选择确定。在一些实施例中，前馈和反馈控制之间的平衡根据采样电路系统420中的电阻器元件和反馈电压480配置。在其它实施例中，利用可变元件以实现前馈和反馈控制的调整。在此类实施例中，反馈电路490将包括开关驱动器电路430与负载电路系统402之间的流电隔离。
图4B为根据本公开的实施例的图4A的AC到DC转换器电路的示意性电路图。在图4B的示例性实施例中，浪涌保护电路系统410包括连接到AC市电110的线路火线111的第一输入电阻器411和连接到AC市电110的线路零线112的第二输入电阻器412。在其它实施例中，对于大功率和高效率应用，浪涌保护电路系统410包括开关元件，其被配置成允许电流在启动时流动通过电阻器411和412，且接着一旦达到稳态操作就绕过电阻器411和412。在其它实施例中，浪涌保护电路系统410包括代替第一电阻器411和第二电阻器412的第一电感器元件和第二电感器元件。
采样电路系统420包括连接到如所展示的各种节点N1、N2、N3和N4的多个电阻器421、422、423和424。电阻器421、422和423形成用于对输入AC波形进行采样的分压器网络，其中分压器网络包括反馈节点N2和输出节点N3。电阻器424连接在反馈节点N2与存储电路系统450的输出节点N4之间以提供来自存储电容器452的反馈电压。开关驱动器电路系统430包括连接在节点N1与N5之间的电阻器431，以及开关元件432。控制开关和箝位电路系统440包括控制开关元件441、电阻器442和齐纳二极管443。存储电路系统450包括二极管451和存储电容器452。电压调节器电路系统460包括开关元件461、电阻器462、齐纳二极管463和电容器464。
在一些实施例中，开关元件432、441和461包括具有如图4B中所展示的栅极G、漏极D和源极S端子的n型增强MOSFET装置。在其它实施例中，开关元件432、441和461可使用双极晶体管或微机电开关来实施。如图4B中所展示，开关元件443包括连接到采样电路系统420的分压器网络的输出节点N3的栅极端子G、连接到开关驱动器电路系统430的输出节点N5的漏极端子D，以及连接到浪涌保护电路系统410的输出节点N3的源极端子S。开关元件432的漏极端子D通过电阻器431耦合到浪涌保护电路系统410的输出节点N1。
控制开关441包括连接到浪涌电路系统410的输出节点N1的漏极端子D、连接到开关驱动器电路系统的输出节点N5的栅极端子G，以及连接到存储电路系统450的输入(即，二极管451的阳极)的源极端子S。齐纳二极管443连接在控制开关441的栅极端子G与源极端子S之间，其中齐纳二极管443的阴极连接到控制开关441的栅极端子G且齐纳二极管443的阳极连接到控制开关441的源极端子S。
电压调节器电路系统460的开关元件461包括连接到存储电路系统450的输出节点N4的漏极端子D、连接到电阻器462与齐纳二极管463之间的节点N7的栅极端子G，以及连接到电压调节器电路系统460的输出节点N8的源极端子S。电容器464连接在电压调节器电路系统460的输出节点N8与浪涌保护电路系统410的输出节点N6之间。
电阻器424(或感测电阻器)连接在存储电路系统450的输出节点N4之间以提供通过电阻器424施加到采样电路系统420的反馈节点N2的反馈电压。通过节点N4与N2之间的电阻器424的连接提供的反馈路径提供如图4A所展示的反馈电压480的示例性实施例，其中部分地利用存储电容器452的电荷以在连接到开关驱动器电路系统430的开关元件432的栅极端子G的采样电路系统420的输出节点N3处产生控制电压。
开关元件432由在采样电路系统420的分压器网络的输出节点N3处产生的栅极控制电压驱动。开关元件432的选通控制开关驱动器电路系统430的控制开关441的操作。电阻器421、422、423和424的电阻值经选择以使得施加到开关驱动器电路系统430中的开关元件432的栅极端子G的分压器网络的节点N3上的电压将接通和关断开关元件432且由此同步接通和关断控制开关元件441。控制开关元件441由此被驱动以输出预选定的计时输出脉冲以为存储电容器452充电。
控制开关441的峰值输出电流基于齐纳二极管443的齐纳电压(即，反向击穿电压)的预选定值而被箝位到预选定值，其中最大栅极-源极电压(VGS)受齐纳二极管443的齐纳电压限制。来自控制开关441的脉冲输出操作以接通二极管451且将电荷供应到节点N4以为存储电容器452充电。通过连接在存储电路系统450的输出节点N4与采样电路系统420的反馈节点N2之间的电阻器424提供的反馈用于驱动开关驱动器电路430以将存储电容器452维持为恒定电荷。
开关元件432和控制开关441在与AC电压输入同步时被激活(断开或闭合)。AC到DC转换器电路400以传入AC电源的频率提供具有脉冲调制的低电压输出。开关432和441在开关432和441的阈值电压内的接近AC电源的零交叉的电压下被激活(断开或闭合)。存储电路系统450的输出节点N4施加到电压调节器电路系统460的输入且接着施加到负载电路402。电容器464提供存储容量以缓冲且由此使从AC到DC转换器400到负载电路系统402的输出平滑。
综上所述，如图4A和4B中所展示的示例性AC到DC转换器电路400包括浪涌保护电路410、电压采样电路420、开关驱动器电路430、控制开关和箝位电路440、存储电路450以及电压调节器电路460。电压采样电路420中的组件的选择确定开关驱动器430的时序。控制开关和箝位电路440的组件的选择确定输出脉冲的峰值电压和电流。通过选择峰值电流和脉冲时序两者来控制电力输出。利用来自存储元件452通过电压采样电路420的反馈来选择脉冲时序。AC到DC转换器电路400与AC市电110的AC电压波形同步操作。
在其它实施例中，图2A、2B、3A和3B中所展示的AC到DC转换器电路系统(和如下文所论述的智能断路器的其它实施例)可使用与以下共同待审的申请中所公开技术相同或类似的DC电力转换技术来实施：(1)2018年10月9日提交(公告号：US 2019/0165691)的名称为高效率AC到DC转换器和方法(High-Efficiency AC to DC Converter and Methods)的美国专利申请第16/092,263号；以及(2)2019年4月9日提交(公告号：US 2019/0238060)的名称为高效率AC直转DC提取转换器和方法(High-Efficiency AC Direct to DC ExtractionConverter and Methods)的美国专利申请第16/340,672号，所述美国专利申请的公开内容全部完全地以引用的方式并入本文中。
图5为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的AC到DC转换器电路500的示意性电路图。确切地说，图5示意性地说明可使用如2018年7月7日提交的名称为用于具有采样和保持和释放的信号提取的方法和设备(Method and Apparatus for SignalExtraction with Sample and Hold and Release)的美国专利申请第16/029,546号中所公开的技术来实施的采样和保持AC到DC转换器电路500的示例性实施例，所述美国专利申请的公开内容完全地以引用的方式并入本文中。AC到DC转换器电路500被配置成从AC市电110的AC电压波形产生DC电源电压。AC到DC转换器电路500包括第一电阻器501和第二电阻器502、第一开关510、第二开关512、控制器520、二极管530、存储电容器540、电压调节器550和输出电容器560。在图5的示例性实施例中，第一开关510和第二开关512包括具有如所展示的栅极端子G、漏极端子D和源极端子S的N型增强MOSFET。
电阻器501和502形成具有驱动第一开关510的栅极端子G的输出节点N1的分压器电路。第一开关510的源极端子S连接到零线/接地114，并且第一开关510的漏极端子D连接到第二开关512的栅极端子G且连接到控制器520。第二开关512的漏极端子D连接到线路火线111，并且第二开关512的源极端子S连接到控制器520的输入。控制器520具有连接到二极管530的阳极的输出。二极管530和存储电容器540形成类似于图4B中所展示的存储电路的存储电路。另外，电压调节器550和输出电容器560形成类似于图4B中所展示的电压调节器电路的电压调节器电路。
现在将结合图6A到6H更详细地论述如图3A和3B中所展示(和如在下文所论述的其它示例性实施例中实施)的固态双向开关304的示例性实施例。举例来说，图6A为根据本公开的实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关600-1的示意性电路图。确切地说，图6A说明用于控制从AC市电110递送到负载120的AC电力的图3A和3B中所展示的固态双向开关304的示例性实施例。固态双向开关600-1被配置成在固态双向开关600-1处于接通状态时允许电流在AC市电110与负载120之间的双向流动(即，传导正电流或负电流)，以及在固态双向开关600-1处于关断状态时阻止AC市电110与负载120之间的正或负电流。
固态双向开关600-1包括第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602，所述MOSFET开关沿着线路火线111与负载火线121之间的火线路径背对背串联连接。在一些实施例中，第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602包括具有如所展示的栅极端子(G)、漏极端子(D)和源极端子(S)的功率MOSFET装置，并且确切地说，N型增强MOSFET装置。在图6A的示例性实施例(和本文中所论述的其它实施例)中，固态双向开关600-1使用具有共同连接的源极端子的两个N沟道MOSFET开关601和602来实施。
第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602分别包括本征体二极管601-1和602-1，其表示MOSFET装置的P型衬底主体与N掺杂漏极区之间的P-N结。体二极管601-1和602-1为MOSFET开关601和602的本征元件(即，非离散元件)，并且因此以虚线连接展示。应注意，MOSFET开关601和602的本征主体-源极二极管未被展示，因为它们通过源极区与衬底主体之间的连接短路(例如，N+源极和P主体结通过源极金属化短路)。
固态双向开关600-1进一步包括第一电阻器603和第二电阻器604、第一整流二极管605和第二整流二极管606、齐纳二极管608和单极单掷(SPST)开关元件607。第一电阻器603和第一整流二极管605串联连接在第一MOSFET开关601的漏极端子(D)与栅极端子(G)之间。第二电阻器604和第二整流二极管606串联连接在第二MOSFET开关602的漏极端子(D)和栅极端子(G)之间。开关607和齐纳二极管608在并联连接在第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602的共同连接的源极端子(S)与共同连接的栅极端子(G)之间，其中齐纳二极管608的阳极连接到源极端子，并且齐纳二极管608的阴极连接到栅极端子。
齐纳二极管608包括大于功率MOSFET开关601和602的阈值电压VT的反向击穿电压(被称为“齐纳电压”VZ)。在固态双向开关600-1的接通状态期间，齐纳二极管608通过包括串联连接的第一电阻器603和第一整流二极管605的第一偏置分支电路或通过包括串联连接的第二电阻器604和第二整流二极管606的第二偏置分支电路“反向”偏置。第一整流二极管605和第二整流二极管606分别耦合到功率MOSFET开关601和602的漏极端子D，并且由分别用以限制流动通过第一整流二极管605和第二整流二极管606的电流的量的第一电阻器603和第二电阻器604保护。
固态双向开关600-1通常如下操作。在开关607处于如图6A中所展示的“断开”状态时，在漏极端子D超过齐纳电压时第一偏置分支(603-605)和第二偏置分支(604-606)为齐纳二极管608提供“反向偏置”，由此将功率MOSFET开关601和602置于“接通”状态中。在开关607处于“闭合”状态时，开关607将来自第一偏置分支(603-605)和第二偏置分支604-608的偏置电流分流到功率MOSFET开关601和602的源极S端子，这使得MOSFET开关601和602被置于“关断”状态中。在此电路配置中，“接通”时间常数由限流电阻器603和604的值以及功率MOSFET开关601和602的栅极-源极电容决定，而“关断”时间常数由MOSFET开关601和602的本征电容以及开关607的接通电阻决定。“接通”和“关断”时间常数可被设计成比AC市电110的周期短得多，这允许固态双向开关600-1在接通-关断和相位控制模式两者中操作。然而，实际上，齐纳二极管608可能从不达到其齐纳电压，并且MOSFET开关601和602的栅极-源极电压将罕见地超过阈值电压VT。因此，MOSFET开关601和602都不可完全地“接通”，从而导致单元中的过量电力耗散和供应到负载120的电流减少。
图6B说明在施加到固态双向开关600-1的AC市电110的电源电压波形的正半循环期间图6A的固态双向开关600-1的有源元件。在开关607处于断开状态以允许第一MOSFET开关601接通时，在电源电压从零伏特增加时第一MOSFET开关601的栅极电压开始遵循AC市电110的电源电压波形的正偏移。在栅极电压达到第一MOSFET开关601的阈值电压时，电流开始流动到负载120，并且第二MOSFET开关602的体二极管602-1正向偏置。第一MOSFET开关601的源极电压“遵循”增加的栅极电压，但滞后于阈值电压加额外偏置的值，以考虑供应到负载120的电流。维持此情况直到AC市电110的电压波形变成负为止。因此，第一MOSFET开关601的漏源-源极电压从不低于阈值电压，而不管第一MOSFET开关601的漏极-源极电阻如何，使得在第一MOSFET开关601中耗散的电力为(ID×VT)，其中ID为漏极电流。如果栅极电压良好地升高到超出阈值电压，则耗散的电力由(ID 2×rds)给出，其中rds为第一MOSFET开关601的“接通”电阻，其中(ID 2×rds)的值可显著小于(ID×VT)的值。
另一方面，在施加到固态双向开关600-1的AC市电110的电源电压波形的负半循环期间，固态双向开关600-1的有源组件包含第一MOSFET开关601的体二极管601-1、齐纳二极管608、第二MOSFET开关602以及第二分支元件604和606。第二MOSFET开关602的栅极电压开始于0V且在源极电压下降到负阈值电压(-VT)后就开始遵循源极电压负值，其中电流开始流动通过负载120且第一MOSFET开关601的体二极管601-1正向偏置。第二MOSFET开关602的漏极电压被有效地箝位到栅极电压，使得漏极-源极电压VDS保持在-VT，直到AC市电110的电源电压波形变为正为止。因此，第二MOSFET开关602的VDS从不低于阈值电压，除了在AC市电110的电源电压波形的零交叉周围，而不管第二MOSFET开关602的漏极-源极电阻如何，并且所耗散的电力在负半循环中为(ID×VT)。
图6C为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关600-2的示意性电路图。固态双向开关600-2在电路配置上类似于图6A的固态双向开关600-1，不同之处在于固态双向开关600-2实施代替SPST开关607的单极双掷(SPDT)开关元件612，并且进一步包括与齐纳二极管608并联连接的电容器613。双极开关612由通过控制线610-1耦合到双极开关612的开关控制电路610控制。在一些实施例中，开关控制电路610包括图3A和3B中所展示的开关控制电路系统308的实施例。开关控制电路610操作双极开关612以将第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602的栅极G端子选择性地连接到(i)第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602的源极S端子(“位置1”)或到(ii)包括第一电阻器603和第二电阻器604、第一整流二极管605和第二整流二极管606以及电容器613的偏置电路系统(“位置2”)。
在开关612被设置成位置1时，第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602维持在“关断”状态中。开关控制电路610被配置成将开关612维持在位置1，直到AC市电110的电源电压波形超过预先建立的触发电平VTRIG，随即开关612被设置为位置2。在此例子中，在AC市电110的正半循环期间，开关控制电路610操作开关612以将第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602维持在“关断”状态中，直到AC电源电压波形达到VTRIG为止，这允许偏置电路系统603、605、613充电到VTRIG，而第一MOSFET开关601的源极S端子保持在0伏特。
在开关612被置于位置2中时，偏置电压VTRIG施加到第一MOSFET开关601的栅极端子，由此偏置电压值可比阈值电压VT大得多。第一MOSFET开关601的源极端子开始朝向VTRIG-VT充电，并且此电压阶跃的部分通过电容器613耦合到第一MOSFET开关601的栅极端子。这使栅极偏置增加到远超出VTRIG，使得其超过AC电源601电压值。因此，第一MOSFET开关601达到其中漏极-源极电压几乎为零，而栅极-源极电压大于VTRIG的状态。在此状态下，第一MOSFET开关601展现其最小沟道电阻RDS，并且最大电压跨越负载120呈现。
图6D为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关600-3的示意性电路图。固态双向开关600-3在电路配置上类似于图6C的固态双向开关600-2，其中双极开关612使用由开关控制电路620控制的第一控制开关621和第二控制开关622来实施。开关控制电路620包括耦合到第一控制开关621的第一控制线620-1，以及耦合到第二控制开关622的第二控制线620-2。在一些实施例中，第一控制开关621和第二控制开关622包括光晶体管(例如，光学双极结晶体管)。
开关控制电路620监测线路火线路径111上的电源电压波形的电压电平。在电压电平保持低于预定触发电平触发电平VTRIG时，开关控制电路620输出控制线620-1上的光学控制信号以驱动第一控制开关621(即，将开关621维持在“接通”状态中)，而第二控制开关622维持在关断状态中。另一方面，在电压电平超过预定触发电平触发电平VTRIG时，开关控制电路620输出控制线620-2上的光学控制信号以驱动第二控制开关622(即，将第二控制开关622维持在“接通”状态中)，而第一控制开关621维持在关断状态中。在一些实施例中，开关控制电路620被配置成使得光学驱动器控制信号输出620-1和620-2不重叠，由此提供“先断后通”开关特性，这避免了使电容器613过早地放电。
图6E为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关600-4的示意性电路图。固态双向开关600-4在电路配置上类似于图6A的固态双向开关600-1，不同之处在于固态双向开关600-4包括与齐纳二极管608并联连接的电容器613，并且其中包括第二电阻器604和第二整流二极管606的第二偏置分支连接到AC市电110的线路神经112，而不是连接到第二MOSFET开关602的漏极端子D。
固态双向开关600-4的配置避免针对图6A的配置出现的箝位动作且允许在第二MOSFET开关602的源极端子S下降到-VZ时齐纳二极管608达到其齐纳电压VZ。这使得第二MOSFET开关602的栅极-源极电压为可显著大于VT的VZ，这导致相对小的由此展现小漏极-源极电阻值(RDS)且减少电力耗散。此外，升高的栅极-源极偏置存储在MOSFET开关601和602以及电容器613的本征栅极-源极电容上，并且在AC市电110的电源电压波形的后续正半循环期间维持。因此，MOSFET开关601和602两者保持最小RDS配置，直到开关607闭合为止。
第一电阻器603和第一整流二极管605(偏置分支元件)经维持以在正半循环期间改进初始接通特性，并且与MOSFET开关601和602的本征栅极-源极电容并联的额外电容器613允许使升高的栅极-源极偏置电压的存储更稳固。当在相位控制模式中利用固态双向开关600-4时，开关607在AC市电110的电源电压波形的每一循环期间闭合预定周期。由于电容器613在开关607闭合时通过开关607放电，因此在每一循环期间必须重新建立接通MOSFET开关601和602所需的栅极-源极偏置。这导致在开关607在AC市电110的电压波形的正半循环期间断开的情况下第一MOSFET开关601在次优模式中操作，这是因为在开关607闭合时在负半循环期间提供的升压被复位。
图6F为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关600-5的示意性电路图。固态双向开关600-5在电路配置上类似于图6E的固态双向开关600-4，不同之处在于固态双向开关600-5实施代替SPST开关607的SPDT开关632，并且其中第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602的栅极端子直接连接到SPDT开关632的输入。SPDT开关632由通过控制线630-1耦合到SPDT开关632的开关控制电路630控制。在一些实施例中，开关控制电路630包括图3A和3B中所展示的开关控制电路系统308的实施例。开关控制电路630操作SPDT开关632以将MOSFET开关601和602的栅极端子选择性地连接到(i)MOSFET开关601和602的共同连接的源极端子S(“位置1”)或到(ii)包括电阻器603和604、整流二极管605和606以及电容器613的齐纳二极管偏置电路(“位置2”)。
更具体地说，在此电路配置中，将开关632激活到位置1中使得MOSFET开关601和602通过将MOSFET开关601和602的栅极端子与齐纳二极管偏置电路断开连接且使第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602的VGS短路来“关断”。这允许电容器613充电到齐纳二极管608的齐纳电压，直到电容器613通过外部电路系统放电或直到开关632被置于位置2中为止，从而导致所存储齐纳电压重新施加到栅极端子且随后在负半循环期间刷新栅极-源极偏置电压。在一些实施例中，一旦充电，只要电阻器603和604以及电容器613的值选择恰当，电容器613就将永远不会完全放电，无论开关632的相位或位置如何，直到AC电源被移除为止。
图6G为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关600-6的示意性电路图。固态双向开关600-6在电路配置上类似于图6F的固态双向开关600-5，其中SPDT开关632(在图6F中)使用由开关控制电路640控制的第一控制开关641和第二控制开关642来实施。开关控制电路640包括耦合到第一控制开关641的第一控制线640-1，以及耦合到第二控制开关642的第二控制线640-2。在一些实施例中，第一控制开关641和第二控制开关642包括光晶体管(例如，光学双极结晶体管)。
开关控制电路640被配置成使光学控制信号输出640-1和640-2与AC市电110的电源电压波形同步。开关控制电路640监测线路火线路径111上的电源电压波形的电压电平。在电压电平保持低于预定触发电平触发电平VTRIG时，开关控制电路640输出控制线640-1上的光学控制信号以驱动第一控制开关641(即，将开关641维持在“接通”状态中)，而第二控制开关642维持在关断状态中。另一方面，在电压电平超过预定触发电平触发电平VTRIG时，开关控制电路640输出控制线640-2上的光学控制信号以驱动第二控制开关642(即，将第二控制开关642维持在“接通”状态中)，而第一控制开关641维持在关断状态中。在一些实施例中，开关控制电路640被配置成使得光学驱动器控制信号输出640-1和640-2不重叠，由此提供“先断后通”开关特性，这避免了使电容器613过早地放电。开关控制的时间常数允许通过外部控制电路系统(未展示)与AC市电110的电源电压波形同步的光学驱动信号输出640-1和640-2的快速切换，以提供所施加AC波形的相位控制，如用于调光器应用中。
图6H为根据本公开的另一实施例的可在智能断路器中实施的固态双向开关600-7的示意性电路图。固态双向开关600-7在电路配置上类似于图6G的固态双向开关600-6，不同之处在于固态双向开关600-7包括电流传感器电路650和电流感测元件652。电流传感器电路650采用电流感测元件652来感测由AC市电110递送到负载120的AC电流。在图6H的示例性实施例中，电流感测元件652耦合到串联连接的第一MOSFET开关601与第二MOSFET开关602之间的节点(例如，耦合到MOSFET开关601和602的共同连接的源极端子S的节点)。在一些实施例中，电流感测元件652包括电流互感器或霍尔效应感测元件。
电流传感器电路650被配置成产生控制信号并将其输出到开关控制电路640以选择性地控制控制开关641和642的激活和解除激活。举例来说，在电流传感器电路650确定线路火线111与负载火线121之间的火线路径中不存在电流或过量电流时，电流传感器电路650将输出控制信号到开关控制电路640，所述控制信号使得开关控制电路640(i)关断控制开关642以由此将第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602与偏置电路系统断开连接，以及(ii)接通控制开关641以由此解除激活第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602且将固态双向开关600-7置于关断状态中。
在其它示例性实施例中，智能断路器可实施与以下共同待审的申请和所发布专利中的任一个中所公开的相同或类似的固态AC切换电路系统和技术：(1)2018年10月11日提交(公告号：US 2019/0207375)的名称为固态线路干扰电路中断器(Solid-State LineDisturbance Circuit Interrupter)的美国专利申请第16/093,044号；(2)2019年11月5日发布的名称为电子开关和调光器(Electronic Switch and Dimmer)的美国专利第10,469,077号；(3)2018年11月7日提交(WO 2019/133110)的名称为电子开关和调光器(ElectronicSwitch and Dimmer)的国际专利申请第PCT/US2018/059564号；(4)2018年7月7日提交的名称为固态电力中断器(Solid-State Power Interrupter)的美国专利申请第16/029,549号；(5)2018年10月1日提交的名称为具有光学连接的电路中断器(Circuit Interrupterwith Optical Connection)的美国专利申请第16/149,094号；以及(6)2019年10月1日提交的名称为固态电路中断器(Solid-State Circuit Interrupters)的美国专利申请第16/589,999号，所述申请的公开内容全部完全地以引用的方式并入本文中。
图7A和7B示意性地说明根据本公开的实施例的用于控制固态双向开关的开关控制电路。确切地说，图7A为根据本公开的实施例的用于控制固态双向开关的可在智能断路器中实施的开关控制电路的示意性框图，并且图7B为根据本公开的实施例的图7A的开关控制电路的示意性电路图。图7A和7B说明用于控制图3A和3B的示例性实施例中的固态双向开关304的开关控制电路系统308的示例性实施例。
图7A说明包括第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602以及相应体二极管601-1和602-1的固态双向开关700。固态双向开关耦合到控制电路710，其包括感测电阻器716、短路检测和保护电路712以及开关VGS控制器714。感测电阻器716连接在第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602的源极端子S(例如，节点N1和N2)之间。短路检测和保护电路712被配置成检测负载侧短路故障情况，并且结合开关VGS控制器714操作以响应于短路故障情况的检测而提供固态双向开关的快速断开连接。
确切地说，短路检测和保护电路712耦合到节点N1和N2，并且被配置成测量跨越传感器电阻器716的负载电压，并且确定何时负载电压超过指示短路故障情况的默认值。短路检测和保护电路712与开关VGS控制器714协作以在跨越感测电阻器716的负载电压超过默认值时迅速地断开第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602。在一些实施例中，短路检测和保护电路712被配置成将故障的通知提供到处理器(例如，处理器220，图3A和3B)。
如图7A中示意性地说明，开关VGS控制器714耦合到第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602的栅极端子(例如，节点N3)。开关VGS控制器714被配置成在双向开关的正常操作(例如，接通状态)期间控制第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602的激活和解除激活，以及响应于故障情况而解除激活MOSFET开关601和602两者。另外，开关VGS控制器714被配置成在固态双向开关的关断状态期间最小化第一MOSFET装置601和第二MOSFET装置602的泄漏。在一些实施例中，开关VGS控制器714被配置成从控制处理器(例如，处理器220，图3A和3B)接收控制信号(例如，开关控制信号、泄漏控制信号)以实施开关VGS控制功能性。
虽然图7A说明其中感测电阻器716连接在第一MOSFET开关601和第二MOSFET开关602的源极端子S之间的示例性实施例，但应理解，感测电阻器716可连接在沿着线路火线111与负载火线121之间的火线路径的其它位置处。另外，感测电阻器716还可用作图3B的电流传感器和能量计量电路系统240的能量感测元件，使得不同感测和控制电路系统利用跨越感测电阻器716的负载电压来实施相应功能。
图7B示意性地说明根据本公开的实施例的短路检测和保护电路712的电路图。感测电阻器716连接在节点N1与N2之间，其中节点N1耦合到第一MOSFET开关601(表示为高侧开关)的源极端子并且其中节点N2耦合到第二MOSFET开关602(表示为低侧开关)的源极端子，例如图7A中所展示。开关VGS控制器714连接到短路检测和保护电路712的节点N4。
短路检测和保护电路712包括多个双极结晶体管720、721和722、N型MOSFET 724、多个电阻器730、731、732、733\734\735和736，以及电容器740，其全部如图7B中所展示的布置和连接。晶体管720、721和722被布置成包括相位鉴别器，其特征在于AC电流的基本上双向支持。短路检测电路712监测跨越感测电阻器716(即，跨越节点N1和N2)的负载电压，并且在负载电压超过0.7伏特时切断对开关601和602的VGS控制。更具体地说，在此实施例中，感测电阻器716的电阻值经选择以产生在通过感测电阻器716的电流达到或超过预定最大电流值(例如，跳闸电流阈值)时足以接通双极结晶体管720和722的基极-发射极(VBE)。对于较高跳闸电流，感测电阻器716的电阻值减小，而对于较低跳闸电流，感测电阻器716的电阻值增大。举例来说，对于约200安培的跳闸电流，感测电阻器716将具有约30毫欧姆的电阻值。
所属领域的技术人员将理解，可利用接地参考感测电路，但此类电路提供需要包含隔离器的额外组件的较差、昂贵且复杂的解决方案。并且，短路跳闸电流可通过改变传感器电阻器716的电阻值或通过调整其影响具有分压器的0.7伏特偏置点的能力来调整。在其它实施例中，可利用额外机构，例如数模转换器(DAC)来实时影响和调整短路电流阈值，由此允许系统关于短路电流电平可编程。此可编程性尤其适用于扩充系统的性能以改进反应时间且减少无故跳闸。作为实例，在两种断路器都经历短路负载时，在大负载下操作的断路器可比空载断路器更接近短路跳闸阈值。
图8A为根据本公开的另一实施例的智能断路器的极简化示意性图示。确切地说，图8A说明包括固态双向开关801和负载隔离开关802的智能断路器800。固态双向开关801串联连接在智能断路器800的线路输入端子(连接到线路火线111)和响亮输出端子(连接到负载火线121)之间的电路径中。负载隔离开关802跨越负载火线121和负载零线122连接。应理解，为了易于说明和论述，图8A中未说明智能断路器800的各种组件(例如，处理器、开关控制器、电流传感器、电压传感器AC到DC转换器电路系统等)。
智能断路器800实施控制方案以激活负载隔离开关802以绕过负载120，并且由此在固态双向开关801处于关断状态时将负载120与智能断路器800隔离(例如，电隔离)。这允许来自经解除激活的固态双向开关801的任何泄漏电流流动通过隔离开关802到接地，并且防止此类泄漏电流流动到负载120。在固态双向开关801处于接通状态时，负载隔离开关802解除激活，其中智能断路器800将电力供应到负载120。
图8B为根据本公开的实施例的包括被配置成将智能断路器与负载隔离的隔离电路系统的智能断路器的极简化示意性图示。更具体地说，图8B说明图8A的智能断路器800的示例性实施例，其中隔离开关802被实施为被配置成在固态双向开关801处于关断状态中时将智能断路器800与负载120隔离(例如，电介质隔离)的隔离电路810的部分。如上文所提及，在固态双向开关801处于关断状态中时，固态双向开关可产生少量泄漏电流。举例来说，即使在固态双向开关801被偏置为处于完全关断状态时，少量泄漏电流(例如，200uA)也可流动通过固态开关801且在负载120包括高阻抗负载时跨越负载120产生相当大的电压降。在固态双向开关801解除激活时，隔离电路810用以对来自负载120的非所需泄漏电流进行分流。
隔离电路810包括控制器820、MOSFET装置830和840以及相关联的体二极管830-1和840-1。在此示例性实施例中，图8A的隔离开关802被实施为包括MOSFET装置830和840的固态双向开关。在固态双向开关801被置于关断状态中时，控制器820命令MOSFET开关830和840接通，这防止来自经解除激活的固态双向开关801的任何泄漏电流流动到负载120。从负载120旁通或分流泄漏电流的效果充当可用AC市电110与负载120之间的气隙开关实施的流电隔离技术。在此配置中，隔离电路810提供电介质隔离且充当伪气隙。应了解，隔离电路810可在如本文中所论述的智能断路器的其它示例性实施例中实施。
图9A、9B和9C示意性地说明根据本公开的实施例的可在智能断路器中实施的集成式电流传感器和能量计量电路900。在一些实施例中，图9A、9B和9C说明图2B和3B中所展示的电流传感器和能量计量电路240的示例性实施例。图9A、9B和9C说明能量计量电路900和电流传感器的不同电路块，其中图9A为电源块910和电流传感器块920的示意图，图9B为过电流检测块930的示意图，并且图9C为能量计量块980的示意图。
参考图9A，电源块910包括隔离DC到DC转换器911、铁氧体磁珠912、电容器914和916，以及虚拟接地(HGND)918，其全部如所展示的布置和连接。隔离DC到DC转换器911被配置成将第一DC电源电压VDC-A转换成第二DC电源电压VDC-on-Hot，并且在第一DC电源电压与第二DC电源电压之间提供隔离。铁氧体磁珠912连接在线路火线111与虚拟接地(HGND)918之间。电容器914充当跨越隔离DC到DC转换器911的输入端子连接且因此连接在VDC-A电压轨与零线接地(GND)114之间的旁路电容器。类似地，电容器916充当跨越隔离DC到DC转换器911的输出端子连接且因此跨越VDC-on-Hot电压轨和虚拟接地HGND 918连接的旁路电容器。铁氧体磁珠912以及电容器914和916用以对来自电源电压轨的高频率噪音进行滤波。
在一些实施例中，VDC-A电压轨上的第一DC电源电压VDC-A包括由AC到DC转换器电路系统210(请参见图2B和3B)产生的DC电源电压(例如，5V)，并且隔离DC到DC转换器911提供1:1转换以产生第二VDC-on-Hot电源电压(例如，5V)，其施加到连接到线路火线111的VDC-on-Hot电压轨。在这点上，隔离DC到DC转换器911产生施加到火线路径以在火线路径上提供5V DC偏移的第二VDC-on-Hot电压(例如，5V)，其是相对于虚拟接地HGND 918测量的，而第一DC电源电压VDC-A是相对于零线接地GND 114测量的。
电流传感器块920包括隔离放大器921，其包括使用例如光学耦合技术、电容耦合技术等来彼此流电隔离的第一块921-1和第二块921-2。第一块921-1通过由电源块910产生的VDC-on-Hot电源电压供电，并且第二块921-2通过VDC-A电源电压供电。电流传感器块920进一步包括电流感测电阻器922和由电阻器923和924以及在隔离放大器921的输入处的电容器925形成的低通滤波器。旁路电容器926连接在电源轨VDC-A与接地114之间。
如图9A中所展示，在一些实施例中，感测电阻器922串联连接在线路火线111与AC开关之间的电路径中。感测电阻器922基于在火线路径中流动通过感测电阻器922的AC负载电流而产生跨越第一节点N1(被称为线路侧节点)和第二节点N2(被称为负载侧节点)的AC电压(在本文中被称为负载电压(VB)或感测电压(VSense)。在一些实施例中，感测电阻器922包括具有相对低电阻值的大功率电阻器，其可出于测量的目的产生跨越感测电阻器922的足够感测电压，而不消耗大量能量。举例来说，在一些实施例中，感测电阻器922包括约1毫欧姆的电阻值。
在操作中，电流感测电阻器922产生与在火线路径上流动的负载电流成比例的负载电压VB。负载电压VB被确定为：VB＝IL×RS，其中IL表示负载电流且RS表示感测电阻器922的电阻值。隔离放大器921的第一块921-1放大并对跨越感测电阻器922的负载电压VB的电压电平进行采样，并且通过隔离屏障将所采样电压信息发射(例如，光学地、电容地等)到第二块921-2。在此电路配置中，使用VDC-on-Hot和虚拟HGND 918的隔离放大器921的第一块921-1的偏置允许隔离放大器921的第一块921-1相对于虚拟接地HGND 918测量跨越感测电阻器922(其串联连接在火线路径中)的电压。隔离放大器921的第一块921-1与第二块921-2之间的隔离允许使用VDC-A和零线接地GND 114来偏置第二块921-2和下游电路组件。
隔离放大器921的第二块921-2利用从第一块921-1提供的所采样电压信息来产生并输出包括相对于零线接地GND 114的第一和第二电流感测控制信号(表示为Current_Sense(+)和Current_Sense(-))的差分信号。在一些实施例中，隔离放大器921的差分输出被实施为具有DC偏移(例如，1.3V偏移)和所要增益(例如，8的增益)的差分信号。第一和第二电流感测控制信号(Current_Sense(+)和Current_Sense(-))输入到过电流检测块930(图9B)和能量计量块980(图9C)。
在一些实施例中，如图9A中所展示，隔离放大器921被配置成具有可由智能断路器的处理器或控制器控制的可调整增益。确切地说，如图9A中所展示，隔离放大器921的第二块921-2包括Gain_Adjust控制输入，其允许处理器或控制器调整隔离放大器921的增益且由此调整过电流情况的电平，在所述过电流情况下智能断路器将跳闸。在此配置中，隔离放大器921提供增益元件以放大由于在线路火线111与负载火线121之间的火线路径上的电流而跨越感测电阻器922(即，跨越节点N1和N2)产生的相对小感测电压。因而，感测电阻器922可具有相对小电阻值(例如，1毫欧姆)，其产生相对小感测电压且最小化用于正常电路操作的电力耗散，但其由隔离放大器921放大以实现使用小感测电压的过电流检测。此外，感测电阻器922的电阻值可保持固定(例如，1毫欧姆)，而隔离放大器921的增益按需要调整以调整过电流检测的电平。
在一些实施例中，处理器或控制器可被配置成基于智能断路器的温度而调整放大器912的增益，所述温度如通过与智能断路器集成或以其它方式耦合到智能断路器的温度传感器所确定。举例来说，在其中智能断路器的温度增加到相对高水平(例如，115摄氏度和以上)的例子中，隔离放大器921的增益可调整(例如，增加)以降低智能断路器跳闸的过电流的电平。
参考图9B，过电流检测块930包括单位增益放大器931，以及包括RMS级935-1和比较器级935-2的两级检测电路935。单位增益放大器931具有连接到电阻器932与933之间的节点N3的非反相输入。电阻器932和933串联连接在电流传感器块920(图9A)的隔离放大器921的差分输出之间。单位增益放大器931以及电阻器932和933充当用于过电流检测块930的电平移位输入级，其中电阻器932和933经选择以具有相同电阻值来解决隔离放大器921的差分输出的DC偏移(例如，1.3V偏移)。在这点上，过电流检测块930利用隔离放大器921的电流感测差动输出的仅一侧，因此到过电流检测块930的输入有效地由下式给出：Vin_OCD＝1.3V+Aa/2×IL×RS，其中A为8，其中“a”表示通过电流传感器块920的隔离放大器921放大的AC波形的峰值振幅。
单位增益放大器931的输出被输入到RMS级935-1。RMS级935-1包括有源峰值检测电路，其被配置成产生表示Vin_OCD的均方根(RMS)值的输出信号。RMS级935-1包括第一放大器940和第二放大器950。第一放大器940和第二放大器950包括分别通过电阻器941和951耦合到单位增益放大器931的输出的相应的非反相输入。第一放大器940和第二放大器950包括分别通过电阻器942和943耦合到电流传感器块920的Current_Sense(-)输出的相应的反相输入。第一放大器940的输出通过整流二极管946和电阻器952耦合到第二放大器950的反相输入。第一放大器940包括包括整流二极管945的第一负反馈环路和包括电阻器944的第二负反馈环路。第二放大器950包括负反馈外观，其包括并联连接的电阻器953和电容器954。
RMS级935-1被配置成产生RMS电压，其由下式给出：VRMS＝1.3V-RMS(Aa/2×IL×RS)或1.3V-(.707)×Aa/2×IL×RS，假设正弦波。在耦合到第二(比较器)级935-2的输入的第二放大器950的输出处产生RMS电压。比较器级935-2包括比较器960，其具有耦合到放大器950的输出以接收RMS电压VRMS的反相输入，以及接收Current_Threshold控制信号作为输入的非反相输入。在一些实施例中，Current_Threshold控制信号包括由控制处理器(例如，处理器220，图2B和3B)中的电流数模转换器(DAC)产生的电流。Current_Threshold控制信号跨越连接到比较器960的非反相输入的电阻器961产生电流阈值电压VCT。在一些实施例中，DAC的分辨率为2.4μA/位，并且电阻器961具有4320Ω的电阻值。这导致电流阈值电压VCT在比较器960的非反相输入处具有10.368mV/位的分辨率。DAC码与Current_Threshold(CT)之间的关系由下式给出：D＝(1.3V-(Aa/2×CT×RS)/(10.368mV/bit)or D＝(1.3V-16mΩ×Ct)/(10.368mV/bit)，其中CT以安培RMS为单位。
由于由RMS级935-1产生的RMS电压VRMS可具有一定电压波动，因此比较器级935-2被实施为包括第一比较器960和第二比较器970的两级比较器。比较器960将VCT与VRMS进行比较。如果VCT信号与VRMS信号彼此接近，则第一比较器960的输出将随着关于VRMS表示的过电流或欠电流程度的占空比而抖动。第一比较器960具有通过由电阻器962和电容器963形成的低通滤波器耦合到第二比较器960的非反相输入的输出。第二比较器970包括连接到分压器网络的反相输入，所述分压器网络包括串联连接在电源电压VDC-A与接地GND 114之间的第一电阻器971和第二电阻器972。分压器网络产生施加到第二比较器970的反相输入的参考电压VREF。在第一比较器960的占空比大于50％时，第二比较器970产生Over_Current_Detection信号。
Over_Current_Detection信号输入到控制电路系统以解除激活断路器的AC开关以防止发生过电流故障情况。将参考图11在下文进一步详细阐释可由智能断路器的处理器结合图9A和9B的电流传感器电路系统900实施以用于监测和检测过电流故障情况的示例性控制过程。
现参考图9C，能量计量块980包括能量计量电路981和包括电阻器982、983和984以及电容器985、986和987的无源带通滤波器。能量计量电路981包括通过无源带通滤波器耦合到电流传感器块920(图9A)的隔离放大器921的差分输出Current_Sense(+)和Current_Sense(-)的差分输入。有效地，到能量计量电路系统981的输入电压VCM由VCM＝(Aa×IL×RS)/AN(其中AN表示带通滤波器的衰减)提供，因为带通滤波器去除DC偏移(例如，1.3V偏移)，使Current_Sense(+)和Current_Sense(-)信号衰减，并且使非所需高频率高度衰减。从能量计量软件的角度，有效常数为电流-电压比，Ks＝Aa×RS＝0.032Ω(假设Aa＝8andRs＝0.004Ω)，其中1/Ks＝AN/(Aa*RS)＝656.25安培/伏特。
应理解，图9A、9B和9C中的电路组件的各种电阻和电容值可根据应用而变化。为了提供一些上下文，可在图9A、9B和9C的电路系统中实施电阻和电容值的以下非限制性实例。举例来说，在图9A中，电阻器922、923和924以及电容器925的值经选择以提供所要输入信号滤波。
此外，在一些实施例中，图9B中的电阻值和电容器值如下。电阻器932和933具有5.9K的电阻值。电阻器941具有4.7K的电阻值。电阻器942、943和944具有10K的电阻值。电阻器951具有2.7K的电阻值。电阻器952具有4.99K的电阻值。电阻器953具有11K的电阻值。电容器954具有2.2uF的电容值。电阻器961具有4.3K的电阻值。电阻器962具有22K的电阻值。电容器963具有0.47uF的电容值。电阻器971和972具有22K的电阻值。
此外，在一些实施例中，图9C中的电阻值和电容器值如下。电阻器982和983具有4.7K的电阻值。电阻器984具有470欧姆的电阻值。电容器985和986具有10uF的电容值。电容器987具有10nF的电容值。在一些实施例中，能量计量电路981包括专用集成电路(ASIC)，其被专门设计成测量电力线路系统中的电力和能量且处理瞬时电压和电流波形以计算电压和电流的RMS值、有功、无功和视在功率和能量。在其它实施例中，能量计量电路981包括实施所要能量计量功能性的“现成”专用标准产品(ASSP)芯片。
能量计量电路981产生能量计量数据并将其输出到智能断路器的处理器220(例如，图2B和3B)，并且处理器220存储并分析能量计量数据以确定受智能断路器保护的分支电路上的负载的能量使用。处理器220可经由无线或有线网络连接将能量使用信息提供到远程计算节点或装置。这种配置允许远程能量监测和能量使用的通知且由此改进用于各种应用的能量感知。
借助于实例，多个能量感知智能断路器可被配置成报告来自给定住宅或建筑物内的多个分支电路的实时和累积能量使用。给定住宅或建筑物内的能量感知智能断路器可提供累积能量使用信息，资产拥有者可利用所述累积能量使用信息来验证或以其它方式关联如由公用事业公司所报告的给定住宅或建筑物的能量使用。另外，在例如商业街的多住所或多单元资产中，使用能量感知智能断路器的智能能量计量允许资产拥有者个别地向租户收费，而不需要多个公用仪表。作为另一实例，由智能断路器进行的智能能量计量还可适用于承租人或爱彼迎(Airbnb)租赁人以防止或报告不必要的能量浪费，例如承租人在寒冷的夜晚开窗睡觉且电加热器持续地全功率操作，或在承租人在温暖的夜晚睡在厚厚的被子下时AC单元处于最大冷却设置。
作为另一实例，由智能断路器进行的智能能量计量提供一种确定可能的能量偷窃或不寻常且非预期的能量消耗的方式，并且还可揭示有缺陷或功能失常的公用仪表。在其它应用中，智能能量感知断路器还能够在电使用超过用于分支上的装置或装置和分支的集合的可设置“正常水平”时发送警告/通知。此外，智能能量感知断路器还适用于公用事业公司，因为其搜索在峰值负载周期期间可停用或电力减少的负载。举例来说，在一些实施例中，智能断路器可实施如2019年11月13日提交的名称为管理用于住宅和商业网络的电力(Managing Power for Residential and Commercial Networks)的美国专利申请第16/682,627号中所公开的负载分析(profiling)技术，所述申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。如所公开，这些相同的智能装置能够在公用电源的崩溃期间和在电路的恢复期间的时刻中提供有价值的运转中断信息。停电的时序可帮助查明故障或损坏电力线的位置，辅助估计损坏点的数目，并且帮助产生更准确公用设备恢复时间。在其它应用中，智能能量感知断路器还能够测量、诊断和控制在可再生能源和连接到建筑物基础架构和公用能量供应器的电动车辆中普遍存在的越来越不恰当地同步的双向能量。
图10为根据本公开的实施例的用于响应于故障情况的检测而控制智能断路器的开关的方法的流程图。出于说明性目的，图10的示例性过程流程将在控制智能断路器的固态双向开关的上下文中论述，但相同或类似过程流程可实施以控制智能断路器的电磁开关(例如，开关302，图3A和3B)。在应用公用电源后，智能断路器的控制逻辑就假定控制固态双向开关(框1000)。初始地，控制逻辑将把固态双向开关置于断开状态(或关断状态)中(框1001)，并且继续确定何时适合于将固态双向开关置于闭合状态(或接通状态)中(框1002)。
举例来说，控制逻辑可基于(i)手动断路器开关位置(例如，手动开关闭合)、(ii)在公用电源断电发生时的开关情况(例如，在断电发生时开关闭合)、(iii)从本地处理器接收到的命令或从远程节点无线接收到的命令、(iv)使用寿命终结停用情况等而确定适合于闭合固态双向开关。一旦固态双向开关处于闭合状态(框1003)，控制逻辑就将继续监测被认为需要将固态双向开关置于断开状态，即，关断状态中的事件的发生(框1004)。
举例来说，例如电流过载事件(框1005)或短路事件(框1006)等故障事件的发生将触发固态双向开关的解除激活(即，关断状态)。举例来说，如上文所提及，在一些实施例中，可通过处理器分析使用被配置成检测线路电流的电流传感器获得的实时电流传感器数据来确定电流过载事件。在其它实施例中，智能断路器包括电流传感器，其包括电流过载检测电路系统(例如，图9A和9B)，其被配置成检测电流过载事件，以及产生触发固态双向开关的断开的电流过载检测信号。
在其它实施例中，检测到手动断路器开关的断开被认为是将触发固态双向开关的断开的事件(框1007)。如上文所提及，在此例子中，在手动开关断开事件之前或与所述手动开关断开事件同时的固态双向开关的断开将用以消除或最小化在智能断路器的机电或电磁开关的接触件之间的电弧的发生。电弧的发生引起断路器的金属接触件的退化，并且在其中可能存在可燃气体的情形下是安全危害。在这点上，在故障事件或手动拉杆动作期间消除电弧的能力是本文中所公开的智能断路器如何扩充断路器的安全性而不是仅保护下游电路布线以免热损坏的实例。此外，如上文所提及，具有快速断开连接响应时间的固态双向开关的实施防止可在下游布线和负载中引起电弧的危险电流电平的流动。
在其它实施例中，远程开关断开命令事件将触发固态双向开关的断开(框1008)。如上文所提及，智能断路器内的无线收发器的实施实现无线通信以远程地断开连接受智能断路器保护的分支电路和负载。举例来说，远程开关断开命令能力允许紧急服务人员在所报告气体泄漏或洪水事件期间使结构的部分或全部掉电。通过安全因特网协议(IP)地址和IP网络实施无线收发器允许向智能断路器的控制逻辑发布远程命令以关断固态双向开关且实际上使智能断路器跳闸。
在其它实施例中，传感器数据跳闸事件将触发固态双向开关的断开(框1009)。如上文所提及，各种传感器和具有控制逻辑的处理器的实施方案实现响应于各种所感测情况的智能断路器的跳闸。举例来说，除了电流和电压传感器之外，智能断路器还可包含其它类型的传感器，例如温度传感器、湿度传感器等。获取与能够处理所获取传感器数据以及预测危险且成问题的事件并发布无线警告/通知的控制算法的实施方案组合的传感器数据的能力扩充如本文所公开的智能断路器的安全性能力。
举例来说，通过获取和处理传感器数据，智能断路器可被配置成通过预测例如spa泵、加热器或中央空调系统的压缩器等负载的即将发生的失效来刚好在负载的潜在故障情况之前起始固态开关的断开。在一些实施例中，智能断路器可实施如2018年5月15日提交且名称为预测分析系统(Predictive Analytics System)的美国专利申请第15/980,311号中所公开的预测分析技术，所述申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。此外，智能断路器识别负载类型(例如，spa泵)的能力可非常有助于分析潜在地不安全情况。在一些实施例中，智能断路器可实施如2019年4月9日提交(公告号：US 2019/0245457)的名称为具有控制装置的负载识别AC电源和方法(Load Identifying AC Power Supply with Controlsand Methods)的美国专利申请第16/340,474号中所公开的电路负载表征技术，所述申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。此外，智能断路器的无线通信能力允许通过来自远程站点的自动软件、固件和算法更新增强对新类型的负载型式，例如新类型的制冷马达，以及异常替代能量馈送的支持。
作为另一实例，传感器在智能地连接到下游电装置时可检测具体插座或负载处的不安全情况。20安培断路器通常为许多下游插座馈电。在假设在多个插座之间共享20安培负载的情况下，这些插座中的每一个可为15安培额定装置。断路器中的传感器可向特定智能插座、智能负载或资产拥有者警告不安全情况，例如过载和菊链电源板，或单个插座上的节日灯串过多。如下文结合图15进一步详细论述，智能断路器可发布无线警告/通知，或引导插座断开连接，或仅使断路器自身跳闸，直到情形得到矫正和复位。
在另一实施例中，智能断路器表征负载类型(无论是通过算法还是通过资产拥有者提供的数据)的能力允许智能断路器检测或以其它方式监测给定负载类型的性能的可能降级。这尤其适用于例如提供用于在失效和任何所导致的损坏和许多其它类型的电器或负载之前对制冷单元进行预防性维护的信息。在这点上，智能断路器可被配置成识别并分析许多类型的负载，并且将给定负载的实时操作曲线与给定负载的标称操作曲线进行比较。电器制造商将极大地得益于与能量使用分析、通信和分析相关联的大数据收集。
在其它实施例中，智能断路器可与智能插座配对以检测智能插座的过载情况，所述智能插座具有在向其负载重新供应电力之前进行无线通信的能力，可在危险故障情况的条件下使分支电路跳闸，并且在智能断路器将电力重新施加到分支电路之后通过无线引导有问题的智能插座保持在负载断开连接状态中来自动地重新施加电力。这使得智能断路器能够向给定分支上的所有其它负载重新功能且继续供电，其细节将在下文结合图15的流程图进行论述。此外，智能断路器在与具有多于一个单独分支馈电或相位以及在它们之间切换的机构的智能插座配对时能够引导智能插座切换分支电路以致力于平衡负载且更经济地利用相位平衡。
在其它实施例中，智能断路器可包括或以其它方式连接到远程传感器，例如温度、湿度、气体、烟雾/火和水传感器。智能断路器可使用此类传感器来监测环境情况，并且通过在其中不安全水位可能导致电击致死或火灾或不安全温度可能导致断路器面板内的装置失效的情况中将电源与分支电路断开连接来对不安全情况进行反应。借助于具体实例，湿度传感器可安置在智能断路器内，或在断路器配电面板内，或在壁内，并且用于检测可不利地影响整个电系统的安全性的屋顶或管道泄漏。智能断路器还能够在故障事件之前或紧接在其之后发布无线警告/通知。这些实例中的每一个还可包含对本地紧急服务和/或本地公用事业公司的无线通知。
在其它实施例中，包括电弧故障和/或接地故障传感器的智能断路器还能够在不安全情况中安全地关闭分支电路。智能断路器可在此类电弧故障或接地故障事件之前紧接在之后紧接在其之后发布无线警告/通知。这些实例中的每一个还可包含对本地紧急服务和/或本地公用事业公司的无线通知。
在其它实施例中，来源于外部传感器的额外信息或可通过无线通信获得的数据还可用于产生通知/警告或跳闸事件。
图11为根据本公开的实施例的说明通过智能断路器实施以检测并防止发生故障情况的控制过程的状态图。确切地说，图11说明故障检测状态图，所述故障检测状态图说明由智能断路器的处理器(例如，智能断路器2B和3B的处理器220)实施以检测过电流故障情况的状态机。在一些实施例中，处理器220包括电流数模转换器(电流DAC)以产生可编程参考电流(例如，电流阈值，图9B)和通用输入/输出(GPIO)数字信号引脚以接收由电流传感器产生的过电流检测信号(例如，由电流传感器900的过电流检测块930的过电压比较器935-2产生的Over_Current_Detection信号，图9B)。
在一些实施例中，处理器220实施1KHz状态机以检测过电流故障情况，其中状态机包括以下状态：(i)停止；(ii)复位；(iii)过电流检测(S0)；(iv)慢吹斜坡(S1)；(v)尾部检测(S2)；以及(vi)跳闸。另外，在一些实施例中，状态机实施以下可编程参数：(i)OCT，其表示过电流阈值(在S0和S2期间输出)；(ii)ITT，其表示瞬时跳闸阈值(S1斜坡的开始)；(iii)SBRT，其表示慢吹斜坡时间(S2的持续时间)；以及(iv)TT，其表示尾部时间(S2持续时间)。
状态定义如下。在已检测到跳闸或故障情况以停止电流检测时使用停止状态，直到通过命令设置为复位状态为止。复位状态为用于启动状态机的初始状态，其初始化到过电流阈值检测电路系统的DAC输出且将状态机设置为S0状态。在S0状态中，电流DAC经编程以输出表示输入到图9B的电流传感器900的过电流检测块930的比较器级中的所要过电流阈值(OCT)的电压。这是稳定状态，直到电流上升到高于如在比较器电路处所测量的输出阈值，此时比较器将输出逻辑电平“1”作为Over_Current_Detection信号，所述信号将由过电流状态机检测。此时，DAC被编程到瞬时跳闸阈值且将设置斜坡持续时间以及状态S1所需要的每一步骤的长度和持续时间，并且状态机转变到S1状态。
在S1状态期间，任何时候比较器输出转变到逻辑“1”都被视为跳闸情况且状态机将立即移动到跳闸状态。在S1状态期间，将执行慢吹斜坡，其中随着从瞬时跳闸阈值返回到过电流阈值的时间流逝逐步调整DAC。如果斜坡在比较器未指示跳闸情况的情况下完成，则状态机将移动到S2状态。虽然斜坡不必为如图11中所展示的线性，但斜坡可以任何所要方式加权或非线性以实现所要效果，例如受保护的布线的变热特性。在一些实施例中，S1斜坡可受到扰动(经由软件控制)以补偿智能断路器的升高的温度。
在S2状态期间，任何时候比较器输出转变到逻辑“1”都将被视为跳闸情况且状态机将立即移动到跳闸状态。在S2状态期间，DAC将在经编程时间周期内输出过电流阈值(与状态S0中相同)，从而给予状态机检测其中电流稳定且恰好处于过电流阈值参考电平的情况的机会，而非在没有实际声明跳闸情况的情况下连续地循环通过过电流状态。在S2周期结束时，状态机被设置为复位状态(这将DAC输出设置为过电流阈值并且将状态设置为S0)。
在进入跳闸状态时，由于S1或S2状态中的过电流检测，AC开关关断动作被起始，这将导致AC开关控制线在下一零交叉功能执行时或之前切换到关断状态。
在另一实施例中，通过基于在不超过过电流检测的情况下已发生多少次高电流跳闸而改变S0输出电流来实施“导线加热”过程。所述过程可实施次级状态机，其被配置成相应地改变(在以秒或分钟为单位的持续时间中)S0电平、瞬时跳闸电平和因此慢吹斜坡的斜率。
图12示意性地说明根据本公开的实施例的利用智能断路器的智能配电和监测系统1200。系统1200包括断路器配电面板1210、有线和/或无线通信网络1220、一个或多个智能负载装置1230、一个或多个用户计算装置1240以及物联网(IoT)计算平台1250。断路器配电面板1210包括前面板1211和罩盖1212，所述罩盖经打开以接入主断路器1213和保护给定住所或建筑物中的分支电路的多个分支断路器1214，以及断路器和负载状态显示模块1215。
断路器配电面板1210的配置将取决于所提供的电服务的类型而变化。举例来说，美国的住宅用电服务(120/240VAC)包括单相服务，其包括两个火线电压线路和一个零线，其中两种线路电压都来源于具有中央分接零线的配电变压器的单相且彼此异相180°。在此类型的电服务中，为断路器面板1210馈电的两个火线服务导线连接到主断路器1213，并且主断路器1213连接到断路器面板1210内的两个火线母线。另外，传入零线服务导线连接到断路器面板1210中的零线母线，并且零线母线耦合到断路器面板1210中的单独接地母线。
为主断路器1213馈电的两个火线服务导线各自从例如电表提供120V，并且通过主断路器1213为断路器面板1210中的两个火线母线馈电(在主断路器1213接通时)。分支断路器1214具有连接到火线母线中的一个或两个以将电力提供到电路的线路输入端子(例如，单极断路器具有连接到一个火线母线以将120V提供到分支电路的一个输入线路端子，而双极断路器包括连接到两个火线母线以将240V提供到分支电路的两个输入线路端子)。根据本公开的实施例，主断路器1213和分支断路器1214中的一些或全部包括使用如本文中所论述的智能电路系统和功能性来实施的智能断路器。在此例子中，智能断路器1213和1214将具有到零线的连接，例如，将用于固态电路系统的接地平面连接到断路器面板1210中的零线母线的导线。
智能负载装置1230可包括各种类型的智能装置，例如智能电插座或智能耗能装置，包含但不限于开关、电力出口、灯泡、电器、加热系统、通风系统、空调系统、电器、通信系统、娱乐系统、家用安全装置等，以及在住宅、商业或工业建筑物中利用的其它类型的智能电和电子装置和系统。
在IoT计算的上下文中，智能断路器1213和1214以及智能负载装置1230包括在IoT装置网络内操作和通信且被配置成支持用于给定应用域的IoT应用的智能IoT装置。IoT装置(例如，1213、1214和1230)产生在通信网络1220上上传到IoT云端计算平台1250以供云端计算平台1220进行数据处理、数据存储和数据管理的数据。另外，IoT装置可在通信网络1220上从IoT云端计算平台1250存取和下载数据。此外，取决于装置和网络配置的类型，IoT装置(例如，1213、1214和1230)中的一些或全部被配置成用于IoT装置网络内的对等通信。IoT装置被配置成使用已知方法通过自组织形成网络(例如，网状网络)。
用户计算装置1240包括各种类型的计算装置中的一个，例如台式计算机、膝上型计算机、服务器、智能手机、电子平板电脑等，其允许用户或管理员在通信网络1220上接入IoT云端计算平台1250以及智能装置1213、1214和1230。用户计算装置1240可直接或通过IoT云端计算平台1250托管用于配置和管理网络智能装置1213、1214和1230的客户端IoT应用。
虽然在图1中一般描绘通信网络1220，但应理解，通信网络1220可包括已知有线和/或无线通信网络的任何组合，例如，全球计算机网络(例如，因特网)、广域网(WAN)、局域网(LAN)、卫星网络、电话或缆线网络、蜂窝式网络、例如Wi-Fi或WiMAX的无线网络、蓝牙，或这些和其它类型的网络的各种部分或组合。术语“通信网络”经广义上理解以便涵盖广泛多种不同网络布置，包含可能具有不同类型的多个网络的组合。在这点上，在一些实施例中，通信网络1220包括多种不同类型的通信网络的组合，所述通信网络各自包括被配置成使用因特网协议(IP)或其它相关通信协议来通信的网络装置。通信网络1120包括中间点(例如路由器、交换机等)和形成网络主干线以建立通信路径且实现网络端点之间的通信的其它元件(例如，网关)。
在IoT计算的上下文中，通信网络1220包括IoT装置网络，其中智能断路器1213和1214以及智能负载装置1230(以及例如湿度传感器、温度传感器等其它无线/有线传感器)包括在IoT装置网络内操作和通信且被配置成支持用于给定应用域的IoT应用(例如，控制和管理给定住所或建筑物内的智能断路器和智能电装置、收集和分析给定住所或建筑物的能量使用信息等)的智能IoT装置。
IoT装置(例如，1213、1214和1230)产生在通信网络1220上上传到IoT云端计算平台1250以供云端计算平台1220进行数据处理、数据存储和数据管理的数据。另外，IoT装置可在通信网络1220上从IoT云端计算平台1250存取和下载数据。IoT云计算平台1250管理并处理从各种IoT装置1213、1214和1230接收到的IoT数据。在一些实施例中，IoT云端计算平台1250执行数据处理、数据存储和数据管理功能，并且支持一个或多个IoT网络应用程序和/或其它类型的高性能计算应用程序，例如深度学习应用程序、机器学习、大数据分析，或适用于支持包括可使用如本文中所公开的技术来监测和控制的智能电装置的网络的家庭或建筑物自动化系统的其它类型的高性能计算应用程序。
此外，取决于装置和网络配置的类型，IoT装置(例如，1213、1214和1230)中的一些或全部被配置成用于IoT装置网络内的对等通信。IoT装置被配置成使用已知方法通过自组织形成网络(例如，网状网络)。在一些实施例中，IoT装置(例如，1213、1214和1230)之间的无线通信以及用户计算装置1240与IoT装置(例如，1213、1214和1230)之间的无线通信可通过射频通信协议和系统，例如
Figure BDA0003471099370000461
近场通信、Wi-Fi装置、
Figure BDA0003471099370000462
以及其它专有及非专有协议实施。另外，可包含例如温度、湿度、运动和声音传感器等各种传感器作为IoT装置网络的部分，以提供由智能断路器1213和1214使用的环境信息，以防止发生可能由不利环境情况引起的潜在的电危险。
在一些实施例中，断路器和负载状态显示模块1215包括主处理器，其与智能断路器1213和1214以及智能负载装置1230的处理器通信以获得、处理和显示此类装置的操作状态数据。主处理器被配置成显示从各种智能装置和传感器接收到的模拟或数字数据，并且提供断路器的状态(例如，跳闸、过载等)，且在传感器读数超出预选择极限时激活警报/通知。警报包含在面板的用户接口上的视觉显示、来自音频输出装置的可听声音、通过电子通信模块发送的通信信号以及发送到灯或音频警报的信号。在一些实施例中，用户计算装置1240可存取断路器/负载状态显示模块1215以获得关于IoT装置的状态信息且发布命令以执行特定功能(例如，使智能断路器跳闸、复位和智能断路器等)。在一些实施例中，图12的系统1200实施如2017年10月19日提交(公告为WO 2018/075726)的名称为建筑物自动化系统(Building Automation System)的国际申请第PCT/US2017/057309号中所公开的家庭/建筑物自动化和控制系统和方法，所述申请的公开内容完全地以引用的方式并入本文中。本申请公开用于实施智能电插座的技术，所述智能电插座可使用如本文中所论述的智能断路器进行扩充，以用于增强安全和安全性、电力计量、电力控制和家庭诊断。
在一些实施例中，主处理器被配置成控制和管理配电面板内的所有智能断路器和组件的IoT通信，并且使用有线通信(例如，控制器局域网(CAN)总线)或总线)或使用局域蓝牙低能(BLE)网状网络而使用到配电面板内的单独智能断路器的无线通信来与配电面板内的单独智能断路器通信，其中主处理器实施或以其它方式利用任何合适的宽带通信技术来与远程IoT装置、系统等进行通信。
图13为根据本公开的实施例的可用于容纳智能断路器的开关、电路系统、传感器和其它组件的断路器外壳结构1300的分解视图。外壳结构1300包括第一外壳部件1301、散热片元件1302和第二外壳部件1303。散热片元件1302安置在由第一外壳部件1301和第二外壳部件1303的耦合形成的外壳结构1300内。第一外壳部件1301和第二外壳部件1303包括用于散热片元件1302和断路器的其它组件的模制塑料罩壳。散热片元件1302由例如铝的金属材料或对于给定应用将具有足够热传导率的其它合适的材料或合金形成。
第一外壳部件1301包括多个开放狭槽1301-1，并且散热片元件1302包括多个冷却翼片1302-1。在组装外壳结构1300时，散热片元件1302的冷却翼片1302-1与第一外壳部件1301的对应狭槽1301-1对准以实现经空气冷却的散热片机构。各种集成电路芯片组件(例如，处理器、固态双向开关等)热耦合到充当集成电路芯片的冷却板的散热片元件1302。集成散热片冷却允许在重断路器负载情况期间增强热交换且降低固态双向开关的总接通电阻。线路零线(未展示)添加在用于AFCI和GFCI产品且用于智能断路器的传统行业标准方法中。所属领域的技术人员将认识到，可将智能断路器的所公开配置的各种电路、算法、热交换器和其它方面调整到其它地点或国家中所需的各种形状因数。
图14为根据本公开的实施例的通过智能断路器实施以监测分支电路上的能量使用且防止分支电路上发生故障情况的过程的流程图。在一些实施例中，图14说明在公用电源处于正常状态(例如，无电力运转中断)(框1400)时通过图12的智能配电和监测系统1200实施的自动化过程。智能断路器将利用如本文中所论述的智能能量计量方法来监测断路器和智能插座或电装置的能量使用曲线(框1401)。基于所监测能量使用，如果智能断路器确定给定负载具有即将发生的故障情况(在框1402中的肯定确定)，则智能断路器将与智能插座或装置通信以自动地停用到给定负载的电力递送(框1403)。在一些实施例中，“即将发生的故障”包括用户/机器可编程阈值(例如，使用人工智能技术基于历史信息确定)。在此例子中，智能断路器将把受监测能量使用与保持在正受监测的装置中的经编程阈值设置(或“即将发生的故障阈值”)进行比较。智能断路器(或主处理器)将向一个或多个用户计算装置发送自动化动作的警告信号或通知以通知用户所采取的动作(框1404)。
举例来说，假设智能地连接到下游电装置的智能断路器或传感器检测到具体插座或负载处的不安全情况。借助于具体实例，20安培断路器通常为许多下游插座馈电。在假设在多个插座之间共享20安培负载的情况下，这些插座中的每一个可为15安培额定装置。智能断路器中的传感器可向特定智能插座、智能负载或资产拥有者警告不安全情况，例如过载和菊链电源板，或单个插座上的节日灯串过多。在此例子中，智能断路器可发布无线警告/通知，或引导插座断开连接，或仅使断路器自身跳闸直到情形得到矫正和复位为止。
图15为根据本公开的实施例的通过智能断路器实施以监测分支电路上的能量使用且防止分支电路上发生故障情况的过程的流程图。图15说明在公用电源处于正常状态(例如，无电力运转中断)(框1500)时通过图12的智能配电和监测系统1200实施的自动化过程。智能断路器将利用如本文中所论述的智能能量计量方法来监测断路器和智能插座或电装置的能量使用曲线(框1501)。当给定分支电路上发生导致分支电路断电的断路器跳闸或故障事件时，保护给定分支电路的智能断路器将与给定分支电路上的智能装置(例如，智能插座和负载装置)通信且命令此类智能装置停用到负载装置的电力(框1502)。
智能断路器将在故障事件之后等待预定时间量(框1503)，并且接着自动地对分支电路重新供能(框1504)。在分支电路通电之后，智能断路器将继续确定或以其它方式识别哪一插座或负载是故障事件的来源(框1505)。智能断路器将与其它没有问题的插座或负载通信以重新施加电力(框1506)。
通过此控制过程，在与具有在将电力重新供应到其负载之前进行无线通信的能力的过载智能插座配对时，智能断路器可在危险故障情况的条件下使分支电路跳闸，并且在通电之后通过无线引导有问题的智能插座保持在负载断开连接状态中来自动地重新施加电力。这使得智能断路器能够重新供能以继续对分支上的所有其它负载的供电，同时仍隔离故障。作为另一实例，在智能断路器与具有多于一个单独分支馈电或相位以及在它们之间切换的机构的智能插座配对时，智能断路器可引导智能插座切换分支电路以致力于平衡负载且更经济地利用相位平衡。
在其它实施例中，智能断路器可被配置成使用控制电路系统和控制过程来识别连接到断路器的负载的类型和使用基于所识别负载类型的预定义控制规则来控制所识别负载，所述控制电路系统和控制过程如2019年4月9日提交的名称为“具有控制装置的负载识别AC电源和方法(Load Identifying AC Power Supply With Control and Methods)”的美国专利申请第16/340,474号中所公开，所述申请的公开内容完全地以引用的方式并入本文中。举例来说，图16为根据本公开的实施例的被配置成识别连接到断路器的负载的类型以及基于所识别负载类型而控制负载的智能断路器1600的示意性框图。确切地说，图16示意性地说明连接在AC市电110与负载120之间的智能断路器1600。智能断路器1600包括处理器1602、第一开关1604、第二开关1606、开关控制电路系统1608、AC到DC转换器电路系统1610、第一电压传感器1620、第二电压传感器1622、第一电流传感器1630、第二电流传感器1632、第三电流传感器1634和第四电流传感器1636。
第一开关1604串联连接在断路器1600的线路输入端子与负载输出端子之间的火线路径中，其中AC市电110的线路火线111连接到线路输入端子且负载120的负载火线121连接到负载输出端子。第二开关1606串联连接在线路零线112与负载零线122之间的零线路径中。在第一开关1604处于接通状态时AC市电110的线路火线111连接到负载火线121，并且在第二开关1606处于接通状态时线路零线112连接到负载零线122。如在上文所论述的智能的其它实施例中，线路零线112(其例如接合到断路器配电面板中的地线114)充当用于智能断路器1600的电子电路系统的低侧电压参考(例如，接地)。
在一些实施例中，第一开关1604和第二开关1606包括固态双向开关，其可被配置成使用如上文结合图6A-6H所论述的示例性开关电路中的一个。开关控制电路系统1608被配置成使用如本文中所论述的开关控制电路系统和技术来控制第一开关1604和第二开关1606的操作。负载识别AC电源包含AC到DC转换器1610，其将电力供应到电流传感器1630、1632、1634和1636以及电压传感器1620和1622，所述传感器获取AC市电数据和负载数据。AC到DC转换器电路系统1610被配置成将DC供电提供到智能断路器1600的各种电路系统和元件，包含处理器1602、电压传感器1620和1622、电流传感器1630、1632、1634和1636，以及开关控制电路系统1608。可使用如上文结合图4A、4B和5所论述的示例性框架来实施AC到DC转换器电路系统1610。
第一电压传感器1620和第二电压传感器1622被配置成监测沿着穿过断路器1600的火线路径的不同点处的电压。举例来说，如图16中所展示，第一电压传感器1620耦合到第一开关1604的上游的火线路径以监测AC市电110的AC电源电压，并且第二电压传感器1622耦合到第一开关1604的下游的火线路径以监测连接到智能断路器1600且受所述智能断路器保护的分支电路上的负载电压。电压传感器1620和1622分别通过一个或多个数据获取和控制线1620-1和1622-1各自耦合到处理器1602。电压传感器1620和1622可使用任何合适类型的电压感测电路系统来实施，所述电压感测电路系统包含但不限于零交叉检测器电路、电阻分压器等。
电流传感器1630、1632、1634和1636被配置成监测沿着穿过断路器1600的火线路径和零线路径的不同点处的电流。举例来说，如图16中所展示，第一电流传感器1630耦合到第一开关1604的上游的火线路径以监测线路侧供应电流，并且第二电流传感器1632耦合到第一开关1604的下游的火线路径以监测负载侧供应电流。第三电流传感器1634耦合到第二开关1606的上游的零线路径以监测线路侧返回电流，并且第四电流传感器1636耦合到第二开关1606的下游的零线路径以监测负载侧返回电流。电流传感器1630、1632、1634和1636各自分别通过一个或多个数据获取和控制线1630-1、1632-1、1634-1和1636-1耦合到处理器1602。电流传感器1630、1632、1634和1636可使用任何合适类型的电流感测电路来实施，所述电流感测电路包含但不限于电流感测电阻器、电流放大器、霍耳效应电流传感器等。
处理器1602结合电压传感器1620和1622以及电流传感器1630、1632、1634和1636操作以对AC市电110的模拟电源电压和电流波形以及横跨和通过负载120的电压和电流波形进行采样。处理器1602被配置成在显著大于AC市电110的电源电压的单个周期的循环时间的采样频率下对所感测电流和电压波形进行采样。按需要选择电压和电流波形的采样频率以区分负载类型。在一些实施例中，采样频率在千赫兹范围内。在其它实施例中，采样频率在兆赫兹范围内。在一些实施例中，将电力(或电力调制)的经编程变化施加到负载120，以便优化预期负载类型之间的所获取波形的区别。
在一些实施例中，处理器1602包括捕获、处理和记录电流和电压样本的电路系统，其中所述电路系统包括比较器、模数转换器等，以及数据存储元件，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和其它类型的固态存储器和非固态存储器装置，如此项技术中已知。在一些实施例中，处理器1602包括控制逻辑和相关联计算资源以分析所记录电流和电压样本(例如，负载数据的神经网络分析和分类)以识别负载120的负载类型。
举例来说，所采样电流和电压波形的分析包含来自负载120的电压和电流波形的高频率分量中的匹配图案。在其它实施例中，波形的分析包含在电力首先施加到负载之后确定负载汲取电力的时序的延迟。在其它实施例中，分析包括将包含其高频率分量的所获取波形分类为指示不同负载类型的群组。群组的非限制性实例包含指示主要电阻负载、电容负载、电感负载、包含功率因数校正的负载和包含电力控制以使得在初始施加来自电源的电力时到负载的电力中存在延迟的负载的波形。
在其它实施例中，处理器1602可存取和利用远程服务器以分析所记录电流和电压波形样本。在此例子中，处理器1602将把所记录样本(通过因特网协议(IP)网络经由有线或无线通信链路)发射到远程服务器以供处理，并且接着从远程服务器接收过程结果。在一些实施例中，处理器1602被配置成执行如图17中所说明的过程流程。
确切地说，图17为根据本公开的实施例的通过智能断路器实施的负载识别和控制过程的方法的流程图。具有负载类型识别和负载控制能力的智能断路器安装在AC市电与负载之间的目标位置处(框1700)。出于说明性目的，将在图16的智能断路器1600的上下文中描述图17。在一些实施例中，智能断路器1600安装在断路器配电面板中。在一些实施例中，智能断路器1600包括安装在AC市电与负载之间的单独接线盒中的装置。在其它实施例中，智能断路器1600为电插座的组件。在一些实施例中，智能断路器1600为电子供电带或智能延长线的组件。
一旦安装且应用电源，智能断路器1600将继续监测负载的连接(框1701)。响应于检测到负载(框1701中的肯定确定)，智能断路器1600将激活开关1604和1606以将AC市电的电源电压连接到负载(框1702)。智能断路器1600接着继续获取和存储各种类型的数据以供后续分析(框1703)。所获取数据存储在数据存储装置1710中。
举例来说，数据获取包括记录关于负载连接到AC市电电源的时间、电力施加到负载的时间和电力由负载使用的时间的时序信息。另外，数据获取包括获取波形数据。检测到负载后获取的任何数据都被称为“负载数据”。负载数据包含负载的接通时序以及波形数据。波形数据包含获取AC主电压、负载电压、负载电流和由负载随时间推移而消耗的电力的值。
在针对负载类型的检测优化的频率下获取数据。在一些实施例中，在比AC市电源的频率高数倍的频率下获取数据。举例来说，在一个实施例中，以千赫兹速率获取50到60个循环AC电源数据的数据。在其中需要电压和电流波形的高频率分量来恰当地识别给定负载类型的其它实施例中，以兆赫兹速率获取数据。
在一些实施例中，所获取数据存储在处理器1602的RAM中以供实时或近实时处理。在其它实施例中，所获取数据存储在永久性存储器或存储装置中以供后续存取和分析，例如，图案匹配，以基于在负载的第一连接处获得的波形图案与稍后相同或不同的负载的连接处的波形图案的匹配而识别相同或类似负载(框1701)。在一些实施例中，数据存储装置1710可由具有负载识别和负载控制能力的多个智能断路器装置存取。此类存储装置可通过有线或无线连接到智能断路器1600的装置或通过将所存储负载数据从智能断路器1600传送到例如智能断路器装置的另一装置来存取。
在初始数据获取(框1703)之后，智能断路器1600可调制供应到负载的电力(框1704)。确切地说，在一些实施例中，电力调制包括控制开关1604和1606中的一个或多个以改变递送到负载的电力。在电力调制期间和之后两者都获取和存储额外负载数据(框1705)。智能断路器1600继续执行负载识别过程以基于在电力调制之前、期间和之后捕获的所获取负载数据而识别所连接负载的负载类型(框1706)。
在一些实施例中，通过将负载数据的波形与已知负载装置的负载数据中的先前获取的波形进行比较来执行负载识别过程。在其它实施例中，负载识别过程是基于在到负载的电源接通前后的时序，如已论述，以及波形数据的匹配两者。在其它实施例中，神经网络分析用于通过与先前负载数据的库进行比较来将负载数据分类为负载类型的类别。在其它实施例中，负载识别过程可使用经训练模型来实施任何合适的分类过程，以在使用开关1604和/或1606对到所连接负载的电力进行调制之前、期间和之后基于负载电压与电流波形和AC市电电压波形两者之间的相位关系而将所连接负载分类为特定类别的负载。
举例来说，给定负载的负载类型可分类为以下中的一个：
(1)纯电阻负载：在电源电压的调制之前、期间和之后的电压和电流零交叉和峰值同步。在电压减小时电力减小，在电源电压的调制停止且电源电压返回到全电压时电力返回到预调制水平。
(2)具有功率校正的恒定功率电阻负载。在调制之前电压和电流峰值同步，在调制之前、期间和之后功率恒定；
(3)纯无功(电容或电感)负载。在调制之前、期间和之后电压和电流异相，在电源电压的调制期间电力减少，在电源电压的调制终止且返回到全电压时电力返回到预调制水平。
(4)恒定功率无功负载。在调制之前、期间和之后电压和电流异相，在电源电压的调制之前、期间和之后功率恒定。
在一些实施例中，电源电压的调制引起RMS电源电压减小1％与20％之间的量。在一些实施例中，负载识别过程(框1706)进一步包括确定用于识别的置信度水平。在一个实施例中，通过在数据获取步骤1703和1705期间获得的负载数据与先前在已知负载上获得且存储在数据存储装置中1701的数据的匹配的拟合优度来确定置信度水平。一旦识别过程(框1706)完成，就确定所连接负载的负载类型是否已用给定的置信度水平恰当地识别以及是否存在与所识别负载类型相关联的控制规则(框1707)。在一些实施例中，通过将识别中的置信度水平与被定义为肯定识别的预选择置信度水平进行比较来进行此类确定(框1707)。
如果肯定地识别负载且存在与所识别负载相关联的预选择控制规则(框1707中的肯定确定)，则智能断路器1600可根据相关联控制规则中的一个或多个而控制到所连接负载的电力(框1708)。举例来说，通过控制与负载串联的开关1604和/或1606来控制到所连接负载的电力。预选择控制规则的非限制性实例包含：
(1)在白天期间，例如灯泡的纯电阻负载经调暗以减少电力使用，尤其在峰值需求期间；
(2)在恒定功率负载中，在负载需求下降时，输入电力将相应地下降以使无负载/最小负载需求的电力消耗最小化；
(3)在偏远地区(没有人类存在)中，纯电阻负载和恒定功率电阻负载将通过负载的需求来自动地断开连接和重新连接；以及
(4)在正常操作期间产生电弧的装置(例如，具有到转子的电刷连接的电动马达)被电弧故障电路中断器忽略以防止无故断开连接。
在其它实施例中，基于负载类型是否为以下中的一个而存在预选择规则集合：纯电阻负载；恒定功率电阻负载、纯无功负载和恒定功率无功负载。在预选择规则的一个非限制性实例中，识别为具有所包含功率因数校正的负载(即，恒定功率负载)不由控制器关断，并且在预选择时间周期期间关断纯电阻负载，并且在预选择时间周期期间减少到纯无功负载的电力。另一方面，如果未识别负载类型或不存在与所识别负载类型相关联的预定义控制规则(框1707中的否定确定)，则智能断路器将仅维持电源和负载的连接(框1709)，并且响应于如本文中所论述的故障情况而断开连接。
在其它实施例中，智能断路器可被配置成包含故障检测传感器和电路系统以使用如2018年10月11日提交的名称为“固态线路干扰电路中断器(Solid-State LineDisturbance Circuit Interrupter)”的美国专利申请第16/093,044号中所公开的控制电路系统和方法来支持电弧故障电路中断(AFCI)和/或接地故障电路中断(GFCI)功能，所述申请的公开内容完全地以引用的方式并入本文中。根据本公开的实施例的智能AFCI断路器被配置成提供针对并联电弧(线路到零线)、串联电弧(给定线路中的松动、断裂或以其它方式高电阻的段，以及接地电弧(从线路或零线到接地)的保护。根据本公开的实施例的智能GFCI断路器被配置成提供针对在给定装置或电器中的电流从自线路到零线电器的正常路径泄漏的接地故障的保护。GFCI断路器监测火线与零线之间的电流差，并且在输入到火线上的给定负载的电流比来自零线上的负载的返回电流大预定义量(例如，5mA)时，GFCI断路器将跳闸以停止电流的流动。图18A为根据本公开的实施例的被配置成监测接地故障和电弧故障情况且响应于所检测故障情况而提供电路中断的智能断路器1800的示意性框图。智能断路器1800包括低电压DC电源1804、电压和电流感测电路系统1820、控制处理器1830以及电子开关和开关控制电路系统1840。低电压DC电源1810为电压和电流感测电路系统1820以及控制处理器1830高效地提供DC电力。从电压和电流感测电路系统1820提供到控制处理器1830的感测输入1820-1和1820-2。电压和电流感测电路系统1820包括感测施加到负载电路的电压和电流的波形且产生比例模拟波形的传感器。控制处理器1830处理比例模拟波形，并且在检测到接地故障或电弧故障后就在耦合到开关控制电路系统1840的控制线1840-1上产生故障输出。在检测到故障后，施加在控制线1840-1上的故障输出信号就被闩锁并且馈送到开关控制电路系统的控制输入，并且使得电子开关将负载120与AC市电110断开连接，直到复位1850施加到故障检测控制处理器1830为止。
在其它实施例中，电子开关1840的输出电压可通过开关控制电路系统变化。举例来说，在检测到电弧故障后，输出电压就可减小到小于电弧的阈值但大于零的值。此类实施例允许负载电路在减小的电压下继续操作，同时减小损坏电弧的可能性。在减小的电压下的操作还允许负载和市电电源电路的继续表征以确定电弧故障的位置以供后续替换或修复。
图18B为根据本公开的实施例的图18A的智能断路器1800的示意性电路图。在图18B的示例性实施例中，电压和电流感测电路系统(1820，图18A)包括第一电流传感器1821、第二电流传感器1822、全波整流器1823以及感测电阻器1824和1825。电子开关和控制电路系统(1840，图18A)包括固态开关电路系统1842(例如，固态双向开关)以将AC市电110连接到负载120，以及开关控制电路1844，其经由光学信号接口1844-1控制固态开关电路系统1842。低电压AC到DC电源1810为电流传感器1821和1822、故障检测处理器1830和开关控制电路系统1844提供DC供电。故障检测处理器1830包括用于电流传感器1821和1822中的每一个的电流感测输入以及感测跨越感测电阻器1824和1825的电压的电压感测输入。
在一些实施例中，如图18B中所展示，第一电流传感器1821和第二电流传感器1822包括固态霍尔效应传感器，其产生与在线路火线111和线路零线112路径中流动的电流成比例的输出电压。由霍尔效应传感器输出产生的电压馈送到故障检测处理器1830的电流感测输入。此外，在一些实施例中，电压传感器包括全波整流桥1823，其被配置成将AC市电110的AC电源电压波形的两个半循环转换为脉动DC电压。使用包括电阻器1824和1825的电阻分压器网络来衰减全波整流波形，并且将其施加到故障检测处理器1830的电压感测输入。在一些实施例中，可消除全波整流桥1823，并且可直接从AC-DC转换器电路1810的输出获得全波整流波形。
在通过故障检测处理器1830检测到故障后，故障检测处理器1830的故障输出就被闩锁且馈送到开关控制电路系统1844的控制输入，所述开关控制电路系统接着产生光学控制信号1844-1到固态双向开关电路系统1842以将负载120与AC市电110断开连接，直到复位开关1850经激活以复位故障检测处理器1830为止。如上文所提及，在其它实施例中，固态开关电路系统1842的输出电压通过开关控制电路系统1844变化，使得在检测到电弧故障后，输出电压就减小到小于电弧的阈值但大于零的值。这允许负载120在减小的电压下继续操作，同时减少损坏电弧的可能性。在减小的电压下的操作还允许负载和市电电源电路的继续表征以确定电弧故障的位置以供后续替换或修复。
图19为根据本公开的实施例的可在图18B的智能断路器中实施的故障检测处理器1900的示意性框图。故障检测处理器1900包括输入电阻器1902和1904、放大器1910、1912和1914、A/D转换器1920、1922和1924、电压异常检测模块1930、电流异常检测模块1932，和阈值检测模块1934、AND门1940，和OR门1950，和闩锁电路1960。电压感测信号施加到放大器1910的反相和非反相输入端子。放大器1910被配置为产生输入到A/D转换器1920的差信号ΔV的差分放大器。电流感测输入通过电阻器1902和1904施加到放大器1912的非反相输入。感测输入由输入电路(1902、1904)求和，并且运算放大器1912输出与AC市电110的线路和中性支路中的电流的总和∑I成比例的信号。∑I信号还施加到A/D转换器1922的输入。通过电压异常检测模块1930(例如，子程序)处理经数字化ΔV信号，所述电压异常检测模块由故障检测处理器1900执行以在指示电弧故障的存在的若干循环内检测电压波形中的异常。此类电压异常的一个非限制性实例为施加在通常低频率AC市电电压波形上的过量高频率能量的存在。
通过电流异常检测模块1932(子程序)处理经数字化∑I信号，所述电流异常检测模块由故障检测处理器1900执行以在指示电弧故障的存在的若干循环内检测电流波形中的异常。此类电流异常的一个非限制性实例为出现在电流波形的零交叉附近的电流波形中的“肩部”(平坦点)的出现。检测模块1930和1932的输出被输入到AND门1940，其中电压波形异常和电流波形异常的组合外观为电弧故障的一个指示物。
电流感测信号还施加到放大器1914的输入，所述放大器形成与线路和中性支路中的电流之间的差成比例的差信号ΔI。ΔI信号由A/D转换器1924数字化且由阈值检测模块1934处理，所述阈值检测模块产生指示接地故障的阈值检测信号。在AND门1940的输出处的电弧故障信号和在阈值检测模块1934的输出处的接地故障信号经由OR门1950逻辑上OR，并且OR门1950的输出被输入到闩锁电路1960。闩锁电路1960输出故障检测信号且存储故障情况直到其被外部复位信号清除为止。
图20示意性地说明根据本公开的实施例的电流零交叉检测器电路。确切地说，图20示意性地说明电流零交叉检测器电路2000，其包括极性改变检测级2010、边沿检测级2020、输出级2030和感测电阻器2040。在一些实施例中，感测电阻器2040串联连接在线路火线111与负载火线121之间的电路径中。极性改变检测级2010包括第一比较器2011和第二比较器2012。边沿检测级2020包括连接到第一比较器2011的输出的第一边沿检测电路2020-1，以及连接到第二比较器2012的输出的第二边沿检测电路2020-2。第一边沿检测电路2020-1和第二边沿检测电路2020-2包括相应反相器2021和2022、相应电阻器2023和2034、相应电容器2025和2026，以及相应异或(XOR)门2027和2028。输出级2030包括具有连接到边沿检测级2020的XOR门2027和2028的输出的输入的AND门2032。
感测电阻器2040基于流动通过在线路火线111与负载火线121之间的电路径中的感测电阻器2040的AC负载电流而产生跨越第一节点N1(线路侧节点)和第二节点N2(负载侧节点)的AC电压(被称为感测电压VSense)。如上文所提及，在一些实施例中，感测电阻器2040包括具有相对低电阻值的大功率电阻器，其可出于测量的目的产生跨越感测电阻器2040的足够感测电压，而不消耗大量能量。举例来说，在一些实施例中，感测电阻器2040包括约1毫欧姆的电阻值。在一些实施例中，图20中所展示的感测电阻器2040为图9A中所展示的相同感测电阻器922，其中智能断路器的多个检测电路分接相同感测电阻器以提供各种功能性。
极性改变检测级2010被配置成检测由于通过感测电阻器2040的AC电流而跨越感测电阻器2040产生的感测电压VSense的极性改变。第一比较器2011和第二比较器2012各自被配置为电压比较器，其将施加到比较器的反相输入(-)的参考电压与施加到比较器的非反相输入(+)的输入电压进行比较，并且在输入电压大于参考电压时产生逻辑“1”输出，且在输入电压小于参考电压时产生逻辑“0”输出。更具体地说，在图20的示例性实施例中，第一比较器2011包括连接到感测电阻器2040的负载侧(节点N2)的非反相输入(+)以及连接到感测电阻器2040的线路侧(节点N1)的反相输入(-)。第二比较器2012包括连接到感测电阻器2040的线路侧(节点N1)的非反相输入(+)以及连接到感测电阻器2040的负载侧(节点N2)的反相输入(-)。
在AC市电110的电压波形的正半循环期间，正电流流动通过感测电阻器2040从节点N1到节点N2，这产生跨越感测电阻器2040的正感测电压(+VSense)降(即，VN1-VN2>0)。在正感测电压(+VSense)的情况下，第一比较器2011的输出比较信号C1将为逻辑“0”，并且第二比较器2012的输出比较信号C2将为逻辑“1”。另一方面，在AC市电110的电压波形的负半循环期间，负电流流动通过感测电阻器2040从节点N2到节点N1，这产生跨越感测电阻器2040的负感测电压(-VSense)降(即，VN1-VN2<0)。在负感测电压(-VSense)的情况下，第一比较器2011的输出比较信号C1将为逻辑“1”，并且第二比较器2012的输出比较信号C2将为逻辑“0”。
在感测电压VSense从正(+VSense)转变到负(-VSense)时，第一比较器2011的输出比较信号C1从逻辑0转变到逻辑1，并且第二比较器2012的输出比较信号C2从逻辑1转变到逻辑0。另一方面，在感测电压VSense从负(-VSense)转变到正(+VSense)时，第一比较器2011的输出比较信号C1从逻辑1转变到逻辑0，并且第二比较器2012的输出比较信号C2从逻辑0转变到逻辑1。
比较信号C1和C2的转变(或边沿)由边沿检测级2020的相应边沿检测电路2020-1和2020-2检测。更具体地说，在第一边沿检测电路2020-1中，XOR门2027具有接收比较信号C1的第一输入端子，以及接收延迟互补比较信号
Figure BDA0003471099370000571
的第二输入端子。延迟互补比较信号
Figure BDA0003471099370000572
由反相器2021和由电阻器2023和电容器2025实施的延迟电路产生，其中反相器2021被配置成产生和输出反相(互补)比较信号
Figure BDA0003471099370000573
并且其中电阻器2023和电容器2025被配置成将RC延迟施加到互补比较信号
Figure BDA0003471099370000574
且由此产生延迟互补比较信号
Figure BDA0003471099370000575
在示例性实施例中，电阻器2023具有1千欧姆的电阻，并且电容器2025具有3.3豪微法的电容。XOR门2027在输入信号C1和
Figure BDA0003471099370000576
具有相同逻辑电平(例如，两者都为逻辑0或两者都为逻辑1)时的时间周期期间产生短逻辑0边沿脉冲信号E1。
类似地，在第二边沿检测电路2020-2中，XOR门2028具有接收比较信号C2的第一输入端子，以及接收延迟互补比较信号
Figure BDA0003471099370000577
的第二输入端子。延迟互补比较信号
Figure BDA0003471099370000578
由反相器2022和由电阻器2024和电容器2026实施的延迟电路产生，其中反相器2022被配置成产生和输出反相(互补)比较信号
Figure BDA0003471099370000579
并且其中电阻器2024和电容器2026被配置成将RC延迟施加到互补比较信号
Figure BDA00034710993700005710
且由此产生延迟互补比较信号
Figure BDA00034710993700005711
在示例性实施例中，电阻器2024具有1千欧姆的电阻，并且电容器2026具有3.3豪微法的电容。XOR门2028在输入信号C2和
Figure BDA00034710993700005712
具有相同逻辑电平(例如，两者都为逻辑0或两者都为逻辑1)时的时间周期期间产生短逻辑0边沿脉冲信号E2。
在操作中，XOR门2027和2028刚好在电流零交叉之前和刚好在零电流交叉之后产生相应边沿脉冲信号E1和E2。AND门2032具有连接到XOR门2027和2028的相应输出的第一输入端子和第二输入端子。AND门2032基于输出信号E1和E2的逻辑AND而产生和输出电流零交叉检测信号Zi。电流零交叉检测信号Zi施加到开关控制电路系统，所述开关控制电路系统控制智能断路器的一个或多个开关(例如，固态双向开关和/或机电开关的螺线管)。在图20的示例性电路配置中，AND门2032输出两个置零脉冲，一个在电流零交叉之前且一个在电流零交叉之后。随着感测电流的增加，两个脉冲靠得更近。在大电流(例如，100安培)下，两个脉冲基本上是一个脉冲。在边沿检测电路2020-1和2020-2的输出为“接地真实”的条件下，在此配置中，AND门2032充当“接地真实”OR门，因为任何时候逻辑“0”在AND门2032的输入中的一个上，AND门2032的输出将为逻辑“0”。
图21A和21B描绘根据本公开的实施例的说明图20的电流零交叉检测电路的操作模式的各种波形。举例来说，图21A描绘说明图20的边沿检测级2020的操作模式，确切地说，第一边沿检测电路2020-1的操作模式的波形。确切地说，图21A说明多个信号波形2100、2110、2120和2130的时序图，其中波形2100表示由第一比较器2011产生的示例性比较信号C1，其中波形2110表示从反相器2021输出的示例性互补比较信号
Figure BDA0003471099370000581
其中波形2120表示由于反相器2021的输出处的RC延迟电路而产生的示例性延迟互补比较信号
Figure BDA0003471099370000582
并且其中波形2130表示由XOR门2027响应于施加到XOR门2027的输入的波形2100和2120而产生的示例性边沿检测信号E1。
如图21A中所展示，边沿检测信号E1的波形2130响应于从第一比较器2011输出的比较信号C1的波形2100的每一逻辑转变而产生置零脉冲。边沿检测电路2020-2以与边沿检测电路2020-1类似的方式操作，如图21A的时序图所描绘。确切地说，波形2100、2110、2120和2130可分别表示由第二比较器2012产生的比较信号C2、由反相器2022产生的互补比较信号
Figure BDA0003471099370000583
由RC延迟电路(电阻器2024和电容器2026)产生的延迟互补比较信号
Figure BDA0003471099370000584
以及响应于施加到XOR门2028的输入的波形C2和
Figure BDA0003471099370000585
而从XOR门2028输出的边沿检测信号E2。应理解，在图21A中一般描绘波形2100、2110、2120和2130且不考虑例如信号的(上升和下降沿的)转换速率、通过逻辑门的传播延迟等。
图21B说明根据本公开的实施例的说明图20的电流零交叉检测电路2000的操作模式的模拟信号波形。确切地说，图21B说明多个模拟信号波形2140、2150、2160、2170、2180和2190的时序图。波形2140表示流动通过感测电阻器2040的负载电流的示例性电流波形。波形2150表示由第一比较器2011产生的示例性比较信号C1。波形2160表示由第二比较器2012产生的示例性比较信号C2。波形2170表示由第一边沿检测电路2020-1产生的示例性边沿检测信号E1。波形2180表示由第二边沿检测电路2020-2产生的示例性边沿检测信号E2。波形2190表示由AND门2032响应于波形(D)和(E)而产生的电流零交叉检测信号Zi。另外，图21B描绘表示电流波形2140的电流零交叉的时间的Z-REF虚线。
在图21B中，负载电流的波形2140被展示为从负上升到正，这指示通过感测电阻器2040的AC电流波形从负半循环到正半循环的转变。在此例子中，感测电压VSense从负(-VSense)转变到正(+VSense)。实际上，通过感测电阻器2040的负载电流的零交叉不一定与电压的零交叉一致，因为由于例如电感负载(电流相位跟踪电压相位)或在功率因数小于1时的其它例子而导致电压与电流之间可能存在相位差，从而得到负载电流与电压波形之间的相位差。
如图21B中所展示，波形2150说明响应于感测电压VSense从负到正的转变而从逻辑“1”转变到逻辑“0”的第一比较信号C1，并且波形2160说明响应于感测电压VSense从负到正的转变而从逻辑“0”转变到逻辑“1”的第二比较信号C2。此外，波形2170说明从XOR门2027输出的第一边沿检测信号E1包括对应于波形2150的第一比较信号C1的边沿转变的短置零边沿检测脉冲2171。类似地，波形2180说明从XOR门2028输出的第二边沿检测信号E2包括对应于波形2160的第二比较信号C2的边沿转变的短置零边沿检测脉冲2182。
应注意，如图21B中所展示，第一比较信号C1波形2150的下降沿先于零电流交叉Z-REF，并且波形2160的第二比较信号C2的上升沿跟随零电流交叉Z-REF。在负载电流2140的负向循环(未具体展示)上，角色反转。确切地说，第二比较信号C2的下降沿将先于负载电流的零交叉，并且第一比较信号C1的上升沿将跟随负载电流的零交叉。这是由于在极性改变检测级2010中比较器电路系统的上升沿和下降沿传播延迟中的不对称性，并且为双电路配置的原因。
此外，零交叉检测信号Zi的波形2190包括刚好在负载电流波形2140的实际零交叉之前和刚好在其之后产生的第一零交叉检测脉冲2191(置零脉冲)和第二零交叉检测脉冲2192(置零脉冲)。如上文所提及，零交叉检测信号Zi的波形2190通过逻辑上AND边沿检测信号E1和E2的波形2170和2180来产生，其中第一零交叉检测脉冲2191对应于E1波形2170中的第一边沿检测脉冲2171，并且其中第二零交叉检测脉冲2192对应于E2波形2180中的第二边沿检测脉冲2182。在这点上，如上文所提及，在图20的示例性电路配置中，AND门2032输出两个置零脉冲2191和2192，一个在电流零交叉之前且一个在电流零交叉之后。
另外的模拟展示零交叉检测脉冲随着通过感测电阻器2040的负载电流增加而一起移动得更接近。在大电流(例如，100安培)下，两个零交叉检测脉冲基本上为一个脉冲，并且在基本上与实际电流零交叉同时产生，其中通过感测电阻器2040的负载电流大体上或实际上为零。确切地说，在负载电流增加时，负载电流的斜率(dv/dt)增加。图20的电流零交叉检测器电路2000的益处为随着负载电流增加，Zi的双负向脉冲在时间上朝向彼此移动得更接近且朝向电流零交叉的时间点移动。鉴于智能断路器(其中集成有电流零交叉检测器电路2000)的目标为在尽可能接近零交叉的时间内断开AC开关，在调用此类动作的开关控制电路系统中存在不可避免的延迟的条件下，利用Zi的双脉冲中的第一个(因为其先于零电流交叉)来调用动作且“领先”断开AC开关为有益的。另外，如上文所提及，另一益处为当在高电流负载下最重要时Zi的脉冲最接近于电流零交叉。在最高负载(例如，大于100A)下，Zi的双脉冲移动到如此靠近在一起，使得其基本上合并到与电流零交叉几乎一致的一个脉冲中。
图22示意性地说明根据本公开的实施例的短路检测电路。确切地说，图22示意性地说明短路检测电路2200，其包括第一比较器2202、第二比较器2204、NOR门2210、多个电阻器2212、2213、2213和2215，以及感测电阻器2040。感测电阻器2040串联连接在线路火线111与负载火线121之间的电路径中在节点N1与N2之间。在一些实施例中，感测电阻器2040为用于图20的电流零交叉检测器电路2000的相同感测电阻器2040。
第一比较器2202包括连接到感测电阻器2040的负载侧(节点N2)的非反相输入(+)以及连接到电阻器2212与2213之间的节点N3的反相输入(-)。第二比较器2204包括连接到感测电阻器2040的线路侧(节点N1)的非反相输入(+)以及连接到电阻器2214与2215之间的节点N4的反相输入(-)。电阻器2212和2213实施第一分压器电路(跨越VDC on Hot和节点N1连接)，所述第一分压器电路被配置成在节点N3处产生施加到第一比较器2202的反相输入(-)的第一参考电压VREF1。电阻器2214和2215实施第二分压器网络(在火线和节点N2上跨越VDC连接)，所述第二分压器网络被配置成在节点N4处产生施加到第二比较器2204的反相输入(-)的第二参考电压VREF2。第一比较器2202和第二比较器2204具有连接到NOR门2210的输入端子的输出端子。
在操作中，第一比较器2202将节点N2处的感测电压VSense与第一参考电压VREF1进行比较，并且产生和输出第一比较信号HC1。第二比较器2204将节点N1处的感测电压VSense与第二参考电压VREF2进行比较，并且产生和输出第二比较信号HC2。NOR门2210逻辑上NOR第一比较信号HC1和第二比较信号HC2以产生和输出施加到开关控制电路系统的高电流检测信号HC，所述开关控制电路系统控制智能断路器的一个或多个开关(例如，固态双向开关和/或机电开关的螺线管)。
更具体地说，在节点N2处的感测电压VSense超过第一参考电压VREF1时，第一比较器2202产生和输出逻辑“1”信号(HC1)，并且在节点N1处的感测电压VSense超过第二参考电压VREF2时，第二比较器2204产生和输出逻辑1信号(HC2)。换句话说，在图22的示例性实施例中，第一比较器2202被配置成在AC电源电压波形的负半循环期间检测负载的极端过电流情况(即，短路)，并且第二比较器2204被配置成在AC电源电压波形的正半循环期间检测负载的极端过电流情况(即，短路)。在检测到半循环中的任一个具有极端过电流情况时(例如，在HC1或HC2为逻辑“1”时)，NOR门2210将输出逻辑“0”信号(HC)。
电阻器2212、2213、2214和2215的电阻值经选择以产生参考电压VREF1和VREF2，所述参考电压允许短路检测电路2200检测超过目标过电流阈值电平的过电流情况。举例来说，对于20A断路器，短路检测电路2220可被配置成检测其中负载电流为200A或更多的短路情况。电阻器2212和2213的电阻值的比率经选择以实现第一参考电压VREF1的所要值，并且电阻器2214和2215的电阻值的比率经选择以实现第二参考电压VREF2的所要值。在一些实施例中，电阻器2215的电阻值经选择为大体上等于并联的电阻器2212和2213的电阻值，这有效地补偿跨越感测电阻器2040的电压降。
图23说明根据本公开的实施例的说明图22的短路检测电路2200的操作模式的模拟信号波形。确切地说，图23说明多个信号波形2300、2310、2320和2330的时序图。波形2300表示由第一比较器2202产生的示例性第一比较信号HC1。波形2310表示由第二比较器2204产生的示例性第二比较信号HC2。波形2320表示由NOR门2210产生的示例性高电流检测信号HC。波形2330表示流动通过感测电阻器2040的负载电流的模拟AC电流波形。
在图23的示例性实施例，假设短路检测电路2200被配置成在负载电流波形2330在任一半循环中达到或超过200A或更多时检测过电流情况。如图23中所展示，波形2300说明在其中负载电流波形2330达到或超过200A的每一负半循环中的时间周期期间第一比较信号HC1被设置为逻辑“1”电平。波形2310说明在其中负载电流波形2330达到或超过200A的每一正半循环中的时间周期期间第二比较信号HC2被设置为逻辑“1”。波形2320说明通过逻辑上NOR波形2300和2310而产生的高电流检测信号HC。在此示例性实施例中，波形2320说明在其中负载电流波形2330在负载电流的任一半循环中达到和超过200A的每一时间周期内NOR门2210产生逻辑“0”脉冲。
应了解，图20和22的硬件检测电路允许电流零交叉事件的快速和高效检测，以及对极端过电流和短路情况的快速和高效检测及响应。虽然可使用由处理器执行的软件来实施此类检测，但相较于可由于处理器可能通过使用软件来分析传感器数据来强加的非确定性处理时间而出现的检测和响应延迟，硬件检测的使用实现快速检测和响应时间。另外，图20的电流零交叉检测电路2000允许智能断路器在负载电流处于接近零时将固态开关置于关断状态中。在此例子中，在负载电流处于接近零时固态开关可被关断，以避免来自电感负载的反冲，其中高电压反冲尖峰可损坏固态开关的MOSFET或泄漏钳位(例如，隔离电路系统810，图8B)的MOSFET。图20和22的硬件检测电路由从线路火线110参考的DC供应器(例如，VDC-on-Hot)供电。这提供了避免光隔离器或其它电路所带来的延迟的优点，如果这些电路由以零线为参考的DC电源供电，则所述光隔离器或其它电路将被需要。
图24示意性地说明根据本公开的另一实施例的智能断路器。确切地说，图24示意性地说明连接在AC市电110与负载120之间的智能断路器2400，其中智能断路器2400包括单极混合固态和机械断路器架构。智能断路器2400包括串联连接在AC市电110的线路火线111与负载120的负载火线121之间的电路径中的固态开关2410和气隙电磁开关2420(例如，气隙电磁开关2420和固态开关2410串联连接在智能断路器2400的线路输入端子与负载输出端子之间)。智能断路器2400进一步包括AC到DC转换器电路2430、零交叉检测电路系统2440、感测电阻器2442、电流传感器2450、其它类型的传感器2460(例如，环境传感器、光传感器等)，以及开关控制器2470。
在如图24中所展示的一些实施例中，固态开关2410包括具有如所展示的栅极端子(G)、漏极端子(D)和源极端子(S)的功率MOSFET开关2410(例如，N型增强MOSFET装置)，以及本征体二极管2410-1。气隙电磁开关2420包括任何合适类型的电磁开关机构，其被配置成物理地断开和闭合电接触件集合，其中在气隙电磁开关2420处于断开状态时气隙产生在电接触件之间。举例来说，气隙电磁开关2420可包括闩锁螺线管或中继接触元件，其响应于来自开关控制器2470的控制信号以自动地断开或闭合气隙电磁开关2420的电接触件。
气隙在线路火线111与负载火线121之间的线路路径中的产生提供AC市电110与负载120的完全隔离，因为所述气隙防止电流从线路火线111流动到负载火线121。气隙电磁开关2420可安置在固态开关2410的线路侧(如图24中所展示)上或在固态开关2410的负载侧上。智能断路器2400提供一种有成本效益的解决方案，其允许在其中电代码需要在断路器中实施气隙以用于完全隔离的例子中利用一个固态开关(相较于上文所描述的示例性实施例中的若干固态开关)。
AC到DC转换器电路系统2430被配置成将DC供电提供到智能断路器2400的各种电路系统和元件，包含零交叉检测电路系统2440、开关控制器2470以及任选的电流传感器2450和其它传感器2460(取决于此类传感器2450和2460的配置)。AC到DC转换器电路系统2430被配置成在固态开关2410处于关断状态时或在电磁开关2420处于断开状态时在故障期间保持供电。在一些实施例中，AC到DC转换器电路系统2430包括足够存储电容以紧接在公用设备运转中断之后为DC子系统供电，使得相关电力运转中断或短路信息可由开关控制器2470获得和存储为公用电力崩溃，并且接着使用耦合到开关控制器2470或与开关控制器2470集成的射频收发器(未展示)无线发射到远程节点、装置或系统。
在一些实施例中，零交叉检测电路系统2440被配置成监测沿着智能断路器2400的火线电路径的目标点处的电压和/或电流，并且检测火线电路径上的AC波形的零电流和/或零电压交叉。举例来说，如图24中所展示，零交叉检测电路系统2440耦合到开关2420和2410的上游的火线电路径以检测智能断路器2400的线路侧上的AC电力波形的零电流和/或零电压交叉的例子。零交叉检测电路系统2440通过一个或多个数据获取和控制线2440-1耦合到开关控制器2470。
零交叉检测电路系统2440可使用任何合适类型的电压零交叉和/或电流零交叉检测电路系统来实施，所述任何合适类型的电压零交叉和/或电流零交叉检测电路系统被配置成感测AC电源波形的电流和/或电压的零交叉且产生检测信号，所述检测信号指示零交叉事件和电流或电压波形的零交叉事件的相关联转变方向(例如，AC波形从负转变到正(被称为“正转变方向”)，或AC波形从正转变到负(被称为“负转变方向”))。
在一些实施例中，零交叉检测电路系统2440被配置成接收火线路径上(开关2420和2410的线路侧上)的AC波形的采样作为输入，将AC波形样本与零参考电压(例如，线路零线电压)进行比较以确定火线路径上的AC波形的极性，以及检测零交叉事件和AC波形的零交叉的相关联转变方向。在一些实施例中，使用电压比较器来执行比较，所述电压比较器具有连接到火线路径的非反相输入以及接收参考电压的反相输入。电压比较器的输出(i)在输入电压从正转变到负时从逻辑1切换到逻辑0以及(ii)在输入电压从负转变到正时从逻辑0切换到逻辑1。在此例子中，零交叉检测电路系统2440的输出将在AC电压波形的每一检测零交叉时在逻辑“1”输出与逻辑“0”输出之间转变。
在一些实施例中，零交叉检测电路系统2420实施图20的电流零交叉检测电路2000。在此例子中，图24中的感测电阻器2442以类似于图20中所展示的感测电阻器2040的方式利用。代替电压零交叉检测电路系统，或除电压零交叉检测电路系统之外，还利用电流零交叉检测电路系统来确定何时火线上的AC电流波形(即，AC负载电流)为零以及AC电流波形的转变方向。在例子中，举例来说，在存在导致火线路径上的电压和电流波形异相的电感负载时，这是需要的。
在一些实施例中，电流传感器2450被配置成检测穿过智能断路器2400的火线路径中的负载120汲取的电流的量值。电流传感器2450可使用任何合适类型的电流感测电路来实施，所述电流感测电路包含但不限于电流感测电阻器、电流放大器、霍耳效应电流传感器等。电流传感器2450通过一个或多个数据获取和控制线2450-1耦合到开关控制器2470。在一些实施例中，电流传感器2450实施图22的短路检测电路2200，其中电流传感器2450包括串联连接在固态开关2410的负载侧与负载火线121之间的感测电阻器。在一些实施例中，电流传感器2450利用与零交叉检测电路系统2440相同的感测电阻器2442，其中电流传感器2450将具有连接到节点N1和N2以对感测电压VSense进行采样的输入。
传感器2460包含一个或多个任选的传感器，其被配置成感测环境情况(例如，化学物质、气体、湿度、水、温度、光等)且产生指示潜在的危险环境情况的传感器数据。传感器2460通过一个或多个数据获取和控制线2460-1耦合到开关控制器2470。借助于实例，传感器2460可包含以下中的一个或多个：(i)化学物质敏感检测器，其被配置成检测危险化学物质的存在；(ii)气体敏感检测器，其被配置成检测危险气体的存在；(iii)温度传感器，其被配置成检测指示例如火灾的高温；(iv)压电检测器，其被配置成检测与例如爆炸、地震等相关联的大振动；(v)湿度传感器或水传感器，其被配置成检测洪水或潮湿情况；以及其它类型的传感器，其被配置成检测将保证电路中断的危险环境情况的存在或发生。
开关控制器2470结合零交叉检测电路系统2440、电流传感器2450和传感器2460操作以执行功能，例如检测故障情况(例如，短路故障、过电流故障、电弧故障、接地故障等)、检测危险环境情况(例如，气体泄漏、化学物质溢出、火灾、洪水等)，以及响应于检测到故障情况或危险环境情况而为开关2410和2420的断开和闭合提供时序控制，以由此避免在气隙电磁开关2420中产生电弧。开关控制器2470产生栅极控制信号，其被施加到固态开关2410的栅极端子(G)以将固态开关2410置于接通或关断状态中。在一些实施例中，开关控制器2470响应于故障情况而产生栅极控制信号以将固态开关2410置于关断状态中，所述故障情况例如短路故障、过电流故障、过电压情况，以及通过开关控制器2470由于分析从电流传感器2450和/或其它传感器2460获得的传感器数据而检测到的其它故障或危险。
开关控制器2470可使用被配置成处理传感器数据且实施如本文中所论述的开关控制时序协议以用于控制开关2410和2420的处理器来实施。另外，开关控制器2470可实施用于将传感器数据转换为适合于由处理器处理的恰当格式的电路系统。在其它实施例中，开关控制2470实施基于硬件的开关控制电路系统(如在上文所论述的示例性实施例中)以实现基于硬件的控制，而不是基于软件的控制。
开关控制器2470可包含RF收发器以与远程节点、装置、系统等无线通信，以支持故障情况的远程监测和检测以及接收用于控制智能断路器2400的远程命令。处理器可包括中央处理单元、微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、和其它类型的处理器，以及可基于软件、硬件、固件等而执行处理功能的此类处理器的部分或组合。在其它实施例中，智能断路器2400的各种组件(例如，2430、2440和2470)的固态电路系统可实施在单个裸片上作为芯片上系统。
为了防止在电磁开关2420的电接触件之间产生电弧，开关控制器2470被配置成在将气隙电磁开关2420置于断开或闭合状态中之前将固态开关2410置于关断状态中。然而，在图24的配置中，即使在固态开关2410处于关断状态时，并且假设气隙电磁开关2420处于闭合状态，固态开关2410的体二极管2410-1将允许在AC市电110的AC电源波形处于负半循环时负电流从负载120传导到AC市电110。
在此例子中，如果气隙电磁开关2420在AC电源波形的负半循环期间断开，则负电流的流动将在气隙电磁开关2420的电接触件之间产生电弧。除电弧的产生之外，还由于将归因于在给定时间下的短路电流情况和负电流而产生的相对强电磁力，可能难以或不可能断开气隙电磁开关2420。
为了避免产生此类电弧，并且能够容易断开气隙电磁开关2420，开关控制器2470被配置成响应于检测到故障或危险情况而将固态开关2410置于关断状态中，并且处理从零交叉检测电路系统2440获得的传感器数据以确定智能断路器2400的线路侧(例如，线路火线111)上的AC电压和/或电流的零交叉事件和零交叉事件的相关联转变方向，并且接着在线路侧上的AC电压和/或电流的极性经确定转变到正半循环的情况下响应于所检测零交叉事件而断开气隙电磁开关2420。
另一方面，在开关控制器2470在给定时间下确定零交叉事件的相关联转变方向为其零线路侧上的AC电压和/或电流的极性正转变到负半循环的负转变时，开关控制器2470将不断开气隙电磁开关2420，而是延迟断开气隙电磁开关2420，直到具有如由零交叉检测电路系统2440检测到的正转变的零交叉事件的下一例子。在此例子中，气隙电磁开关2420将在其中固态开关2410正阻止所有电流(较少任何泄漏)的半循环期间断开。此开关控制协议实现对断开气隙电磁开关2420的电磁机构的大小和强度需求的显著减小。
现在将参考图25A、25B和26更详细地论述通过开关控制器2470实施的开关时序控制。举例来说，图25A说明输入到图24的智能断路器2400的线路侧的电源电压波形。确切地说，图25A说明表示AC市电110的电源电压波形的输入电压波形2500。输入电压波形2500包括在时间T0、T1、T2、T3和T4下的正半循环2502、负半循环2504和零电压交叉2510。在固态开关2410处于接通状态且气隙电磁开关2420处于闭合状态时，输入电压波形2500被施加到负载120的负载火线121。在开关控制器2470确定电源应与负载120断开连接时，开关控制器2470将产生栅极控制信号，其被施加到固态开关2410的栅极端子G以将固态开关2410置于关断状态中。
图25B说明在固态开关2410处于关断状态且气隙电磁开关2420处于闭合状态时图24的智能断路器2400的负载侧上的输出电压波形2520。在此状态下，固态开关2410的体二极管2410-1在输入电压波形2500的负半循环2504期间正向偏置，这对输入电压波形2500进行整流且产生图25B中所展示的输出电压波形2520，其中对应于输入波形2500的正半循环2502的输出电压波形2520的部分2522处于0V，并且其中输出电压波形2520的部分2524跟踪输入波形2500的负半循环2504的电压。在此例子中，负电流将在每一负半循环2524期间从负载120流动到AC市电110，直到气隙电磁开关2420断开。
如上文所提及，在固态开关2410关断之后，开关控制器2470将处理从零交叉检测电路系统2440获得的传感器数据以确定智能断路器2400的火线路径上的AC电压波形(和/或AC电流波形)的零交叉事件和零交叉事件的转变方向。开关控制器2470将产生控制信号以在AC电压波形正转变到正半循环的情况下响应于所检测零交叉事件而断开气隙电磁开关2420。举例来说，虽然图25A展示在时间T0、T1、T2、T3和T4下的AC波形2500的零交叉事件2510，但仅在时间T0、T2和T4下的零交叉事件2510具有其中AC波形2500转变到正半循环的正转变方向。
在此例子中，开关控制器2470将响应于在T0、T2或T4下的零交叉事件而产生控制信号以断开气隙电磁开关2420以将电源与负载120完全地断开连接。确切地说，如图25A中所展示，在一些实施例中，响应于检测到正转变零交叉事件(例如，在时间T0或T2下)，开关控制器2470将在产生开关控制信号以断开气隙电磁开关2420之前等待短时延迟TS(例如，约10μs)。此短暂延迟时间TS确保AC波形稍微为正且没有电流正在火线路径中流动，由此防止气隙电磁开关2420中的可能电弧形成且允许气隙电磁开关2420在无归因于小电流的抖动的情况下容易地断开。
另一方面，假设发生故障情况且固态开关2410在图25A和25B中的T0与T1之间的时间周期中关断。在此实例中，开关控制器2470将确定在时间T1下的AC波形2500的下一零交叉事件2510为负转变零交叉事件。在此例子中，开关控制器2470将在时间T2下等待下一正转变零交叉事件2510，随后产生控制信号(在时间T2下检测到零交叉事件之后的延迟时间TS处)以断开气隙电磁开关2420。同样，这确保AC波形2500稍微为正且没有电流正在火线路径中流动，由此防止气隙电磁开关2420中的可能电弧形成且允许气隙电磁开关2420在无归因于小电流的抖动的情况下容易地断开。
应理解，示例性电压波形25A和25B表示具有约一(1)的功率因数的负载120，其中假设AC电压波形和由负载120汲取的电流同相。在此类例子中，零电压交叉假设为零电流交叉。然而，在其中负载120具有小于1的功率因数的例子(例如，电容或电感负载)中，电压波形和由负载120汲取的电流将异相。在这点上，零交叉检测电路系统2440可包含电流零交叉检测器，以确定开关2420和2410的线路侧上的电流波形的零电流交叉或正转变零电流交叉，以确保在断开气隙电磁开关2420之前没有正电流正在线路火线路径上流动。举例来说，如上文所提及，在一些实施例中，零交叉检测电路系统2420实施图20的电流零交叉检测电路2000。
图26为根据本公开的实施例的通过图24的智能断路器2400的开关控制器2470实施的开关控制过程的流程图。图26的开关控制过程表示用于恢复公用电源或手动、自动或远程激活控制以激活智能断路器2400(框2600)的非限制性示例性实施例。在此实例中，假设固态开关2410处于关断状态，并且气隙电磁开关2420处于闭合状态。
开关控制器2470在闭合气隙电磁开关2420(框2604)之前等待检测恰当零交叉(框2602)。虽然理想的是在闭合气隙电磁开关2420之前等待电压和/或电流零交叉情况，但所属领域的技术人员将理解，这不是用于闭合的必选情况。零交叉事件可为正转变零交叉事件或负转变零交叉事件。如上文所提及，在一些实施例中，优选的是在其中固态开关(例如，开关2410)的体二极管(例如，二极管2410-1)未正向偏置和导电的即将来临的半循环的零交叉处闭合气隙电磁开关2420。举例来说，在图24的示例性实施例中，固态开关2410的体二极管2410-1在AC市电110的电源电压波形的正半循环期间反向偏置且不导电。在此类实施例中，理想的是在检测到正转变(电流或电压)零交叉事件后就将气隙电磁开关置于闭合状态中(框2604)。
在其它实施例中，取决于用于实施固态开关2410的MOSFET的类型，在检测到负转变(电流或电压)零交叉事件后就闭合气隙电磁开关2420可为理想的。举例来说，在其中图24中的固态开关2410被实施为具有耦合(线路侧)到气隙开关2420的漏极端子和耦合(负载侧)的源极端子的P型增强MOSFET的示例性实施例中，P型MOSFET的体二极管将具有其阳极连接的线路侧和其阴极安置的负载侧。在此类例子中，P型固态开关的体二极管将在AC市电110的电源电压波形的负半循环期间反向偏置且不导电。因而，在P型固态开关处于关断状态时，在检测到负转变(电流或电压)零交叉事件后就闭合气隙电磁开关2420将为理想的。这同样适用于其中如图24中所展示的N型固态开关2410与源极端子连接的线路侧和漏极端子连接的负载侧反向的电路配置。
在气隙电磁开关2420闭合时，开关控制器2470将继续产生栅极控制信号以将固态开关2410置于接通状态中(框2606)。在气隙电磁开关2420闭合之后的任何时间，固态开关2410可接通。举例来说，智能断路器2400可在“待用”模式中操作，其中气隙电磁开关2420维持处于闭合状态，并且开关控制器2470等待某一触发事件(例如，远程命令)的发生以继续激活固态开关2410。
在开关2410和2420两者激活时，开关控制器2470将进入等待某一事件或命令中断电源与负载之间的电路连接的等待状态(框2608)。在等待周期期间，固态开关2410和气隙电磁开关2420将维持处于激活状态(框2610)。事件可为如通过开关控制器2470处理从各种传感器2450和2460接收到的传感器数据来确定的给定故障情况或危险情况的检测。命令可为中断电路连接的手动命令或自动命令。
在检测到故障或危险情况(框2608中的肯定确定)后或响应于使断路器跳闸的手动或自动命令，开关控制器2470将产生栅极控制信号以将固态开关2410置于关断状态中(框2612)。开关控制器2470将接着继续处理来自零交叉检测电路系统2440的数据以检测线路火线路径上的目标零交叉事件(例如，正转变零交叉事件)(框2614)，并且响应于检测到目标零交叉事件(框2614中的肯定确定)，开关控制器2470将产生开关控制信号以将气隙电磁开关2420置于断开状态中(框2616)。
开关控制器2470将进入等待清除故障事件或危险情况的等待状态(框2618)，并且将固态和气隙电磁开关维持在解除激活状态中(框2620)。在清除故障事件或危险情况(框2618中的肯定确定)时，或在开关控制器2470以其它方式接收将电源重新连接到负载的手动或远程命令指示时，控制过程返回到框2600，其中开关控制器2470继续重新激活气隙和固态开关，并且由此将电源重新连接到负载。应理解，虽然图26的过程流程并未明确地包含用于在断开和闭合固态开关2410之前执行零交叉检测的过程步骤，但所属领域的技术人员将认识且了解，对于某些应用，固态开关2410的接通和关断可按需要通过电压或电流零交叉事件来计时。
图27示意性地说明根据本公开的另一实施例的智能断路器。确切地说，图27示意性地说明连接在AC市电110与负载120之间的智能断路器2700。智能断路器2700类似于图24的智能断路器2400，不同之处在于图27的智能断路器2700实施热机电断路器开关2710(代替图24中的气隙电磁开关2420)、内部开关2720和分流电阻器2730。在一些实施例中，热机电断路器开关2710包括常规断路器架构，例如上文结合图1A所论述。
内部开关2720和分流电阻器2730串联连接在节点N3与接地(零线)114之间，其中节点N3包括在热机电断路器开关2710与固态开关2410之间的连接点。在一些实施例中，如图27中所展示，内部开关2720包括固态双向开关，其包括与共同连接的源极端子和共同连接的栅极端子背对背串联连接的第一MOSFET开关2721和第二MOSFET开关2722(例如，N沟道MOSFET开关)。第一MOSFET开关2721和第二MOSFET开关2722的共同连接的栅极端子连接到开关控制器2470的控制输出端口。第一MOSFET开关2721和第二MOSFET开关2722具有本征体二极管(图27中未具体展示)。
如在图24的示例性实施例中，开关控制器2470结合零交叉检测电路系统2440、电流传感器2450和其它传感器2460操作以执行功能，例如检测故障情况(例如，短路情况、过电流情况、过电压情况、电弧故障、接地故障等)，以及检测危险环境情况(例如，气体泄漏、化学物质溢出、火灾、洪水等)。开关控制器2470被配置成将控制信号施加到固态开关2410的栅极端子(G)以控制固态开关2410的激活(接通)和解除激活(关断)。另外，开关控制器2470被配置成产生控制信号以控制内部开关2720的激活和解除激活。开关控制器2470实施时序控制协议，其被配置成在智能断路器2700的不同操作情况下控制固态开关2410和内部开关2720的激活/解除激活的时序。
举例来说，开关控制器2470响应于所检测故障情况而产生栅极控制信号以将固态开关2410置于关断状态中，所检测故障情况例如短路故障、过电流故障、过电压情况，以及通过开关控制器2470由于分析从电流传感器2450和/或其它传感器2460获得的传感器数据而检测到的其它故障或危险。另外，在固态开关2410关断之后，开关控制器2470产生控制信号以激活内部开关2720且由此产生节点N3与接地114之间的内部短路。节点N3与接地114之间的内部短路使得过电流流动通过热机电断路器开关2710并由此使热机电断路器开关2710跳闸且在线路火线110与负载火线121之间的电路径中产生气隙。
换句话说，在此实施例中，开关控制器2470不产生直接施加到热机电断路器开关2710以使热机电断路器开关2710跳闸的控制信号。替代地，开关控制器2470将栅极控制信号施加到第一MOSFET开关2721和第二MOSFET开关2722的共同连接的栅极端子以接通第一MOSFET开关2721和第二MOSFET开关2722。这产生节点N3与接地114之间的内部短路，其中电流流动通过分流电阻器2730，这使得热机电断路器开关2710跳闸。内部开关2720在热机电断路器开关2710跳闸之后且在智能断路器2700经复位以用于正常操作之前的某一时间点处解除激活(例如，第一MOSFET开关2721和第二MOSFET开关2722关断)。
在一些实施例中，分流电阻器2730的电阻经选择以使得从节点N3到接地114的短路电流在热机电断路器开关2710的电流额定值的约2倍到3倍的范围中。举例来说，如果热机电断路器开关2710具有20安培的电流额定值，则分流电阻器的电阻2730经选择以使得最大值为大致40到60安培的电流流动通过热机电断路器开关2710和通过节点N3与接地114之间的短路分支，以使得热机电断路器开关2710跳闸且在线路火线110与负载火线121之间的电路径中产生气隙。
在一些实施例中，开关控制器2470被配置成利用从零交叉检测电路2440输出的零交叉检测信号来确定何时激活内部开关2720且由此在节点N3与接地114之间产生短路，这使得热机电断路器开关2710跳闸。举例来说，类似于上文结合图24-26所论述的示例性实施例，在零交叉检测电路2440被配置成检测热机电断路器开关2710的线路侧上的AC电压波形或AC电流波形的相反半循环之间的极性转变的方向时，开关控制器2470被配置成在极性转变使得经解除激活的固态开关2410的体二极管2410-1反向偏置时激活内部开关2720。
在图27的示例性实施例中，固态开关2410的体二极管2410-1在热机电断路器开关2710的线路侧上的AC电压波形或AC电流波形的正半循环期间反向偏置。然而，在例如AC市电110的AC电源波形在负半循环中时，固态开关2410的体二极管2410-1将正向偏置，并且允许负电流通过热机电断路器开关2710从负载120传导到AC市电110。
在此例子中，如果内部开关2720在AC电源波形的负半循环期间被激活，则通过热机电断路器开关2710的电流将为(i)从负载120到AC市电110的负电流和(ii)在从接地114到节点N3的短路路径中产生的电流的组合，由此提供通过热机电断路器开关2710的增加的电流，以使热机电断路器开关2710跳闸。这可导致在跳闸时在热机电断路器开关2710的电接触件之间产生高能量电弧。
相比之下，通过确保内部开关2720在极性转变使得固态开关2410的体二极管2410-1反向偏置时被激活，通过热机电断路器开关2710的电流的量至少初始地限于基于分流电阻器2730的电阻值而在节点N3与接地114之间的短路路径中产生的电流。在此例子中，经产生以使热机电断路器开关2710跳闸的短路电流的量可由分流电阻器2730控制/限制，并且因此限制在跳闸时在热机电断路器开关2710的电接触件之间产生的电弧的量。换句话说，通过将内部开关2720的激活计时到经解除激活的固态开关2140的体二极管2410-1反向偏置的时间，智能断路器2700避免使用实际短路负载电流来使常规热机电断路器开关2710跳闸，并且替代地利用有限/受控内部短路电流(其通过内部开关2720的激活产生)来使断路器开关2710跳闸。
在其它实施例中，智能断路器被设计成包含允许个人确定智能断路器的操作状态的一个或多个视觉指示器。举例来说，图28A、28B、28C、28D和28E为包括被配置成指示智能断路器2800的操作状态的多个视觉指示器的智能断路器2800的透视图和示意图。确切地说，图28A和28B为包括断路器外壳2810(或罩壳)、手动拨动开关2820、第一视觉指示器2830和第二视觉指示器2840的智能断路器2800的透视图。手动拨动开关2820包括允许个人手动地使智能断路器2800跳闸和复位的关断位置和接通位置。如下文进一步详细解释，第一视觉指示器2830和第二视觉指示器2840被配置成提供智能断路器2800的操作状态的视觉状态。图28C、28D和28E示意性地说明智能断路器2800的断路器外壳2810内的各种组件。举例来说，如图28C-28E中所展示，组件包含致动器机构2850、螺线管2860和气隙开关2870。气隙开关2870包括第一固定接触件2871和连接到致动器机构2850的第二可移动接触件2872。手动拨动开关2820和螺线管2860连接到致动器机构2850。致动器机构2850被配置成响应于(i)拨动开关2820的手动致动和(ii)螺线管2860的磁性致动而控制可移动接触件2872相对于固定接触件2871的位置。在此配置中，螺线管2850被配置成响应于高过电流而磁性地致动，其中螺线管2860的磁性致动引起致动器机构2850的机械致动，以使得可移动接触件2872与气隙开关2870的固定接触件2871分开。为了易于说明和解释，图28C、28D和28E未说明用于实施如上文所论述的智能断路器2800的各种智能功能性的电路板和相关联固态电路系统。
图28C、28D和28E说明智能断路器2800的不同操作状态。确切地说，图28C说明其中气隙开关2870“断开”且第一接触件2871和第二接触件2872分离以形成气隙2873的操作状态。在图28C中，手动拨动开关2820处于“关断”位置。在此例子中，通过将拨动开关2820从接通位置移动到关断位置来手动地断开气隙开关2870，其中此例子中的拨动开关2820的致动使得致动器机构2850将可移动接触件2872移动远离固定接触件2871。
接下来，图28D说明其中气隙开关2870“闭合”并且第一接触件2871和第二接触件2872进行电接触且气隙2873闭合的操作状态。在图28D中，手动拨动开关2820处于“接通”位置，并且螺线管2860处于闭合位置。在此例子中，通过将拨动开关2820从关断位置移动到接通位置来手动地闭合气隙开关2870，其中此例子中的拨动开关2820的致动使得致动器机构2850使可移动接触件2872抵靠着固定接触件2871移动。图28D说明智能断路器2800的正常操作状态。
接下来，图28E说明其中气隙开关2870“断开”且第一接触件2871和第二接触件2872分离以形成气隙2873的操作状态。在图28E中，假设手动拨动开关2820处于“接通”位置，并且由于螺线管2860的磁性致动(例如，螺线管2860处于断开位置中)，智能断路器2800处于“跳闸”状态，从而使得致动器机构2850将可移动接触件2872移动远离固定接触件2871，并且由此断开气隙开关2870以形成气隙2873。在此例子中，智能断路器2800机电地跳闸，并且智能断路器2800通过将手动拨动开关2820从接通位置移动到关断位置且接着返回到接通位置来复位。
如图28A-28E中共同地展示，第一视觉指示器2830包括形成为断路器外壳2810的部分的窗2832(例如，玻璃或塑料窗)，以及安置在断路器外壳2810内在窗2832后方的状态LED 2834。状态LED 2834经照射以指示智能断路器2800的状态(例如，接通、关断、待用、无线状态、供应等)。状态LED 2834可发出不同颜色(例如，红色、绿色等)和/或具有不同照射图案(例如，连续、闪烁等)以表示不同操作状态。在一些实施例中，状态LED 2834仅在公用电源存在时可操作。
图28A说明其中在智能断路器2800处于其中手动拨动开关2820处于接通位置但气隙开关处于断开状态的“跳闸”状态时第一视觉指示器2830的状态LED 2834以第一颜色(例如，红色)照射的示例性实施例。在其它实施例中，在智能断路器2800在手动拨动开关2820处于接通位置的情况下正常操作(例如，非跳闸状态)时，第一视觉指示器2830的状态LED2834可以另一颜色(例如，绿色)照射。
图28B说明其中在智能断路器2800处于关断状态(例如，未连接到公用电源，或连接到公用电源但手动拨动开关2820处于关断位置)时第一视觉指示器2830的状态LED 2834不照射的示例性实施例。在此例子中，在状态LED 2834不照射时，查看窗2832可具有带有与断路器外壳2810的颜色相同或类似的颜色的半透明颜色的涂层。
此外，如图28A-28E中共同地展示，第二视觉指示器2840包括形成为断路器外壳2810的部分的窗2842(例如，玻璃或塑料窗)，以及安置在断路器外壳2810内且选择性地定位在窗2832后方以展示智能断路器的不同操作状态的第一有颜色元件2844(或更通常而言，第一指示器元件)和第二有颜色元件2846(或更通常而言，第二指示器元件)。更具体地说，在一些实施例中，第二视觉指示器2840被配置成提供气隙开关2870(断开或闭合)的状态。
举例来说，第一有颜色元件2844和第二有颜色元件2846包括接合到致动器机构2850的部分的有颜色塑料片或以其它方式包括在致动器机构2850的部分上的喷漆表面。第一有颜色元件2844和第二有颜色元件2846选择性地安置在查看窗2842后方以允许个人查看颜色且由此基于通过查看窗2842可见的颜色而确定气隙开关2870的状态。举例来说，第二有颜色元件2846可为指示气隙处于“断开”状态的红色颜色，而第一有颜色元件2844可为指示气隙处于“闭合”状态的非红色颜色(例如，黑色)。在其它实施例中，除不同颜色之外和/或代替不同颜色，第一指示器元件2844和第二指示器元件2846还可实施指示气隙开关2870的状态的其它构件，例如字词、图案等。
举例来说，图28C和28E示意性地说明其中气隙开关2870借助于拨动开关2820到关断位置的手动致动或借助于使得气隙开关2870断开且使智能断路器2800跳闸的螺线管2860的磁性致动而处于“断开”状态(图28C)的状态。在此状态下，第二有颜色元件2846通过致动器机构2850的断开气隙开关2870的移动而定位在查看窗2842后方，而第一有颜色元件2844远离查看窗2842定位。
另一方面，图28D示意性地说明其中气隙开关2870借助于使得气隙开关2870闭合的拨动开关2820的手动致动而处于“闭合”状态的状态。在此状态下，第一有颜色元件2844通过致动器机构2850的闭合气隙开关2870的移动而定位在查看窗2842后方，而第二有颜色元件2846远离查看窗2842定位。在这点上，即使在不存在公用电源时第二第二视觉指示器2840也是如此实现功能的，并且安全地提供“气隙断开”指示器。
图29示意性地说明根据本公开的另一实施例的智能断路器2900。智能断路器2900类似于图28A-28E的智能断路器2800，不同之处在于智能断路器2900包括耦合到手动拨动开关2820的次级内部感测开关2910(例如，机电检测器)。感测开关2910被配置成检测拨动开关2820从例如接通位置(气隙开关2870闭合)到关断(气隙开关2870断开)的预期手动状态改变。感测开关2910触发智能断路器2900的电子件(例如，固态开关控制电路系统)，以在气隙开关2870结束其断开或闭合的运动之前激活或解除激活固态开关(例如，双向固态开关)，这需要一段时间，例如，比断开/闭合固态开关所需的时间长一或两个数量级。内部感测开关2910确保例如气隙开关2870在高负载电流下不断开，或气隙开关2870在固态开关激活之前闭合。
虽然上文已在与AC供电一起使用的智能断路器的上下文中论述了示例性实施例，但应了解，智能断路器可被配置成与DC供电一起使用。存在使用DC供电而非AC供电操作的各种系统(例如，电信系统)。在这些系统中，由公用事业公司递送/提供的AC电力可就地转换为DC供电(使用AC到DC电力转换系统)，其中DC供电接着馈送到具有DC断路器的一个或多个DC配电面板，所述DC配电面板为下游分支电路和负载馈电。
取决于是AC电力还是DC电力施加到智能断路器的线路输入端子，如本文中所论述的智能断路器的示例性实施例可被配置成在“AC保护模式”或“DC保护模式”中操作。举例来说，在智能断路器通电时，智能断路器的固态电路系统(例如，传感器、处理器等)可被配置成检测是AC电力还是DC电力施加到智能断路器的线路输入端子，并且接着取决于所检测输入电力而自动地配置智能断路器以在AC保护模式或DC保护模式中操作。
更具体地说，在一些实施例中，在电力初始地施加到智能断路器的线路输入端子时，耦合到智能断路器的开关的线路侧的电压传感器或零交叉检测器可监测电压波形且将传感器数据发送到处理器。智能断路器的处理器可分析传感器数据以确定输入电力是AC还是DC。举例来说，在电压传感器数据指示输入电压的量值在预定时间周期内保持在恒定水平时，和/或在零交叉检测电路系统未在预定时间周期内输出零交叉事件信号时，处理器可确定DC电力施加到线路输入端子。另一方面，在电压传感器数据指示输入电压的量值变化时和/或在零交叉检测电路系统在预定时间周期内输出多个零交叉事件信号时，处理器可确定AC电力施加到线路输入端子。
在一些实施例中，智能断路器的处理器(例如，微处理器、控制器等)可被配置成处理用于不同保护模式的不同嵌入式软件程序(例如，不同状态机)。用于不同保护模式的嵌入式软件程序包括不同程序指令且利用不同预定义参数或寄存器值以使得处理器能够取决于所检测供电(AC或DC电力)响应于检测和响应于故障情况(例如，短路、过电流、过电压等)而作出智能控制决策。举例来说，用于识别过电流或过电压情况和针对其进行保护的不同阈值和时序考虑因素将取决于智能断路器是否在AC保护模式的DC保护模式中操作而变化。
另外，用于控制智能断路器的开关(例如，固态双向开关)的激活和解除激活的开关控制协议将取决于智能断路器是在DC保护模式还是在AC保护模式中操作而变化。举例来说，在DC保护模式中，固态双向开关的两个MOSFET装置的栅极-源极电压受控制，使得在正常操作期间两个MOSFET装置都接通，并且两个MOSFET装置都响应于故障情况的检测而关断。此外，为了节约电力，可取决于智能断路器是在DC保护模式中还是在AC保护模式中操作而停用智能断路器的一些硬件电路系统。举例来说，在智能断路器在DC保护模式中操作时，可停用智能断路器的零交叉检测电路。另外，在DC保护模式中，可停用智能断路器的AC到DC转换器，并且可选择性地启用智能断路器的DC到DC转换器以将DC电源电压(施加到智能断路器的线路输入端子)转换为较低DC电压以为智能断路器的固态电路系统供电。
如本文中所论述且通过图式所说明的智能断路器的示例性实施例包括可用于实施具有用于不同应用的各种功能的不同类型的智能断路器的各种特征、功能、组件等。在这点上，应理解，一个图中所说明的智能断路器可并入有或多个其它图中所说明的或多个额外特征以实施智能断路器的另一架构。举例来说，如遍及图所说明的智能断路器的所有示例性实施例可被配置成包含电弧故障和/或接地故障感测和保护能力。
在这点上，应理解，本公开的示例性实施例包含断路器的各种实施例，以及如本文中所论述的相关联系统和方法，其可如下概括或以其它方式扩充。
在一些实施例中，一种断路器包括：机电开关，其串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间，并且被配置成置于(i)闭合状态和(ii)断开状态中的一个中；电流传感器，其被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号；电压传感器，其被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号；以及处理器，其被配置成接收并处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息且确定连接到负载输出端子的负载的电力使用信息。
在一些实施例中，断路器进一步包括耦合到处理器的射频收发器，其中射频收发器被配置成将操作状态信息和电力使用信息发射到远程计算节点，以及接收从远程计算节点发射的远程控制命令以供处理器处理。
在一些实施例中，电压传感器包括：第一电压传感器，其耦合到机电开关的上游的电路径且被配置成感测施加到电力输入端子的AC电源电压的量值；以及第二电压传感器，其耦合到机电开关的下游的电路径且被配置成感测连接到负载输出端子的负载的负载电压的量值。
在一些实施例中，电流传感器包括被配置成检测过电流情况、产生指示所检测过电流情况的控制信号以及将控制信号输出到处理器以通知处理器过电流情况的电路系统。在一些实施例中，电流传感器基于可编程过电流阈值而检测过电流情况。在一些实施例中，过电流阈值包括由电流数模转换器产生且施加到电流传感器的比较器的输入的参考阈值电流。
在一些实施例中，机电开关包括气隙电磁开关，其中在一些实施例中，处理器产生开关控制信号以使得气隙电磁开关响应于指示即将发生的故障事件的传感器数据而断开。
在一些实施例中，断路器进一步包括内部短路开关，所述内部短路开关被配置成响应于从处理器输出的开关控制信号而在断路器内产生内部短路，其中内部短路的产生使得机电开关跳闸或熔断断路器的保险丝。
在一些实施例中，断路器的电流传感器包括能量计量电路系统，其中能量计量电路系统被配置成基于流动通过断路器的所感测电流而产生能量使用数据，并且将能量使用数据输出处理器以供分析。
在一些实施例中，断路器的处理器被配置成利用电流和电压传感器数据来识别连接到断路器的负载的类型且基于所识别负载类型而控制施加到负载的电力。
在一些实施例中，断路器进一步包括电力转换器电路，其被配置成从施加到电力输入端子的AC电源电压产生DC电源电压，其中利用DC电源电压来将DC电力提供到处理器、电流传感器和电压传感器。
在另一实施例中，一种方法包括：将断路器连接在公用电源与包括负载的分支电路之间，其中断路器包括机电开关，所述机电开关被配置成置于以下状态中的一个中：(i)闭合状态，以将公用电源连接到分支电路，以及(ii)断开状态，以将公用电源与分支电路断开连接；感测通过断路器的电流且产生指示通过断路器的所感测电流的量值的电流感测信号；感测穿过断路器的电路径上的点处的电压且产生指示所感测电压的量值的电压感测信号；以及处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息且确定负载的电力使用信息。
在一些实施例中，方法进一步包括：通过断路器将操作状态信息和电力使用信息发射到远程计算节点；以及通过断路器接收从远程计算节点发射的远程控制命令，其中操作状态信息在无线通信信道和/或有线通信信道上发射；并且其中远程计算节点包括主控制器。
在一些实施例中，感测通过断路器的电流的过程包括检测过电流情况、产生指示所检测过电流情况的控制信号以及将控制信号输出到断路器的处理器以通知处理器过电流情况。在一些实施例中，过电流情况是基于可编程过电流阈值而检测的。在一些实施例中，方法进一步包括使用电流数模转换器来产生参考阈值电流，其中参考阈值电流充当可编程过电流阈值。
在一些实施例中，机电开关包括气隙电磁开关，其中所述方法进一步包括产生开关控制信号以使得气隙电磁开关响应于指示即将发生的故障事件的所感测电压和所感测电流中的至少一个而断开。
在其它实施例中，一种系统包括包括耦合到公用电源的母线的断路器配电面板，以及安置在断路器配电面板内的断路器。断路器包括耦合到母线的线路输入端子，以及连接到分支电路的负载输出端子。断路器进一步包括：机电开关，其被配置成置于以下状态中的一个中：(i)闭合状态，以将公用电源连接到分支电路，以及(ii)断开状态，以将公用电源与分支电路断开连接；电流传感器，其被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号；电压传感器，其被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号；以及处理器，其被配置成接收并处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息且确定连接到负载输出端子的负载的电力使用信息。
在一些实施例中，系统进一步包括状态显示系统，其包括显示器和主处理器，其中主处理器被配置成与断路器的处理器通信以获得、处理和显示从断路器的处理器接收到的操作状态信息和电力使用信息，并且其中主处理器被配置成将操作状态信息和电力使用信息发射到远程计算节点。
在其它实施例中，一种断路器包括：固态双向开关，其串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间，其中固态双向开关被配置成置于(i)接通状态和(ii)关断状态中的一个中；第一开关控制电路，其被配置成产生控制信号以控制固态双向开关的操作；电流传感器，其被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号；电压传感器，其被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号；以及处理器，其被配置成接收并处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息、确定故障事件以及确定连接到负载输出端子的负载的电力使用信息。
在一些实施例中，断路器进一步包括耦合到处理器的射频收发器，其中射频收发器被配置成将操作状态信息和电力使用信息发射到远程计算节点，以及接收从远程计算节点发射的远程控制命令以供处理器处理以执行远程控制命令所指示的动作。
在一些实施例中，电压传感器包括：第一电压传感器，其耦合到机电开关的上游的电路径且被配置成感测施加到电力输入端子的AC电源电压的量值；以及第二电压传感器，其耦合到机电开关的下游的电路径且被配置成感测连接到负载输出端子的负载的负载电压的量值。
在一些实施例中，电流传感器包括被配置成检测过电流情况、产生指示所检测过电流情况的控制信号以及将控制信号输出到处理器以通知处理器过电流情况的电路系统。此外，在一些实施例中，电流传感器基于可编程过电流阈值而检测过电流情况，其中过电流阈值包括由电流数模转换器产生且施加到电流传感器的比较器的输入的参考阈值电流。
在一些实施例中，断路器进一步包括：气隙电磁开关，其与固态双向开关串联连接；以及第二开关控制电路，其被配置成产生控制信号以控制气隙电磁开关的操作。处理器被配置成产生开关控制信号到第一开关控制电路和第二开关控制电路，使得气隙电磁开关(i)在将固态双向开关置于接通状态中之前被置于闭合状态中，以及(ii)响应于固态双向开关被置于关断状态中而被置于断开状态中。在一些实施例中，断路器进一步包括手动开关，其被配置成响应于由个人致动手动开关而触发气隙电磁开关的断开，其中处理器被配置成监测和检测手动开关的致动且响应于处理器检测到手动开关的致动而产生控制信号并将其输出到第一开关控制电路以将固态双向开关置于关断状态中。
在一些实施例中，断路器的第一开关控制电路和第二开关控制电路被配置成在待用状态中操作断路器，其中固态双向开关处于关断状态，并且气隙电磁开关处于闭合状态。
在一些实施例中，断路器的处理器被配置成分析从电压传感器和电流传感器获得的实时传感器数据且检测固态双向开关的失效，并且响应于检测到固态双向开关的失效而产生控制信号并将其输出到第二开关控制电路以将气隙电磁开关置于闭合状态中。
在一些实施例中，电流传感器包括能量计量电路系统，其中能量计量电路系统被配置成基于流动通过断路器的所感测电流而产生能量使用数据，并且将能量使用数据输出处理器以供分析。
在一些实施例中，处理器被配置成利用电流和电压传感器数据来识别连接到断路器的负载的类型且基于所识别负载类型而控制施加到负载的电力。
在一些实施例中，电流传感器、电压传感器和处理器被配置成支持(i)电弧故障电路中断和接地故障电路中断中的至少一个。
在一些实施例中，第一开关控制电路包括耦合到固态双向开关的短路检测电路，其中短路检测电路被配置成检测通过固态双向开关的电流，并且响应于所检测电流指示连接到断路器的负载输出端子的负载的短路故障事件而产生选通控制信号以将固态双向开关置于关断状态中。短路检测电路被配置成感测跨越安置在固态双向开关的第一固态开关与第二固态开关之间的感测电阻器的电压，并且利用所感测电压来检测指示短路故障事件的电流的电平。
在一些实施例中，断路器包括电力转换器电路，其被配置成从施加到电力输入端子的AC电源电压产生DC电源电压，其中利用DC电源电压来将DC电力提供到处理器、第一开关控制电路、电流传感器和电压传感器。
在另一实施例中，一种方法包括：将断路器连接在公用电源与包括负载的分支电路之间，其中断路器包括固态双向开关，其被配置成置于以下状态中的一个中：(i)接通状态，以将公用电源连接到分支电路，以及(ii)关断状态，以将公用电源与分支电路断开连接；感测通过断路器的电流且产生指示通过断路器的所感测电流的量值的电流感测信号；感测穿过断路器的电路径上的点处的电压且产生指示所感测电压的量值的电压感测信号；响应于基于电流感测信号和电压感测信号中的至少一个的故障事件的检测而产生控制信号以将固态双向开关置于关断状态中；以及处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息以及确定负载的电力使用信息。
在一些实施例中，断路器包括气隙电磁开关，其与固态双向开关串联连接，并且其中方法进一步包括产生控制信号以使气隙电磁开关和固态双向开关的切换操作同步，使得气隙电磁开关(i)在将固态双向开关置于接通状态中之前被置于闭合状态中，以及(ii)响应于固态双向开关被置于关断状态中而被置于断开状态中。
在一些实施例中，方法进一步包括：感测被配置成触发气隙电磁开关的断开的手动开关的致动；以及响应于感测到手动开关的致动而产生控制信号以将固态双向开关置于关断状态中。
在一些实施例中，方法进一步包括：分析从电压传感器和电流传感器获得的传感器数据以检测固态双向开关的失效；以及响应于检测到固态双向开关的失效而产生控制信号以将气隙电磁开关置于闭合状态中。
在另一实施例中，一种系统包括：断路器配电面板，其包括耦合到公用电源的母线；以及断路器，其安置在断路器配电面板内。断路器包括耦合到母线的线路输入端子，以及连接到分支电路的负载输出端子。断路器进一步包括：固态双向开关，其串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间，并且被配置成置于(i)接通状态和(ii)关断状态中的一个中；第一开关控制电路，其被配置成产生控制信号以控制固态双向开关的操作；电流传感器，其被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号；电压传感器，其被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号；以及处理器，其被配置成接收并处理电流感测信号和电压感测信号以确定断路器的操作状态信息、确定故障事件以及确定连接到负载输出端子的负载的电力使用信息。
在一些实施例中，系统进一步包括状态显示系统，其包括显示器和主处理器。主处理器被配置成与断路器的处理器通信以获得、处理和显示从断路器的处理器接收到的操作状态信息和电力使用信息，并且其中主处理器被配置成将操作状态信息和电力使用信息发射到远程计算节点。
在另一实施例中，一种断路器包括：固态开关和气隙电磁开关，所述固态开关和所述气隙电磁开关串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中；开关控制电路系统，其被配置成控制固态开关和气隙电磁开关的操作；零交叉检测电路，其被配置成检测在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的交流(AC)电力波形的零交叉；以及电流传感器，其被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流，以及基于所感测电流而检测故障情况。响应于通过电流传感器检测到故障情况，开关控制电路系统被配置成产生开关控制信号以(i)将固态开关置于关断状态中以及(ii)在固态开关被置于关断状态中之后将气隙电磁开关置于断开状态中。开关控制电路系统利用从零交叉检测电路输出的零交叉检测信号来确定何时将气隙电磁开关置于断开状态中。
在一些实施例中，固态开关包括P型增强金属氧化物半导体场效应晶体管装置。在一些实施例中，固态开关包括N型增强金属氧化物半导体场效应晶体管装置。
在一些实施例中，零交叉检测电路被配置成检测施加到断路器的线路输入端子的AC电源电压波形的零交叉。此外，在一些实施例中，零交叉检测电路被配置成检测AC电源电压波形的相反半循环之间的极性转变的相关联方向，并且其中开关控制电路系统在极性转变使得固态开关的体二极管反向偏置时将气隙电磁开关置于断开状态中。
在一些实施例中，零交叉检测电路被配置成检测AC电流波形的零交叉。此外，在一些实施例中，零交叉检测电路被配置成检测AC电流波形的相反半循环之间的极性转变的相关联方向，并且其中开关控制电路系统在极性转变使得固态开关的体二极管反向偏置时将气隙电磁开关置于断开状态中。
在一些实施例中，零交叉检测电路被配置成(i)对跨越串联连接在电路径中的感测电阻器的感测电压的量值和极性进行采样、(ii)响应于确定感测电压的量值为零而检测AC电流波形的零交叉事件，以及(iii)基于感测电压的极性而确定AC电流波形的极性。
在一些实施例中，断路器进一步包括环境传感器电路，其被配置成感测环境情况且检测所感测环境情况是否为危险的，并且其中响应于检测到危险环境情况，开关控制电路系统被配置成产生开关控制信号以(i)将固态开关置于关断状态中以及(ii)在固态开关被置于关断状态中之后将气隙电磁开关置于断开状态中。
在一些实施例中，环境传感器电路包括以下中的一个或多个：(i)化学物质敏感检测器，其被配置成检测危险化学物质的存在，(ii)气体敏感检测器，其被配置成检测危险气体的存在，(iii)温度传感器，其被配置成检测温度，(iv)压电检测器，其被配置成检测振动；以及(v)湿度传感器，其被配置成检测潮湿环境。
在另一实施例中，一种方法包括：感测在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流，断路器包括串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中的固态开关和气隙电磁开关；以及基于所感测电流而检测故障情况。响应于检测到故障情况，方法进一步包括：产生第一开关控制信号以将固态开关置于关断状态中；检测在电路径上的点处的交流(AC)波形的零交叉事件和在零交叉事件之后的AC波形的极性；以及响应于检测到在零交叉事件之后的AC波形的极性使得固态开关的体二极管反向偏置而产生第二控制信号以将气隙电磁开关置于断开状态中。
在一些实施例中，检测AC波形的零交叉事件和在零交叉事件之后的AC波形的极性的过程包括：检测在固态开关被置于关断状态中之后的时间发生的AC波形的下一零交叉事件；以及响应于检测到在下一零交叉事件之后的AC波形的极性使得固态开关的体二极管正向偏置，延迟第二控制信号的产生以将气隙电磁开关置于断开状态中直到检测到AC波形的下一后续零交叉事件之后，其中在下一后续零交叉事件之后的AC波形的极性使得固态开关的体二极管反向偏置。
在一些实施例中，检测AC波形的零交叉事件的过程包括检测施加到断路器的线路输入端子的AC电源电压波形的零交叉，并且在一些实施例中，检测AC波形的零交叉事件的过程包括检测在电路径上的点处的AC电流波形的零交叉。
在一些实施例中，检测AC电流波形的零交叉的过程包括：对跨越串联连接在电路径中的感测电阻器的感测电压的量值和极性进行采样；响应于确定感测电压的量值为零而检测零交叉事件；以及基于感测电压的极性而确定AC电流波形的极性。
在一些实施例中，检测故障情况的过程包括检测短路故障情况、过电流故障情况、电弧故障情况和接地故障情况中的至少一个。在一些实施例中，方法进一步包括：检测环境情况，并且响应于确定环境情况为危险的，产生第一控制信号以将固态开关置于关断状态中且产生第二控制信号以在固态开关被置于关断状态中之后将气隙电磁开关置于断开状态中，其中检测环境情况包括检测以下中的一个：(i)化学物质的存在、(ii)气体的存在、(iii)温度、(iv)振动；以及(v)湿度。
在另一实施例中，一种系统包括：断路器配电面板，其包括耦合到公用电源的母线；以及断路器，其安置在断路器配电面板内。断路器包括耦合到母线的线路输入端子，以及连接到分支电路的负载输出端子。断路器进一步包括：固态开关和气隙电磁开关，所述固态开关和所述气隙电磁开关串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中；开关控制电路系统，其被配置成控制固态开关和气隙电磁开关的操作；零交叉检测电路，其被配置成检测在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径上的交流(AC)电力波形的零交叉；以及电流传感器，其被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流，并且基于所感测电流而检测故障情况。响应于通过电流传感器检测到故障情况，开关控制电路系统被配置成产生开关控制信号以(i)将固态开关置于关断状态中以及(ii)在固态开关被置于关断状态中之后将气隙电磁开关置于断开状态中。开关控制电路系统利用从零交叉检测电路输出的零交叉检测信号来确定何时将气隙电磁开关置于断开状态中。
在另一实施例中，一种断路器包括：固态开关和感测电阻器，所述固态开关和所述感测电阻器串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中；电流检测电路，其被配置成(i)对响应于流动通过感测电阻器的负载电流而跨越感测电阻器产生的感测电压进行采样、(ii)基于所采样感测电压而检测过电流故障情况，以及(iii)响应于检测到过电流故障情况而输出故障检测信号；以及开关控制电路，其被配置成控制固态开关，其中开关控制电路被配置成响应于从电流检测电路输出的故障检测信号而关断固态开关。
在一些实施例中，感测电阻器包括具有约一毫欧姆数量级的电阻值的电力电阻器。
在一些实施例中，电流检测电路包括：输入级和输出级。输入级包括第一比较器和第二比较器。第一比较器被配置成(i)将第一参考电压与在负载电流的正半循环期间跨越感测电阻器产生的感测电压进行比较，以及(ii)当在负载电流的正半循环期间产生的感测电压超过第一参考电压时产生第一过电流检测信号。第二比较器被配置成(i)将第二参考电压与在负载电流的负半循环期间跨越感测电阻器产生的感测电压进行比较，以及(ii)当在负载电流的负半循环期间产生的感测电压超过第二参考电压时产生第二过电流检测信号。输出级被配置成基于从第一比较器和第二比较器输出的第一过电流检测信号和第二过电流检测信号而产生并输出故障检测信号。在一些实施例中，电流检测电路的输出级包括逻辑NOR门，其被配置成响应于来自第一比较器和第二比较器的第一过电流检测信号和第二过电流检测信号中的一个的输出而将故障检测信号输出为逻辑低脉冲。
在一些实施例中，感测电阻器具有连接到电路径的线路侧节点的第一端子，以及连接到电路径的负载侧节点的第二端子。第一比较器包括连接到感测电阻器的第一端子的非反相输入，以及接收第一参考电压的反相输入。第二比较器包括连接到感测电阻器的第二端子的非反相输入，以及接收第二参考电压的反相输入。
在一些实施例中，电流检测电路包括被配置成产生第一参考电压的第一分压器电路，以及被配置成产生第二参考电压的第二分压器电路。第一分压器电路连接在DC电源电压轨与电路径的负载侧节点之间。第二分压器电路连接在DC电源电压轨与电路径的线路侧之间。
在一些实施例中，DC电源电压轨包括具有DC电压偏移的火线轨。
在一些实施例中，断路器的固态开关包括固态双向开关，其包括功率金属氧化物半导体场效应晶体管装置。
在一些实施例中，断路器进一步包括零交叉检测电路，其被配置成(i)对响应于流动通过感测电阻器的负载电流而跨越感测电阻器产生的感测电压进行采样、(ii)基于所采样感测电压而检测负载电流的零交叉，以及(iii)响应于检测到负载电流的零交叉而输出零交叉检测信号。在一些实施例中，零交叉检测电路包括：极性改变检测级，其被配置成检测负载电流的正半循环与负半循环之间的极性改变；边沿检测级，其耦合到极性改变检测级的输出，其中边沿检测级被配置成响应于由极性改变检测级检测到的负载电流的极性改变而产生控制脉冲；以及输出级，其被配置成基于由边沿检测级产生的控制脉冲而输出零交叉检测信号。
在一些实施例中，感测电阻器具有连接到电路径的线路侧节点的第一端子，以及连接到电路径的负载侧节点的第二端子。极性改变检测级包括第一比较器和第二比较器，其中第一比较器包括连接到感测电阻器的第一端子的非反相输入，以及连接到感测电阻器的第二端子的反相输入，并且其中第二比较器包括连接到感测电阻器的第二端子的非反相输入，以及连接到感测电阻器的第一端子的反相输入。
在一些实施例中，边沿检测级包括：第一边沿检测电路，其被配置成响应于从第一比较器输出的第一比较信号的转变而产生第一边沿检测脉冲；以及第二边沿检测电路，其被配置成响应于从第二比较器输出的第二比较信号的转变而产生第二边沿检测脉冲。
在一些实施例中，输出级包括逻辑AND门，其基于由边沿检测级产生的第一边沿检测脉冲和第二边沿检测脉冲而输出零交叉检测信号。
在一些实施例中，断路器进一步包括处理器，其中处理器被配置成处理从零交叉检测电路输出的零交叉检测信号且基于零交叉检测信号而控制断路器的一个或多个操作。
在一些实施例中，处理器基于零交叉检测电路的输出而配置断路器以在断路器通电后就在直流(DC)保护模式和交流(AC)保护模式中的一个中操作。
在另一实施例中，一种断路器包括：开关和感测电阻器，所述开关和所述感测电阻器串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中；零交叉检测电路，其被配置成(i)对响应于流动通过感测电阻器的负载电流而跨越感测电阻器产生的感测电压进行采样、(ii)基于所采样感测电压而检测负载电流的零交叉，以及(iii)响应于检测到负载电流的零交叉而输出零交叉检测信号；以及开关控制电路，其被配置成基于零交叉检测电路的输出而控制开关的操作。
在一些实施例中，零交叉检测电路包括：极性改变检测级，其被配置成检测负载电流的正半循环与负半循环之间的极性改变；边沿检测级，其耦合到极性改变检测级的输出，其中边沿检测级被配置成响应于由极性改变检测级检测到的负载电流的极性改变而产生控制脉冲；以及输出级，其被配置成基于由边沿检测级产生的控制脉冲而输出零交叉检测信号。
在一些实施例中，感测电阻器具有连接到电路径的线路侧节点的第一端子，以及连接到电路径的负载侧节点的第二端子。极性改变检测级包括第一比较器和第二比较器，其中第一比较器包括连接到感测电阻器的第一端子的非反相输入，以及连接到感测电阻器的第二端子的反相输入，并且其中第二比较器包括连接到感测电阻器的第二端子的非反相输入，以及连接到感测电阻器的第一端子的反相输入。边沿检测级包括：(i)第一边沿检测电路，其被配置成响应于从第一比较器输出的第一比较信号的转变而产生第一边沿检测脉冲；以及(ii)第二边沿检测电路，其被配置成响应于从第二比较器输出的第二比较信号的转变而产生第二边沿检测脉冲。输出级包括逻辑AND门，其基于由边沿检测级产生的第一边沿检测脉冲和第二边沿检测脉冲而输出零交叉检测信号。
在一些实施例中，开关控制电路包括处理器，其中处理器被配置成处理从零交叉检测电路输出的零交叉检测信号且基于零交叉检测信号而控制断路器的一个或多个操作。在一些实施例中，处理器基于零交叉检测电路的输出而配置断路器以在断路器通电后就在DC保护模式和AC保护模式中的一个中操作。
在另一实施例中，一种断路器包括：断路器外壳；气隙开关，其安置在断路器外壳内，气隙开关包括安置在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中的第一接触件和第二接触件；致动器机构，其安置在断路器外壳内，其中气隙开关耦合到致动器机构，并且其中致动器机构操作性地被配置成(i)机械地迫使第一接触件和第二接触件分开以将气隙开关置于断开状态中且在电路径中产生气隙，以及(ii)机械地迫使第一接触件和第二接触件在一起以将气隙开关置于闭合状态中；以及第一视觉指示器，其被配置成提供气隙开关的状态的指示，其中第一视觉指示器包括：(i)第一窗，其形成为断路器外壳的部分；(ii)第一指示器元件，其耦合到致动器机构；以及(iii)第二指示器元件，其耦合到致动器机构。致动器机构被配置成在致动器机构将气隙开关置于断开状态中时将第一指示器元件移动到第一窗后方的位置中，使得第一指示器元件可通过第一窗查看以提供气隙开关的断开状态的指示。致动器机构被配置成在致动器机构将气隙开关置于闭合状态中时将第二指示器元件移动到第一窗后方的位置中，使得第二指示器元件可通过第一窗查看以提供气隙开关的闭合状态的指示。
在一些实施例中，第一指示器元件包括具有第一颜色的有颜色元件，并且其中第二指示器元件包括具有不同于第一颜色的第二颜色的有颜色元件。
在一些实施例中，断路器进一步包括第二视觉指示器，其被配置成提供断路器的操作状态的指示，其中第二视觉指示器包括：(i)第二窗，其形成为断路器外壳的部分，以及(ii)至少一个发光元件，其安置在断路器外壳内在第二窗后方。在一些实施例中，至少一个发光元件包括发光二极管。在一些实施例中，至少一个发光元件被配置成发出可通过第二窗查看的第一颜色的光以提供断路器的非跳闸操作状态的指示。在一些实施例中，至少一个发光元件被配置成发出可通过第二窗查看的第二颜色的光以提供断路器的跳闸状态的指示。在一些实施例中，至少一个发光元件解除激活且不发出光以提供断路器的关断状态的指示。
在一些实施例中，断路器进一步包括机械地耦合到致动器机构的手动控制开关，其中手动控制开关被配置成在第一位置与第二位置之间切换，其中将手动控制开关切换到第一位置中使得致动器机构将气隙开关置于断开状态中。
在一些实施例中，断路器进一步包括耦合到致动器机构的机电致动器，其中机电致动器的致动使得致动器机构将气隙开关置于断开状态中且使断路器跳闸。在一些实施例中，机电致动器包括螺线管。
在另一实施例中，一种断路器包括：固态开关和气隙开关，所述固态开关和所述气隙开关串联连接在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中，其中气隙开关包括第一接触件和第二接触件；致动器机构，其操作性地被配置成(i)机械地迫使第一接触件和第二接触件分开以将气隙开关置于断开状态中且在电路径中产生气隙，以及(ii)机械地迫使第一接触件和第二接触件在一起以将气隙开关置于闭合状态中；手动控制开关，其操作性地耦合到致动器机构，其中手动控制开关被配置成在第一位置与第二位置之间切换，其中将手动控制开关切换到第一位置中使得致动器机构将气隙开关置于断开状态中；机电致动器，其操作性地耦合到致动器机构，其中机电致动器的致动使得致动器机构将气隙开关置于断开状态中；控制电路系统，其被配置成控制固态开关和机电致动器的操作，其中控制电路系统被配置成产生：(i)第一控制信号，其被配置成将固态开关置于接通状态和关断状态中的一个中，以及(ii)第二控制信号，其被配置成控制机电致动器的致动；以及传感器开关，其操作性地耦合到手动控制开关且电连接到控制电路系统，其中传感器开关被配置成(i)检测手动控制开关从第二位置到第一位置的切换，所述切换使得致动器机构将气隙开关置于断开状态中，以及(ii)响应于检测到手动控制开关从第二位置到第一位置的切换，将第三控制信号输出控制电路系统。响应于第三控制信号，控制电路系统被配置成产生第一控制信号以在气隙开关被置于断开状态中以在电路径中产生气隙之前将固态开关置于关断状态中。
在一些实施例中，断路器进一步包括电流传感器，其被配置成感测在线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流，并且基于所感测电流而检测故障情况。响应于通过电流传感器检测到故障情况，控制电路系统被配置成产生第一控制信号和第二控制信号以(i)将固态开关置于关断状态中以及(ii)在固态开关被置于关断状态中之后致动机电致动器以使得致动机构将气隙电磁开关置于断开状态中。在一些实施例中，机电致动器包括螺线管。
在一些实施例中，断路器进一步包括第一视觉指示器，其被配置成提供气隙开关的状态的指示，其中第一视觉指示器包括：(i)第一窗，其形成为断路器的断路器外壳的部分；(ii)第一指示器元件，其耦合到致动器机构；以及(iii)第二指示器元件，其耦合到致动器机构。致动器机构被配置成在致动器机构将气隙开关置于断开状态中时将第一指示器元件移动到第一窗后方的位置中，使得第一指示器元件可通过第一窗查看以提供气隙开关的断开状态的指示。致动器机构被配置成在致动器机构将气隙开关置于闭合状态中时将第二指示器元件移动到第一窗后方的位置中，使得第二指示器元件可通过第一窗查看以提供气隙开关的闭合状态的指示。
在一些实施例中，第一指示器元件包括具有第一颜色的有颜色元件，并且其中第二指示器元件包括具有不同于第一颜色的第二颜色的有颜色元件。
在一些实施例中，断路器进一步包括被配置成提供断路器的操作状态的指示的第二视觉指示器。第二视觉指示器包括：(i)第二窗，其形成为断路器外壳的部分；以及(ii)至少一个发光元件，其安置在断路器外壳内在第二窗后方。在一些实施例中，至少一个发光元件包括发光二极管。在一些实施例中，至少一个发光元件被配置成：发出可通过第二窗查看的第一颜色的光以提供断路器的非跳闸操作状态的指示；发出可通过第二窗查看的第二颜色的光以提供断路器的跳闸状态的指示；以及不发出光以提供断路器的关断状态的指示。
在另一实施例中，一种断路器包括：断路器外壳；气隙开关，其安置在断路器外壳内；以及第一视觉指示器，其被配置成提供气隙开关的断开状态和闭合状态的指示，其中第一视觉指示器包括：(i)第一窗，其形成为断路器外壳的部分；(ii)第一指示器元件，其安置在断路器外壳内；以及(iii)第二指示器元件，其安置在断路器外壳内。第一指示器元件被配置成在气隙开关被置于断开状态中时移动到第一窗后方的位置中，使得第一指示器元件可通过第一窗查看以提供气隙开关的断开状态的指示。第二指示器元件被配置成在气隙开关被置于闭合状态中时移动到第一窗后方的位置中，使得第二指示器元件可通过第一窗查看以提供气隙开关的闭合状态的指示。
在一些实施例中，断路器进一步包括第二视觉指示器，其被配置成提供断路器的操作状态的指示，其中第二视觉指示器包括：(i)第二窗，其形成为断路器外壳的部分，以及(ii)至少一个发光元件，其安置在断路器外壳内在第二窗后方。至少一个发光元件被配置成通过第二窗发出至少一个颜色的光以提供对应于至少一个颜色的断路器的操作状态的指示。
在另一实施例中，一种断路器装置包括：线路火线端子、线路零线端子、负载火线端子和负载零线端子；固态开关和气隙电磁开关，所述固态开关和所述气隙电磁开关串联连接在线路火线端子与负载火线端子之间；内部开关和分流电阻器，所述内部开关和所述分流电阻器串联连接在第一节点与第二节点之间，其中第一节点包括沿着线路火线端子与负载火线端子之间的电路径的点，并且其中第二节点包括沿着线路零线端子与负载零线端子之间的电路径的点；开关控制电路系统，其被配置成控制(i)固态开关和(ii)内部开关的操作；以及故障检测电路系统，其被配置成检测故障情况且响应于故障情况的检测而产生故障检测控制信号。开关控制电路系统被配置成响应于故障检测控制信号而将固态开关置于关断状态中。开关控制电路系统被配置成响应于故障检测控制信号而激活内部开关且由此产生内部短路路径，其中分流电阻器连接在第一节点与第二节点之间，并且使得内部短路电流流动通过气隙电磁开关，其中内部短路电流足以使气隙电磁开关跳闸且由此在线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中产生气隙。
在一些实施例中，分流电阻器具有被配置成将内部短路电流的量值限制到气隙电磁开关的电流额定值的约2倍到约3倍的范围的电阻值。
在一些实施例中，固态开关包括P型增强MOSFET装置和N型增强MOSFET装置中的一个。
在一些实施例中，故障检测电路系统包括电流传感器，其被配置成感测在线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中流动的电流，并且基于所感测电流而检测过电流故障情况和短路负载电流故障情况中的一个。
在一些实施例中，内部开关包括固态双向开关，其包括串联连接的第一MOSFET装置和第二MOSFET装置。在一些实施例中，第一MOSFET装置和第二MOSFET装置具有共同连接的栅极端子，其中共同连接的栅极端子耦合到开关控制电路系统，并且其中开关控制电路系统通过将栅极控制信号施加到共同连接的栅极端子来控制内部开关的激活和解除激活。
在一些实施例中，断路器装置进一步包括零交叉检测电路，其被配置成检测在断路器装置的线路火线端子与负载火线端子之间的电路径上的交流(AC)电力波形的零交叉。开关控制电路系统利用从零交叉检测电路输出的零交叉检测信号来控制用于响应于故障检测控制信号而激活内部开关的时序，使得在响应于故障检测控制信号而将固态开关置于关断状态中之后，产生短路电流以使气隙电磁开关跳闸。
在一些实施例中，零交叉检测电路被配置成检测(i)在线路火线端子与负载火线端子断路器之间的电路径上的AC电源电压波形的零交叉，以及(ii)在AC电源电压波形的相反半循环之间的零交叉的极性转变的相关联方向。开关控制电路系统在AC电源电压波形的所检测零交叉的极性转变使得固态开关的体二极管在将固态开关置于关断状态中之后处于反向偏置状态时激活内部开关。
在一些实施例中，零交叉检测电路被配置成检测(i)在线路火线端子与负载火线端子断路器之间的电路径上的AC电流波形的零交叉，以及(ii)在AC电流波形的相反半循环之间的零交叉的极性转变的相关联方向。开关控制电路系统在AC电流波形的所检测零交叉的极性转变使得固态开关的体二极管在将固态开关置于关断状态中之后处于反向偏置状态时激活内部开关。
在另一实施例中，一种方法包括：感测在断路器装置的线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中流动的电流，其中断路器装置包括串联连接在断路器装置的线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中的固态开关和气隙电磁开关；以及基于所感测电流而检测故障情况。响应于检测到故障情况，方法进一步包括：将第一开关控制信号施加到固态开关以将固态开关置于关断状态中；以及将第二开关控制信号施加到内部开关以激活内部开关并由此在断路器装置内产生内部短路路径且产生流动通过气隙电磁开关的内部短路电流。内部短路电流的流动使得气隙电磁开关跳闸且由此在断路器装置的线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中产生气隙。
在一些实施例中，将第二开关控制信号施加到内部开关的过程包括在将第一开关控制信号施加到固态开关以将固态开关置于关断状态中之后施加第二开关控制信号以激活内部开关且产生内部短路路径。
在一些实施例中，方法进一步包括：检测在断路器装置的线路火线端子与负载火线端子之间的电路径上的AC电力波形的零交叉；以及利用AC电力波形的所检测零交叉的时序来控制用于在施加第一开关控制信号以将固态开关置于关断状态中之后施加第二开关控制信号以激活内部开关的时序。
在一些实施例中，利用AC电力波形的所检测零交叉的时序来控制用于施加第二开关控制信号以激活内部开关的时序的过程包括：检测在AC电力波形的所检测零交叉处在AC电力波形的相反半循环之间的极性转变的方向；以及在AC电源电压波形的所检测零交叉之后的AC电力波形的极性转变的所检测方向使得固态开关的体二极管在将固态开关置于关断状态中之后处于反向偏置状态中时，将第二开关控制信号施加到内部开关以激活内部开关。
在另一实施例中，一种系统包括：断路器配电面板，其包括耦合到公用电源的线路火线母线和线路零线母线；以及断路器装置，其安置在断路器配电面板内。断路器装置包括：耦合到线路火线母线的线路火线端子、耦合到线路零线母线的线路零线端子，以及连接到分支电路的负载火线端子和负载零线端子：固态开关和气隙电磁开关，所述固态开关和所述气隙电磁开关串联连接在线路火线端子与负载火线端子之间；内部开关和分流电阻器，所述内部开关和所述分流电阻器串联连接在第一节点与第二节点之间，其中第一节点包括沿着线路火线端子与负载火线端子之间的电路径的点，并且其中第二节点包括沿着线路零线端子与负载零线端子之间的电路径的点；开关控制电路系统，其被配置成控制(i)固态开关和(ii)内部开关的操作；以及故障检测电路系统，其被配置成检测故障情况且响应于故障情况的检测而产生故障检测控制信号。开关控制电路系统被配置成响应于故障检测控制信号而将固态开关置于关断状态中。开关控制电路系统被配置成响应于故障检测控制信号而激活内部开关且由此产生内部短路路径，其中分流电阻器连接在第一节点与第二节点之间，并且使得内部短路电流流动通过气隙电磁开关，其中内部短路电流足以使气隙电磁开关跳闸且由此在线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中产生气隙。
尽管本文中已参考附图描述了本公开的示例性实施例，但应理解，本公开不限于那些确切的实施例，并且所属领域的技术人员可在其中在不脱离所附权利要求书的范围的情况下进行各种其它改变和修改。

Claims (120)

1.一种断路器，其包括：
机电开关，其串联连接在所述断路器的线路输入端子与负载输出端子之间，并且
被配置成置于(i)闭合状态和(ii)断开状态中的一个中；
电流传感器，其被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号；
电压传感器，其被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的所述电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号；以及
处理器，其被配置成接收并处理所述电流感测信号和所述电压感测信号以确定所述断路器的操作状态信息且确定连接到所述负载输出端子的负载的电力使用信息。
2.根据权利要求1所述的断路器，其进一步包括耦合到所述处理器的射频收发器，其中射频收发器被配置成将所述操作状态信息和所述电力使用信息发射到远程计算节点，以及接收从所述远程计算节点发射的远程控制命令以供所述处理器处理。
3.根据权利要求1所述的断路器，其中所述电压传感器包括：
第一电压传感器，其耦合到所述机电开关的上游的所述电路径且被配置成感测施加到电力输入端子的AC电源电压的量值；以及
第二电压传感器，其耦合到所述机电开关的下游的所述电路径且被配置成感测连接到所述负载输出端子的负载的负载电压的量值。
4.根据权利要求1所述的断路器，其中所述电流传感器包括被配置成检测过电流情况、产生指示所检测过电流情况的控制信号以及将所述控制信号输出到所述处理器以通知所述处理器所述过电流情况的电路系统。
5.根据权利要求4所述的断路器，其中所述电流传感器基于可编程过电流阈值而检测所述过电流情况。
6.根据权利要求5所述的断路器，其中所述过电流阈值包括由电流数模转换器产生且施加到所述电流传感器的比较器的输入的参考阈值电流。
7.根据权利要求1所述的断路器，其中所述机电开关包括气隙电磁开关。
8.根据权利要求7所述的断路器，其中所述处理器产生开关控制信号以使得所述气隙电磁开关响应于指示即将发生的故障事件的传感器数据而断开。
9.根据权利要求1所述的断路器，其进一步包括内部短路开关，所述内部短路开关被配置成响应于从所述处理器输出的开关控制信号而在所述断路器内产生内部短路，其中所述内部短路的产生导致以下中的一个：(i)使得所述机电开关跳闸和(ii)熔断所述断路器的保险丝。
10.根据权利要求1所述的断路器，其中所述电流传感器包括能量计量电路系统，其中所述能量计量电路系统被配置成基于流动通过所述断路器的所感测电流而产生能量使用数据，并且将所述能量使用数据输出到所述处理器以供分析。
11.根据权利要求1所述的断路器，其中所述处理器被配置成利用电流和电压传感器数据来识别连接到所述断路器的负载的类型且基于所识别负载类型而控制施加到所述负载的电力。
12.根据权利要求1所述的断路器，其进一步包括电力转换器电路，其被配置成从施加到电力输入端子的交流(AC)电源电压产生直流(DC)电源电压，其中利用所述DC电源电压来将DC电力提供到所述处理器、所述电流传感器和所述电压传感器。
13.一种方法，其包括：
将断路器连接在公用电源与包括负载的分支电路之间，其中所述断路器包括机电开关，所述机电开关被配置成置于以下状态中的一个中：(i)闭合状态，以将所述公用电源连接到所述分支电路，以及(ii)断开状态，以将所述公用电源与所述分支电路断开连接；
感测通过所述断路器的电流且产生指示通过所述断路器的所感测电流的量值的电流感测信号；
感测穿过所述断路器的电路径上的点处的电压且产生指示所感测电压的量值的电压感测信号；以及
处理所述电流感测信号和所述电压感测信号以确定所述断路器的操作状态信息且确定所述负载的电力使用信息。
14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：
通过所述断路器将所述操作状态信息和所述电力使用信息发射到远程计算节点；以及
通过所述断路器接收从所述远程计算节点发射的远程控制命令，
其中所述操作状态信息在无线通信信道和有线通信信道中的至少一个上发射；并
且
其中所述远程计算节点包括主控制器。
15.根据权利要求13所述的方法，其中感测通过所述断路器的所述电流包括检测过电流情况、产生指示所检测过电流情况的控制信号以及将所述控制信号输出到所述断路器的处理器以通知所述处理器所述过电流情况。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述过电流情况是基于可编程过电流阈值而检测的。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括使用电流数模转换器来产生参考阈值电流，其中所述参考阈值电流充当所述可编程过电流阈值。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述机电开关包括气隙电磁开关，并且所述方法进一步包括产生开关控制信号以使得所述气隙电磁开关响应于指示即将发生的故障事件的所感测电压和所感测电流中的至少一个而断开。
19.一种系统，其包括：
断路器配电面板，其包括耦合到公用电源的母线；
断路器，其安置在所述断路器配电面板内，其中所述断路器包括耦合到所述母线的线路输入端子和连接到分支电路的负载输出端子，其中所述断路器包括：
机电开关，其被配置成置于以下状态中的一个中：(i)闭合状态，以将所述公用电源连接到所述分支电路，以及(ii)断开状态，以将所述公用电源与所述分支电路断开连接；
电流传感器，其被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号；
电压传感器，其被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的所述电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号；以及
处理器，其被配置成接收并处理所述电流感测信号和所述电压感测信号以确定所述断路器的操作状态信息且确定连接到所述负载输出端子的负载的电力使用信息。
20.根据权利要求19所述的系统，其进一步包括：
状态显示系统，其包括显示器和主处理器；
其中所述主处理器被配置成与所述断路器的所述处理器通信以获得、处理和显示从所述断路器的所述处理器接收到的所述操作状态信息和所述电力使用信息，并且其中所述主处理器被配置成将所述操作状态信息和所述电力使用信息发射到远程计算节点。
21.一种断路器，其包括：
固态双向开关，其串联连接在所述断路器的线路输入端子与负载输出端子之间，并且被配置成置于(i)接通状态和(ii)关断状态中的一个中；
第一开关控制电路，其被配置成产生控制信号以控制所述固态双向开关的操作；
电流传感器，其被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号；
电压传感器，其被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的所述电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号；以及
处理器，其被配置成接收并处理所述电流感测信号和所述电压感测信号以确定所述断路器的操作状态信息、确定故障事件以及确定连接到所述负载输出端子的负载的电力使用信息。
22.根据权利要求21所述的断路器，其进一步包括耦合到所述处理器的射频收发器，其中射频收发器被配置成将所述操作状态信息和所述电力使用信息发射到远程计算节点，以及接收从所述远程计算节点发射的远程控制命令以供所述处理器处理以执行所述远程控制命令所指示的动作。
23.根据权利要求21所述的断路器，其中所述电压传感器包括：
第一电压传感器，其耦合到所述机电开关的上游的所述电路径且被配置成感测施加到电力输入端子的AC电源电压的量值；以及
第二电压传感器，其耦合到所述机电开关的下游的所述电路径且被配置成感测连接到所述负载输出端子的负载的负载电压的量值。
24.根据权利要求21所述的断路器，其中所述电流传感器包括被配置成检测过电流情况、产生指示所检测过电流情况的控制信号以及将所述控制信号输出到所述处理器以通知所述处理器所述过电流情况的电路系统。
25.根据权利要求24所述的断路器，其中所述电流传感器基于可编程过电流阈值而检测所述过电流情况，其中所述过电流阈值包括由电流数模转换器产生且施加到所述电流传感器的比较器的输入的参考阈值电流。
26.根据权利要求21所述的断路器，其进一步包括：
气隙电磁开关，其与所述固态双向开关串联连接；以及
第二开关控制电路，其被配置成产生控制信号以控制所述气隙电磁开关的操作；
其中所述处理器产生开关控制信号到所述第一开关控制电路和所述第二开关控制电路，使得所述气隙电磁开关(i)在将所述固态双向开关置于接通状态中之前被置于闭合状态中，以及(ii)响应于所述固态双向开关被置于关断状态中而被置于断开状态中。
27.根据权利要求26所述的断路器，其进一步包括：
手动开关，其被配置成响应于由个人致动所述手动开关而触发所述气隙电磁开关的断开；
其中所述处理器被配置成监测和检测所述手动开关的致动且响应于所述处理器检测到所述手动开关的致动而产生控制信号并将其输出到所述第一开关控制电路以将所述固态双向开关置于关断状态中。
28.根据权利要求26所述的断路器，其中所述第一开关控制电路和所述第二开关控制电路被配置成在待用状态中操作所述断路器，其中所述固态双向开关处于关断状态，并且所述气隙电磁开关处于闭合状态。
29.根据权利要求26所述的断路器，其中所述处理器被配置成分析从所述电压传感器和所述电流传感器获得的实时传感器数据且检测所述固态双向开关的失效，并且响应于检测到所述固态双向开关的失效而产生控制信号并将其输出到所述第二开关控制电路以将所述气隙电磁开关置于闭合状态中。
30.根据权利要求21所述的断路器，其中所述电流传感器包括能量计量电路系统，其中所述能量计量电路系统被配置成基于流动通过所述断路器的所感测电流而产生能量使用数据，并且将所述能量使用数据输出到所述处理器以供分析。
31.根据权利要求21所述的断路器，其中所述处理器被配置成利用电流和电压传感器数据来识别连接到所述断路器的负载的类型且基于所识别负载类型而控制施加到所述负载的电力。
32.根据权利要求21所述的断路器，其中所述电流传感器、所述电压传感器和所述处理器被配置成支持(i)电弧故障电路中断和接地故障电路中断中的至少一个。
33.根据权利要求21所述的断路器，其中所述第一开关控制电路包括耦合到所述固态双向开关的短路检测电路，其中所述短路检测电路被配置成检测通过所述固态双向开关的电流，并且响应于所检测电流指示连接到所述断路器的所述负载输出端子的负载的短路故障事件而产生选通控制信号以将所述固态双向开关置于关断状态中，其中所述短路检测电路被配置成感测跨越安置在所述固态双向开关的第一固态开关与第二固态开关之间的感测电阻器的电压，并且利用所感测电压来检测指示短路故障事件的电流的电平。
34.根据权利要求21所述的断路器，其进一步包括电力转换器电路，其被配置成从施加到电力输入端子的交流(AC)电源电压产生直流(DC)电源电压，其中利用所述DC电源电压来将DC电力提供到所述处理器、所述第一开关控制电路、所述电流传感器和所述电压传感器。
35.一种方法，其包括：
将断路器连接在公用电源与包括负载的分支电路之间，其中所述断路器包括固态双向开关，其被配置成置于以下状态中的一个中：(i)接通状态，以将所述公用电源连接到所述分支电路，以及(ii)关断状态，以将所述公用电源与所述分支电路断开连接；
感测通过所述断路器的电流且产生指示通过所述断路器的所感测电流的量值的电流感测信号；
感测穿过所述断路器的电路径上的点处的电压且产生指示所感测电压的量值的电压感测信号；
响应于基于所述电流感测信号和所述电压感测信号中的至少一个的故障事件的检测而产生控制信号以将所述固态双向开关置于关断状态中；以及
处理所述电流感测信号和所述电压感测信号以确定所述断路器的操作状态信息以及确定所述负载的电力使用信息。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述断路器包括与所述固态双向开关串联连接的气隙电磁开关，并且其中所述方法进一步包括：
产生控制信号以使所述气隙电磁开关和所述固态双向开关的切换操作同步，使得所述气隙电磁开关(i)在将所述固态双向开关置于接通状态中之前被置于闭合状态中，以及(ii)响应于所述固态双向开关被置于关断状态中而被置于断开状态中。
37.根据权利要求36所述的方法，其进一步包括：
感测被配置成触发所述气隙电磁开关的断开的手动开关的致动；以及
响应于感测到所述手动开关的所述致动而产生控制信号以将所述固态双向开关置于关断状态中。
38.根据权利要求36所述的方法，其进一步包括：
分析从电压传感器和电流传感器获得的传感器数据以检测所述固态双向开关的失效；以及
响应于检测到所述固态双向开关的失效而产生控制信号以将所述气隙电磁开关置于闭合状态中。
39.一种系统，其包括：
断路器配电面板，其包括耦合到公用电源的母线；
断路器，其安置在所述断路器配电面板内，其中所述断路器包括耦合到所述母线的线路输入端子和连接到分支电路的负载输出端子，其中所述断路器包括：
固态双向开关，其串联连接在所述断路器的所述线路输入端子与所述负载输出端子之间，并且被配置成置于(i)接通状态和(ii)关断状态中的一个中；
第一开关控制电路，其被配置成产生控制信号以控制所述固态双向开关的操作；
电流传感器，其被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的电路径中流动的电流的量值且产生电流感测信号；
电压传感器，其被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的所述电路径上的点处的电压的量值且产生电压感测信号；以及
处理器，其被配置成接收并处理所述电流感测信号和所述电压感测信号以确定所述断路器的操作状态信息、确定故障事件以及确定连接到所述负载输出端子的负载的电力使用信息。
40.根据权利要求39所述的系统，其进一步包括：
状态显示系统，其包括显示器和主处理器；
其中所述主处理器被配置成与所述断路器的所述处理器通信以获得、处理和显示从所述断路器的所述处理器接收到的所述操作状态信息和所述电力使用信息，并且其中所述主处理器被配置成将所述操作状态信息和所述电力使用信息发射到远程计算节点。
41.一种断路器，其包括：
固态开关和气隙电磁开关，所述固态开关和所述气隙电磁开关串联连接在所述断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中；
开关控制电路系统，其被配置成控制所述固态开关和所述气隙电磁开关的操作；
零交叉检测电路，其被配置成检测在所述断路器的所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的所述电路径上的交流(AC)电力波形的零交叉；以及
电流传感器，其被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的所述电路径中流动的电流，并且基于所感测电流而检测故障情况；
其中响应于通过所述电流传感器检测到故障情况，所述开关控制电路系统被配置成产生开关控制信号以(i)将所述固态开关置于关断状态中以及(ii)在所述固态开关被置于所述关断状态中之后将所述气隙电磁开关置于断开状态中；并且
其中所述开关控制电路系统利用从所述零交叉检测电路输出的零交叉检测信号来确定何时将所述气隙电磁开关置于所述断开状态中。
42.根据权利要求41所述的断路器，其中所述固态开关包括P型增强金属氧化物半导体场效应晶体管装置。
43.根据权利要求41所述的断路器，其中所述固态开关包括N型增强金属氧化物半导体场效应晶体管装置。
44.根据权利要求41所述的断路器，其中所述零交叉检测电路被配置成检测施加到所述断路器的所述线路输入端子的AC电源电压波形的零交叉。
45.根据权利要求44所述的断路器，其中所述零交叉检测电路被配置成检测所述AC电源电压波形的相反半循环之间的极性转变的相关联方向，并且其中所述开关控制电路系统在所述极性转变使得所述固态开关的体二极管反向偏置时将所述气隙电磁开关置于所述断开状态中。
46.根据权利要求41所述的断路器，其中所述零交叉检测电路被配置成检测AC电流波形的零交叉。
47.根据权利要求46所述的断路器，其中所述零交叉检测电路被配置成检测所述AC电流波形的相反半循环之间的极性转变的相关联方向，并且其中所述开关控制电路系统在所述极性转变使得所述固态开关的体二极管反向偏置时将所述气隙电磁开关置于所述断开状态中。
48.根据权利要求46所述的断路器，其中所述零交叉检测电路被配置成(i)对跨越串联连接在所述电路径中的感测电阻器的感测电压的量值和极性进行采样、(ii)响应于确定所述感测电压的所述量值为零而检测所述AC电流波形的零交叉事件，以及(iii)基于所述感测电压的所述极性而确定所述AC电流波形的极性。
49.根据权利要求41所述的断路器，其中所述电流传感器被配置成检测短路故障情况、过电流故障情况、电弧故障情况和接地故障情况中的至少一个。
50.根据权利要求41所述的断路器，其进一步包括环境传感器电路，其被配置成感测环境情况且检测所感测环境情况是否为危险的，并且其中响应于检测到危险环境情况，所述开关控制电路系统被配置成产生开关控制信号以(i)将所述固态开关置于关断状态中以及(ii)在所述固态开关被置于所述关断状态中之后将所述气隙电磁开关置于断开状态中。
51.根据权利要求50所述的断路器，其中所述环境传感器电路包括以下中的一个或多个：(i)化学物质敏感检测器，其被配置成检测危险化学物质的存在，(ii)气体敏感检测器，其被配置成检测危险气体的存在，(iii)温度传感器，其被配置成检测温度，(iv)压电检测器，其被配置成检测振动；以及(v)湿度传感器，其被配置成检测潮湿环境。
52.一种方法，其包括：
感测在断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中流动的电流，所述断路器包括串联连接在所述断路器的所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的所述电路径中的固态开关和气隙电磁开关；
基于所感测电流而检测故障情况，并且响应于检测到所述故障情况；
产生第一开关控制信号以将所述固态开关置于关断状态中；
检测在所述电路径上的点处的交流(AC)波形的零交叉事件和在所述零交叉事件之后的所述AC波形的极性；以及
响应于检测到在所述零交叉事件之后的所述AC波形的所述极性使得所述固态开关的体二极管反向偏置而产生第二控制信号以将所述气隙电磁开关置于断开状态中。
53.根据权利要求52所述的方法，其中检测所述AC波形的所述零交叉事件和在所述零交叉事件之后的所述AC波形的所述极性包括：
检测在所述固态开关被置于关断状态中之后的时间发生的所述AC波形的下一零交叉事件；以及
响应于检测到在所述下一零交叉事件之后的所述AC波形的极性使得所述固态开关的所述体二极管正向偏置，延迟所述第二控制信号的所述产生以将所述气隙电磁开关置于所述断开状态中直到检测到所述AC波形的下一后续零交叉事件之后，其中
在所述下一后续零交叉事件之后的所述AC波形的极性使得所述固态开关的所述体二极管反向偏置。
54.根据权利要求52所述的方法，其中所述固态开关包括P型增强金属氧化物半导体场效应晶体管装置和N型增强金属氧化物半导体场效应晶体管装置中的一个。
55.根据权利要求52所述的方法，其中检测所述AC波形的所述零交叉事件包括检测施加到所述断路器的所述线路输入端子的AC电源电压波形的零交叉。
56.根据权利要求52所述的方法，其中检测所述AC波形的所述零交叉事件包括检测在所述电路径上的点处的AC电流波形的零交叉。
57.根据权利要求56所述的方法，其中检测所述AC电流波形的所述零交叉包括：
对跨越串联连接在所述电路径中的感测电阻器的感测电压的量值和极性进行采样；
响应于确定所述感测电压的所述量值为零而检测零交叉事件；以及
基于所述感测电压的所述极性而确定所述AC电流波形的极性。
58.根据权利要求52所述的方法，其中检测所述故障情况包括检测短路故障情况、过电流故障情况、电弧故障情况和接地故障情况中的至少一个。
59.根据权利要求52所述的方法，其进一步包括检测环境情况，并且响应于确定所述环境情况为危险的，产生第一控制信号以将所述固态开关置于关断状态中且产生第二控制信号以在所述固态开关被置于所述关断状态中之后将所述气隙电磁开关置于断开状态中，其中检测所述环境情况包括检测以下中的一个：(i)化学物质的存在、(ii)气体的存在、(iii)温度、(iv)振动；以及(v)湿度。
60.一种系统，其包括：
断路器配电面板，其包括耦合到公用电源的母线；
断路器，其安置在所述断路器配电面板内，其中所述断路器包括耦合到所述母线的线路输入端子和连接到分支电路的负载输出端子，其中所述断路器包括：
固态开关和气隙电磁开关，所述固态开关和所述气隙电磁开关串联连接在所述断路器的所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的电路径中；
开关控制电路系统，其被配置成控制所述固态开关和所述气隙电磁开关的操作；
零交叉检测电路，其被配置成检测在所述断路器的所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的所述电路径上的交流(AC)电力波形的零交叉；以及
电流传感器，其被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的所述电路径中流动的电流，并且基于所感测电流而检测故障情况；
其中响应于通过所述电流传感器检测到故障情况，所述开关控制电路系统被配置成产生开关控制信号以(i)将所述固态开关置于关断状态中以及(ii)在所述固态开关被置于所述关断状态中之后将所述气隙电磁开关置于断开状态中；并且
其中所述开关控制电路系统利用从所述零交叉检测电路输出的零交叉检测信号来确定何时将所述气隙电磁开关置于所述断开状态中。
61.一种断路器，其包括：
固态开关和感测电阻器，所述固态开关和所述感测电阻器串联连接在所述断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中；
电流检测电路，其被配置成(i)对响应于流动通过所述感测电阻器的负载电流而跨越所述感测电阻器产生的感测电压进行采样、(ii)基于所采样感测电压而检测过电流故障情况，以及(iii)响应于检测到所述过电流故障情况而输出故障检测信号；以及
开关控制电路，其被配置成控制所述固态开关，其中所述开关控制电路被配置成响应于从所述电流检测电路输出的所述故障检测信号而关断所述固态开关。
62.根据权利要求61所述的断路器，其中所述感测电阻器包括具有约一毫欧姆数量级的电阻值的电力电阻器。
63.根据权利要求61所述的断路器，其中所述电流检测电路包括：
输入级，其包括第一比较器和第二比较器；
其中所述第一比较器被配置成(i)将第一参考电压与在所述负载电流的正半循环期间跨越所述感测电阻器产生的感测电压进行比较，以及(ii)当在所述负载电流的所述正半循环期间产生的所述感测电压超过所述第一参考电压时产生第一过电流检测信号；并且
其中所述第二比较器被配置成(i)将第二参考电压与在所述负载电流的负半循环期间跨越所述感测电阻器产生的感测电压进行比较，以及(ii)当在所述负载电流的所述负半循环期间产生的所述感测电压超过所述第二参考电压时产生第二过电流检测信号；以及
输出级，其被配置成基于从所述第一比较器和所述第二比较器输出的所述第一过电流检测信号和所述第二过电流检测信号而产生并输出所述故障检测信号。
64.根据权利要求63所述的断路器，其中所述电流检测电路的所述输出级包括逻辑NOR门，其被配置成响应于来自所述第一比较器和所述第二比较器的所述第一过电流检测信号和所述第二过电流检测信号中的一个的输出而将所述故障检测信号输出为逻辑低脉冲。
65.根据权利要求63所述的断路器，其中：
所述感测电阻器具有连接到所述电路径的线路侧节点的第一端子，以及连接到所述电路径的负载侧节点的第二端子；
所述第一比较器包括连接到所述感测电阻器的所述第一端子的非反相输入，以及
接收所述第一参考电压的反相输入；并且
所述第二比较器包括连接到所述感测电阻器的所述第二端子的非反相输入，以及
接收所述第二参考电压的反相输入。
66.根据权利要求65所述的断路器，其中：
所述电流检测电路包括被配置成产生所述第一参考电压的第一分压器电路，以及
被配置成产生所述第二参考电压的第二分压器电路；
所述第一分压器电路连接在DC电源电压轨与所述电路径的所述负载侧节点之间；以及
所述第二分压器电路连接在所述DC电源电压轨与所述电路径的所述线路侧之间。
67.根据权利要求66所述的断路器，其中所述DC电源电压轨包括具有DC电压偏移的火线轨。
68.根据权利要求61所述的断路器，其中所述固态开关包括固态双向开关，其包括功率金属氧化物半导体场效应晶体管装置。
69.根据权利要求61所述的断路器，其进一步包括零交叉检测电路，其被配置成(i)对响应于流动通过所述感测电阻器的所述负载电流而跨越所述感测电阻器产生的感测电压进行采样、(ii)基于所采样感测电压而检测所述负载电流的零交叉，以及(iii)响应于检测到所述负载电流的所述零交叉而输出零交叉检测信号。
70.根据权利要求69所述的断路器，其中所述零交叉检测电路包括：
极性改变检测级，其被配置成检测所述负载电流的正半循环与负半循环之间的极性改变；
边沿检测级，其耦合到所述极性改变检测级的输出，其中所述边沿检测级被配置成响应于由所述极性改变检测级检测到的所述负载电流的极性改变而产生控制脉冲；以及
输出级，其被配置成基于由所述边沿检测级产生的所述控制脉冲而输出所述零交叉检测信号。
71.根据权利要求70所述的断路器，其中：
所述感测电阻器具有连接到所述电路径的线路侧节点的第一端子，以及连接到所述电路径的负载侧节点的第二端子；并且
所述极性改变检测级包括第一比较器和第二比较器，其中所述第一比较器包括连接到所述感测电阻器的所述第一端子的非反相输入，以及连接到所述感测电阻器的所述第二端子的反相输入，并且其中所述第二比较器包括连接到所述感测电阻器的所述第二端子的非反相输入，以及连接到所述感测电阻器的所述第一端子的反相输入。
72.根据权利要求71所述的断路器，其中所述边沿检测级包括：
第一边沿检测电路，其被配置成响应于从所述第一比较器输出的第一比较信号的转变而产生第一边沿检测脉冲；以及
第二边沿检测电路，其被配置成响应于从所述第二比较器输出的第二比较信号的转变而产生第二边沿检测脉冲。
73.根据权利要求72所述的断路器，其中所述输出级包括逻辑AND门，其基于由所述边沿检测级产生的所述第一边沿检测脉冲和所述第二边沿检测脉冲而输出所述零交叉检测信号。
74.根据权利要求69所述的断路器，其进一步包括处理器，其中所述处理器被配置成处理从所述零交叉检测电路输出的零交叉检测信号且基于所述零交叉检测信号而控制所述断路器的一个或多个操作。
75.根据权利要求74所述的断路器，其中所述处理器基于所述零交叉检测电路的输出而配置所述断路器以在所述断路器通电后就在直流(DC)保护模式和交流(AC)保护模式中的一个中操作。
76.一种断路器，其包括：
开关和感测电阻器，所述开关和所述感测电阻器串联连接在所述断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中；
零交叉检测电路，其被配置成(i)对响应于流动通过所述感测电阻器的负载电流而跨越所述感测电阻器产生的感测电压进行采样、(ii)基于所采样感测电压而检测所述负载电流的零交叉，以及(iii)响应于检测到所述负载电流的所述零交叉而输出零交叉检测信号；以及
开关控制电路，其被配置成基于所述零交叉检测电路的所述输出而控制所述开关的操作。
77.根据权利要求76所述的断路器，其中所述零交叉检测电路包括：
极性改变检测级，其被配置成检测所述负载电流的正半循环与负半循环之间的极性改变；
边沿检测级，其耦合到所述极性改变检测级的输出，其中所述边沿检测级被配置成响应于由所述极性改变检测级检测到的所述负载电流的极性改变而产生控制脉冲；以及
输出级，其被配置成基于由所述边沿检测级产生的所述控制脉冲而输出所述零交叉检测信号。
78.根据权利要求77所述的断路器，其中所述感测电阻器具有连接到所述电路径的线路侧节点的第一端子，以及连接到所述电路径的负载侧节点的第二端子；
其中所述极性改变检测级包括第一比较器和第二比较器，其中所述第一比较器包括连接到所述感测电阻器的所述第一端子的非反相输入，以及连接到所述感测电阻器的所述第二端子的反相输入，并且其中所述第二比较器包括连接到所述感测电阻器的所述第二端子的非反相输入，以及连接到所述感测电阻器的所述第一端子的反相输入；
其中所述边沿检测级包括：(i)第一边沿检测电路，其被配置成响应于从所述第一比较器输出的第一比较信号的转变而产生第一边沿检测脉冲；以及(ii)第二边沿检测电路，其被配置成响应于从所述第二比较器输出的第二比较信号的转变而产生第二边沿检测脉冲；并且
其中所述输出级包括逻辑AND门，其基于由所述边沿检测级产生的所述第一边沿检测脉冲和所述第二边沿检测脉冲而输出所述零交叉检测信号。
79.根据权利要求76所述的断路器，其中所述开关控制电路包括处理器，其中所述处理器被配置成处理从所述零交叉检测电路输出的零交叉检测信号且基于所述零交叉检测信号而控制所述断路器的一个或多个操作。
80.根据权利要求79所述的断路器，其中所述处理器基于所述零交叉检测电路的输出而配置所述断路器以在所述断路器通电后就在DC保护模式和AC保护模式中的一个中操作。
81.一种断路器，其包括：
断路器外壳；
气隙开关，其安置在所述断路器外壳内，所述气隙开关包括安置在所述断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中的第一接触件和第二接触件；
致动器机构，其安置在所述断路器外壳内，其中所述气隙开关耦合到所述致动器机构，并且其中所述致动器机构操作性地被配置成(i)机械地迫使所述第一接触件和所述第二接触件分开以将所述气隙开关置于断开状态中且在所述电路径中产生气隙，以及(ii)机械地迫使所述第一接触件和所述第二接触件在一起以将所述气隙开关置于闭合状态中；以及
第一视觉指示器，其被配置成提供所述气隙开关的状态的指示，其中所述第一视觉指示器包括：(i)第一窗，其形成为所述断路器外壳的部分；(ii)第一指示器元件，其耦合到所述致动器机构；以及(iii)第二指示器元件，其耦合到所述致动器机构；
其中所述致动器机构被配置成在所述致动器机构将所述气隙开关置于所述断开状态中时将所述第一指示器元件移动到所述第一窗后方的位置中，使得所述第一指示器元件能够通过所述第一窗查看以提供所述气隙开关的所述断开状态的指示；并且
其中所述致动器机构被配置成在所述致动器机构将所述气隙开关置于所述闭合状态中时将所述第二指示器元件移动到所述第一窗后方的位置中，使得所述第二指示器元件能够通过所述第一窗查看以提供所述气隙开关的所述闭合状态的指示。
82.根据权利要求81所述的断路器，其中所述第一指示器元件包括具有第一颜色的有颜色元件，并且其中所述第二指示器元件包括具有不同于所述第一颜色的第二颜色的有颜色元件。
83.根据权利要求81所述的断路器，其进一步包括第二视觉指示器，其被配置成提供所述断路器的操作状态的指示，其中所述第二视觉指示器包括：(i)第二窗，其形成为所述断路器外壳的部分，以及(ii)至少一个发光元件，其安置在所述断路器外壳内在所述第二窗后方。
84.根据权利要求83所述的断路器，其中所述至少一个发光元件包括发光二极管。
85.根据权利要求83所述的断路器，其中所述至少一个发光元件被配置成发出能够通过所述第二窗查看的第一颜色的光以提供所述断路器的非跳闸操作状态的指示。
86.根据权利要求85所述的断路器，其中所述至少一个发光元件被配置成发出能够通过所述第二窗查看的第二颜色的光以提供所述断路器的跳闸状态的指示。
87.根据权利要求83所述的断路器，其中所述至少一个发光元件解除激活且不发出光以提供所述断路器的关断状态的指示。
88.根据权利要求81所述的断路器，其进一步包括机械地耦合到所述致动器机构的手动控制开关，其中所述手动控制开关被配置成在第一位置与第二位置之间切换，其中将所述手动控制开关切换到所述第一位置中使得所述致动器机构将所述气隙开关置于所述断开状态中。
89.根据权利要求81所述的断路器，其进一步包括耦合到所述致动器机构的机电致动器，其中所述机电致动器的致动使得所述致动器机构将所述气隙开关置于所述断开状态中且使所述断路器跳闸。
90.根据权利要求89所述的断路器，其中所述机电致动器包括螺线管。
91.一种断路器，其包括：
固态开关和气隙开关，所述固态开关和所述气隙开关串联连接在所述断路器的线路输入端子与负载输出端子之间的电路径中，其中所述气隙开关包括第一接触件和第二接触件；
致动器机构，其操作性地被配置成(i)机械地迫使所述第一接触件和所述第二接触件分开以将所述气隙开关置于断开状态中且在所述电路径中产生气隙，以及(ii)机械地迫使所述第一接触件和所述第二接触件在一起以将所述气隙开关置于闭合状态中；
手动控制开关，其操作性地耦合到所述致动器机构，其中所述手动控制开关被配置成在第一位置与第二位置之间切换，其中将所述手动控制开关切换到所述第一位置中使得所述致动器机构将所述气隙开关置于所述断开状态中；
机电致动器，其操作性地耦合到所述致动器机构，其中所述机电致动器的致动使得所述致动器机构将所述气隙开关置于所述断开状态中；
控制电路系统，其被配置成控制所述固态开关和所述机电致动器的操作，其中所述控制电路系统被配置成产生：(i)第一控制信号，其被配置成将所述固态开关置于接通状态和关断状态中的一个中，以及(ii)第二控制信号，其被配置成控制所述机电致动器的致动；以及
传感器开关，其操作性地耦合到所述手动控制开关且电连接到所述控制电路系统，其中所述传感器开关被配置成(i)检测所述手动控制开关从所述第二位置到所述第一位置的切换，所述切换使得所述致动器机构将所述气隙开关置于所述断开状态中，以及(ii)响应于检测到所述手动控制开关从所述第二位置到所述第一位置的所述切换，将第三控制信号输出所述控制电路系统；
其中响应于所述第三控制信号，所述控制电路系统被配置成产生所述第一控制信号以在所述气隙开关被置于所述断开状态中以在所述电路径中产生所述气隙之前将所述固态开关置于所述关断状态中。
92.根据权利要求91所述的断路器，其进一步包括：
电流传感器，其被配置成感测在所述线路输入端子与所述负载输出端子之间的所述电路径中流动的电流，并且基于所感测电流而检测故障情况；
其中响应于通过所述电流传感器检测到故障情况，所述控制电路系统被配置成产生所述第一控制信号和所述第二控制信号以(i)将所述固态开关置于关断状态中以及(ii)在所述固态开关被置于所述关断状态中之后致动所述机电致动器以使得所述致动机构将所述气隙电磁开关置于所述断开状态中。
93.根据权利要求91所述的断路器，其中所述机电致动器包括螺线管。
94.根据权利要求91所述的断路器，其进一步包括：
第一视觉指示器，其被配置成提供所述气隙开关的所述状态的指示，其中所述第一视觉指示器包括：(i)第一窗，其形成为所述断路器的断路器外壳的部分；(ii)第一指示器元件，其耦合到所述致动器机构；以及(iii)第二指示器元件，其耦合到所述致动器机构；
其中所述致动器机构被配置成在所述致动器机构将所述气隙开关置于所述断开状态中时将所述第一指示器元件移动到所述第一窗后方的位置中，使得所述第一指示器元件能够通过所述第一窗查看以提供所述气隙开关的所述断开状态的指示；并且
其中所述致动器机构被配置成在所述致动器机构将所述气隙开关置于所述闭合状态中时将所述第二指示器元件移动到所述第一窗后方的位置中，使得所述第二指示器元件能够通过所述第一窗查看以提供所述气隙开关的所述闭合状态的指示。
95.根据权利要求94所述的断路器，其中所述第一指示器元件包括具有第一颜色的有颜色元件，并且其中所述第二指示器元件包括具有不同于所述第一颜色的第二颜色的有颜色元件。
96.根据权利要求91所述的断路器，其进一步包括第二视觉指示器，其被配置成提供所述断路器的操作状态的指示，其中所述第二视觉指示器包括：(i)第二窗，其形成为所述断路器外壳的部分，以及(ii)至少一个发光元件，其安置在所述断路器外壳内在所述第二窗后方。
97.根据权利要求96所述的断路器，其中所述至少一个发光元件包括发光二极管。
98.根据权利要求96所述的断路器，其中所述至少一个发光元件被配置成：
发出能够通过所述第二窗查看的第一颜色的光以提供所述断路器的非跳闸操作状态的指示；
发出能够通过所述第二窗查看的第二颜色的光以提供所述断路器的跳闸状态的指示；以及
不发出光以提供所述断路器的关断状态的指示。
99.一种断路器，其包括：
断路器外壳；
气隙开关，其安置在所述断路器外壳内；以及
第一视觉指示器，其被配置成提供所述气隙开关的断开状态和闭合状态的指示，其中所述第一视觉指示器包括：(i)第一窗，其形成为所述断路器外壳的部分；(ii)
第一指示器元件，其安置在所述断路器外壳内；以及(iii)第二指示器元件，其安置在所述断路器外壳内；
其中所述第一指示器元件被配置成在所述气隙开关被置于所述断开状态中时移动到所述第一窗后方的位置中，使得所述第一指示器元件能够通过所述第一窗查看以提供所述气隙开关的所述断开状态的指示；并且
其中所述第二指示器元件被配置成在所述气隙开关被置于所述闭合状态中时移动到所述第一窗后方的位置中，使得所述第二指示器元件能够通过所述第一窗查看以提供所述气隙开关的所述闭合状态的指示。
100.根据权利要求99所述的断路器，其进一步包括：
第二视觉指示器，其被配置成提供所述断路器的操作状态的指示，其中所述第二视觉指示器包括：(i)第二窗，其形成为所述断路器外壳的部分，以及(ii)至少一个发光元件，其安置在所述断路器外壳内在所述第二窗后方；
其中所述至少一个发光元件被配置成通过所述第二窗发出至少一个颜色的光以提供对应于所述至少一个颜色的所述断路器的操作状态的指示。
101.一种断路器装置，其包括：
线路火线端子、线路零线端子、负载火线端子和负载零线端子；
固态开关和气隙电磁开关，所述固态开关和所述气隙电磁开关串联连接在所述线路火线端子与所述负载火线端子之间；
内部开关和分流电阻器，所述内部开关和所述分流电阻器串联连接在第一节点与第二节点之间，其中所述第一节点包括沿着所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的电路径的点，并且其中所述第二节点包括沿着所述线路零线端子与所述负载零线端子之间的电路径的点；
开关控制电路系统，其被配置成控制(i)所述固态开关和(ii)所述内部开关的操作；以及
故障检测电路系统，其被配置成检测故障情况且响应于所述故障情况的检测而产生故障检测控制信号；
其中所述开关控制电路系统被配置成响应于所述故障检测控制信号而将所述固态开关置于关断状态中；并且
其中所述开关控制电路系统被配置成响应于所述故障检测控制信号而激活所述内部开关且由此产生内部短路路径，其中所述分流电阻器连接在所述第一节点与所述第二节点之间，并且使得内部短路电流流动通过所述气隙电磁开关，其中所述内部短路电流足以使所述气隙电磁开关跳闸且由此在线路火线端子与所述负载火线端子之间的所述电路径中产生气隙。
102.根据权利要求101所述的断路器装置，其中所述分流电阻器具有被配置成将所述内部短路电流的量值限制到所述气隙电磁开关的电流额定值的约2倍到约3倍的范围的电阻值。
103.根据权利要求101所述的断路器装置，其中所述固态开关包括P型增强金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)装置和N型增强MOSFET装置中的一个。
104.根据权利要求101所述的断路器，其中所述故障检测电路系统包括电流传感器，其被配置成感测在所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的所述电路径中流动的电流，并且基于所感测电流而检测过电流故障情况和短路负载电流故障情况中的一个。
105.根据权利要求101所述的断路器装置，其中所述内部开关包括固态双向开关，其包括串联连接的第一MOSFET装置和第二MOSFET装置。
106.根据权利要求105所述的断路器装置，其中所述第一MOSFET装置和所述第二MOSFET装置具有共同连接的栅极端子，其中所述共同连接的栅极端子耦合到所述开关控制电路系统，并且其中所述开关控制电路系统通过将栅极控制信号施加到所述共同连接的栅极端子来控制所述内部开关的激活和解除激活。
107.根据权利要求101所述的断路器装置，其进一步包括：
零交叉检测电路，其被配置成检测在所述断路器装置的所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的所述电路径上的交流(AC)电力波形的零交叉；
其中所述开关控制电路系统利用从所述零交叉检测电路输出的零交叉检测信号来控制用于响应于所述故障检测控制信号而激活所述内部开关的时序，使得在响应于所述故障检测控制信号而将所述固态开关置于所述关断状态中之后，产生短路电流以使所述气隙电磁开关跳闸。
108.根据权利要求107所述的断路器装置，其中：
所述零交叉检测电路被配置成检测在所述线路火线端子与所述负载火线端子断路器之间的所述电路径上的AC电源电压波形的零交叉；
所述零交叉检测电路被配置成检测在所述AC电源电压波形的相反半循环之间的所述零交叉的极性转变的相关联方向；并且
所述开关控制电路系统在所述AC电源电压波形的所检测零交叉的所述极性转变使得所述固态开关的体二极管在将所述固态开关置于所述关断状态中之后处于反向偏置状态时激活所述内部开关。
109.根据权利要求107所述的断路器装置，其中：
所述零交叉检测电路被配置成检测在所述线路火线端子与所述负载火线端子断路器之间的所述电路径上的AC电流波形的零交叉；
所述零交叉检测电路被配置成检测在所述AC电流波形的相反半循环之间的所述零交叉的极性转变的相关联方向；并且
所述开关控制电路系统在所述AC电流波形的所检测零交叉的所述极性转变使得所述固态开关的体二极管在将所述固态开关置于所述关断状态中之后处于反向偏置状态时激活所述内部开关。
110.一种方法，其包括：
感测在断路器装置的线路火线端子与负载火线端子之间的电路径中流动的电流，其中所述断路器装置包括串联连接在所述断路器装置的所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的所述电路径中的固态开关和气隙电磁开关；
基于所感测电流而检测故障情况；以及
响应于检测到所述故障情况；
将第一开关控制信号施加到所述固态开关以将所述固态开关置于关断状态中；以及
将第二开关控制信号施加到所述内部开关以激活所述内部开关并由此在所述断路器装置内产生内部短路路径且产生流动通过所述气隙电磁开关的内部短路电流；
其中所述内部短路电流的所述流动使得所述气隙电磁开关跳闸且由此在所述断路器装置的线路火线端子与所述负载火线端子之间的所述电路径中产生气隙。
111.根据权利要求110所述的方法，其中所述内部短路路径包括分流电阻器，其具有被配置成将所述内部短路电流的量值限制到所述气隙电磁开关的电流额定值的约2倍到约3倍的范围的电阻值。
112.根据权利要求111所述的方法，其中所述内部开关电路和所述分流电阻器串联连接在第一节点与第二节点之间，其中所述第一节点包括沿着所述断路器装置的所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的所述电路径的点，并且其中所述第二节点包括沿着所述断路器装置的线路零线端子与负载零线端子之间的电路径的点。
113.根据权利要求110所述的方法，其中将所述第二开关控制信号施加到所述内部开关包括在将所述第一开关控制信号施加到所述固态开关以将所述固态开关置于所述关断状态中之后施加所述第二开关控制信号以激活所述内部开关且产生所述内部短路路径。
114.根据权利要求110所述的方法，其进一步包括：
检测在所述断路器装置的所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的所述电路径上的交流(AC)电力波形的零交叉；以及
利用所述AC电力波形的所检测零交叉的时序来控制用于在施加所述第一开关控制信号以将所述固态开关置于所述关断状态中之后施加所述第二开关控制信号以激活所述内部开关的时序。
115.根据权利要求114所述的方法，其中利用所述AC电力波形的所检测零交叉的所述时序来控制用于施加所述第二开关控制信号以激活所述内部开关的时序，包括：
检测在所述AC电力波形的所检测零交叉处在所述AC电力波形的相反半循环之间的极性转变的方向；以及
在所述AC电源电压波形的所检测零交叉之后的所述AC电力波形的极性转变的所检测方向使得所述固态开关的体二极管在将所述固态开关置于所述关断状态中之后处于反向偏置状态中时，将所述第二开关控制信号施加到所述内部开关以激活所述内部开关。
116.一种系统，其包括：
断路器配电面板，其包括耦合到公用电源的线路火线母线和线路零线母线；
断路器装置，其安置在所述断路器配电面板内；
其中所述断路器装置包括：
耦合到所述线路火线母线的线路火线端子、耦合到所述线路零线母线的线路零线端子，以及连接到分支电路的负载火线端子和负载零线端子：
固态开关和气隙电磁开关，所述固态开关和所述气隙电磁开关串联连接在所述线路火线端子与所述负载火线端子之间；
内部开关和分流电阻器，所述内部开关和所述分流电阻器串联连接在第一节点与第二节点之间，其中所述第一节点包括沿着所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的电路径的点，并且其中所述第二节点包括沿着所述线路零线端子与所述负载零线端子之间的电路径的点；
开关控制电路系统，其被配置成控制(i)所述固态开关和(ii)所述内部开关的操作；以及
故障检测电路系统，其被配置成检测故障情况且响应于所述故障情况的检测而产生故障检测控制信号；
其中所述开关控制电路系统被配置成响应于所述故障检测控制信号而将所述固态开关置于关断状态中；并且
其中所述开关控制电路系统被配置成响应于所述故障检测控制信号而激活所述内部开关且由此产生内部短路路径，其中所述分流电阻器连接在所述第一节点与所述第二节点之间，并且使得内部短路电流流动通过所述气隙电磁开关，其中所述内部短路电流足以使所述气隙电磁开关跳闸且由此在线路火线端子与所述负载火线端子之间的所述电路径中产生气隙。
117.根据权利要求116所述的系统，其中所述断路器装置的所述分流电阻器具有被配置成将所述内部短路电流的量值限制到所述气隙电磁开关的电流额定值的约2倍到约3倍的范围的电阻值。
118.根据权利要求116所述的系统，其中所述断路器装置进一步包括：
零交叉检测电路，其被配置成检测在所述断路器装置的所述线路火线端子与所述负载火线端子之间的所述电路径上的交流(AC)电力波形的零交叉；
其中所述开关控制电路系统利用从所述零交叉检测电路输出的零交叉检测信号来控制用于响应于所述故障检测控制信号而激活所述内部开关的时序，使得在响应于所述故障检测控制信号而将所述固态开关置于所述关断状态中之后，产生短路电流以使所述气隙电磁开关跳闸。
119.根据权利要求118所述的系统，其中：
所述零交叉检测电路被配置成检测在所述线路火线端子与所述负载火线端子断路器之间的所述电路径上的AC电源电压波形的零交叉；
所述零交叉检测电路被配置成检测在所述AC电源电压波形的相反半循环之间的所述零交叉的极性转变的相关联方向；并且
所述开关控制电路系统在所述AC电源电压波形的所检测零交叉的所述极性转变使得所述固态开关的体二极管在将所述固态开关置于所述关断状态中之后处于反向偏置状态时激活所述内部开关。
120.根据权利要求118所述的系统，其中：
所述零交叉检测电路被配置成检测在所述线路火线端子与所述负载火线端子断路器之间的所述电路径上的AC电流波形的零交叉；
所述零交叉检测电路被配置成检测在所述AC电流波形的相反半循环之间的所述零交叉的极性转变的相关联方向；并且
所述开关控制电路系统在所述AC电流波形的所检测零交叉的所述极性转变使得所述固态开关的体二极管在将所述固态开关置于所述关断状态中之后处于反向偏置状态时激活所述内部开关。
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US16/720,485 US11348752B2 (en) 2019-05-18 2019-12-19 Intelligent circuit breakers with air-gap and solid-state switches
US16/720,506 US11551899B2 (en) 2019-05-18 2019-12-19 Intelligent circuit breakers with solid-state bidirectional switches
US16/720,583 US11342151B2 (en) 2019-05-18 2019-12-19 Intelligent circuit breakers with visual indicators to provide operational status
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116819151A (zh) * 2023-08-28 2023-09-29 北京智芯微电子科技有限公司 低压配电开关及供电设备

Families Citing this family (110)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017201893A1 (de) * 2017-01-12 2018-07-12 Continental Teves Ag & Co. Ohg Elektronische Schaltung zur Absicherung einer Energieversorgung einer Empfangseinrichtung
US11152780B2 (en) * 2017-08-31 2021-10-19 Eaton Intelligent Power Limited Adjustable speed drive with integrated solid-state circuit breaker and method of operation thereof
WO2019126839A1 (en) * 2017-12-27 2019-07-04 Nicslab Pty Ltd Multi-channel power controller
JP7006476B2 (ja) * 2018-04-17 2022-01-24 株式会社デンソー 半導体集積回路装置
US11037749B2 (en) 2018-05-04 2021-06-15 Atom Power, Inc. Selective coordination of solid-state circuit breakers and mechanical circuit breakers in electrical distribution systems
US11581725B2 (en) 2018-07-07 2023-02-14 Intelesol, Llc Solid-state power interrupters
US11056981B2 (en) 2018-07-07 2021-07-06 Intelesol, Llc Method and apparatus for signal extraction with sample and hold and release
US11671029B2 (en) 2018-07-07 2023-06-06 Intelesol, Llc AC to DC converters
US11334388B2 (en) 2018-09-27 2022-05-17 Amber Solutions, Inc. Infrastructure support to enhance resource-constrained device capabilities
US11349296B2 (en) 2018-10-01 2022-05-31 Intelesol, Llc Solid-state circuit interrupters
JP7475351B2 (ja) 2018-12-17 2024-04-26 インテレソール エルエルシー Ａｃ駆動型の発光ダイオードシステム
US11539201B2 (en) * 2019-03-04 2022-12-27 Portwell Inc. Reverse polarity protection device
US20220181985A1 (en) * 2019-03-20 2022-06-09 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Power conversion system, and diagnosis method and program for power conversion circuit
JP2020160245A (ja) * 2019-03-26 2020-10-01 キヤノン株式会社 電力制御装置、画像形成装置
US11108223B2 (en) * 2019-05-15 2021-08-31 Johnson Controls Fire Protection LP Abnormal impedance fault isolation
US11132890B2 (en) 2019-05-15 2021-09-28 Johnson Controls Fire Protection LP Fault isolation locality
CN114080861A (zh) * 2019-05-17 2022-02-22 路创技术有限责任公司 具有闭环栅极驱动电路的负载控制装置
US11348752B2 (en) 2019-05-18 2022-05-31 Amber Solutions, Inc. Intelligent circuit breakers with air-gap and solid-state switches
EP3742295A1 (en) * 2019-05-23 2020-11-25 NXP USA, Inc. Automatic firmware rollback
WO2020240576A1 (en) * 2019-05-28 2020-12-03 Jhaveri Tejas Kamlesh Device and method for detecting faulty electrical circuits with fault identification and alert system
WO2020252121A1 (en) 2019-06-13 2020-12-17 Atom Power, Inc. Distribution panel for intelligently controlled solid-state circuit breakers
US20220263501A1 (en) * 2019-06-17 2022-08-18 Smartd Technologies Inc. Dynamic balancing of transistors
US11664741B2 (en) * 2019-07-25 2023-05-30 Susan Rhodes System and method for AC power control
JP2022547639A (ja) 2019-09-03 2022-11-14 アトム・パワー・インコーポレイテッド 自己診断、自己保守、および自己保護機能を有する固体回路遮断器
US11791620B2 (en) 2019-09-03 2023-10-17 Atom Power, Inc. Solid-state circuit breaker with self-diagnostic, self-maintenance, and self-protection capabilities
JP7148469B2 (ja) * 2019-09-12 2022-10-05 株式会社東芝 半導体回路及び半導体システム
US11071225B2 (en) * 2019-10-17 2021-07-20 GM Global Technology Operations LLC Smart high-voltage relay
US11742653B2 (en) * 2019-11-04 2023-08-29 Semiconductor Components Industries, Llc Integrated circuit module for circuit breakers, relays and contactors
EP3822936B1 (en) * 2019-11-13 2023-09-13 Carrier Corporation Short-circuit isolator
US11176806B1 (en) 2019-12-06 2021-11-16 Johnson Controls Fire Protection LP Erratic short-circuit detection
US11150300B2 (en) * 2019-12-16 2021-10-19 Analog Devices International Unlimited Company Adaptive blanking of over current fault detection circuits in power conversion gate drivers
WO2021130981A1 (ja) * 2019-12-26 2021-07-01 東芝三菱電機産業システム株式会社 電源装置
US11928955B2 (en) * 2020-01-06 2024-03-12 Brilliant Home Technology, Inc. Safety disconnect mechanism with integrated illumination for electronic devices
US20210278809A1 (en) * 2020-01-11 2021-09-09 Ashok K. Prajapati AI-enabled Self-Learning Circuit Breaker
US11368010B2 (en) * 2020-01-17 2022-06-21 Eaton Intelligent Power Limited Solid state circuit interrupter with solid state interlocking mechanism
US11349297B2 (en) 2020-01-21 2022-05-31 Amber Solutions, Inc. Intelligent circuit interruption
US11158477B2 (en) * 2020-02-21 2021-10-26 Rockwell Automation Technologies, Inc. Motor control center with enhanced circuit disconnect
WO2021188731A1 (en) * 2020-03-17 2021-09-23 Heartland Ag Tech, Inc. Systems and methods for predictive irrigation system maintenance
US11445585B2 (en) * 2020-03-20 2022-09-13 Leviton Manufacturing Company, Inc. Non-neutral-based, illuminated electrical load controls
CN112255523A (zh) * 2020-04-30 2021-01-22 神亚科技股份有限公司 测量无源元件的测量电路
US11190014B1 (en) * 2020-05-14 2021-11-30 GoPlug, LLC Power line monitor
GB2595855A (en) * 2020-06-08 2021-12-15 Eaton Intelligent Power Ltd DC-overcurrent detector
US11362507B2 (en) * 2020-08-06 2022-06-14 Abb Schweiz Ag Ground fault protection in a high resistance grounding system
EP4197086A1 (en) 2020-08-11 2023-06-21 Amber Semiconductor, Inc. Intelligent energy source monitoring and selection control system
CN111999581B (zh) * 2020-08-14 2021-04-30 燕山大学 用于测试小流量电磁开关阀电磁特性的装置及测试方法
US11726130B2 (en) * 2020-08-26 2023-08-15 Eaton Intelligent Power Limited Hybrid switch for substation and other applications and methods of operating same
US11362650B2 (en) * 2020-09-11 2022-06-14 Littelfuse, Inc. Overcurrent protection by depletion mode MOSFET and bi-metallic temperature sensing switch
US11637423B2 (en) 2020-09-11 2023-04-25 Littelfuse, Inc. Overcurrent protection by depletion mode MOSFET or JFET and bi-metallic temperature sensing switch in mini circuit breaker
JP6974652B1 (ja) * 2020-11-10 2021-12-01 東芝三菱電機産業システム株式会社 電源装置
CN114450865A (zh) * 2020-11-13 2022-05-06 华为数字能源技术有限公司 防电源反接电路、配电装置及供配电系统
CN112398175A (zh) * 2020-12-07 2021-02-23 阳光电源股份有限公司 中压光伏并网逆变系统及光伏发电系统
CN112729381B (zh) * 2020-12-11 2023-05-02 广州致新电力科技有限公司 一种基于神经网络的高压断路器的故障诊断方法
EP4016574B1 (en) * 2020-12-15 2023-06-28 ABB Schweiz AG A hybrid switching apparatus for electric grids
DE102020216397B3 (de) * 2020-12-21 2022-05-12 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
WO2022136443A1 (de) * 2020-12-21 2022-06-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und verfahren
US20240047958A1 (en) * 2020-12-21 2024-02-08 Siemens Aktiengesellschaft Circuit breaker device and method
DE102020216409B4 (de) * 2020-12-21 2022-08-25 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
WO2022136424A1 (de) * 2020-12-21 2022-06-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und verfahren
WO2022136414A1 (de) * 2020-12-21 2022-06-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und verfahren
DE102020216416A1 (de) * 2020-12-21 2022-06-23 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
US20240038466A1 (en) * 2020-12-21 2024-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Circuit breaker device and method
CN216288266U (zh) * 2021-01-11 2022-04-12 嘉兴京硅智能技术有限公司 断路器电路系统
CN113054542B (zh) * 2021-01-27 2022-05-27 东莞市纳百川电子科技有限公司 一种智能型带电插拔快速接入箱及其电路结构
US11498499B2 (en) * 2021-02-03 2022-11-15 Ford Global Technologies, Llc Automatic and user initiated isolation testing for automotive alternating current power systems
DE102021102714B3 (de) * 2021-02-05 2022-07-07 Tdk Electronics Ag Zustandserkennungsschaltung und fernbetätigbarer Schalter
NO346637B1 (en) * 2021-02-22 2022-11-07 Eqon As Heating system comprising a resistive heat element, controller for such heating system, and method of controlling a load current through such resistive heat element
US11398724B1 (en) * 2021-04-28 2022-07-26 Siemens Industry, Inc. Solid-state circuit breaker configured to discharge and dissipate recovery voltage
CN113189513B (zh) * 2021-04-29 2022-10-21 电子科技大学 一种基于纹波的冗余电源均流状态识别方法
FR3123164A1 (fr) * 2021-05-20 2022-11-25 Schneider Electric Industries Sas Dispositif de commutation électrique, système de commutation et procédé associés
WO2022265794A1 (en) * 2021-06-15 2022-12-22 Leviton Manufacturing Co., Inc. Arc fault detection using machine learning
WO2023274581A1 (en) * 2021-06-29 2023-01-05 Eaton Intelligent Power Limited Multiparameter noninvasive arching discharge anomaly monitoring device and method
CN117677801A (zh) * 2021-07-16 2024-03-08 美国西门子医学诊断股份有限公司 异常热交换器操作条件的检测
EP4124541A1 (en) * 2021-07-30 2023-02-01 Televic Rail NV Emulated voltage-free safety contact
WO2023023072A1 (en) * 2021-08-17 2023-02-23 Roman Potapov Air-gapped remote controller system
US11522465B1 (en) 2021-08-18 2022-12-06 Aes Global Holdings Pte Ltd. High precision power controller
DE102021210820A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät
DE102021210828A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
DE102021210812A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
DE102021210834A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
DE102021210829A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät
DE102021210810A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
DE102021210816A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät
DE102021210819A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät
DE102021210824A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
DE102021210833A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
DE102021210814A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät
DE102021210831A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
WO2023052022A1 (de) * 2021-09-28 2023-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und verfahren
DE102021210818A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät
WO2023051893A1 (de) * 2021-09-28 2023-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und verfahren
IT202100025889A1 (it) * 2021-10-08 2023-04-08 Sempreanorma S R L Sistema per la gestione di almeno un corrispondente componente operativo
KR102466194B1 (ko) * 2022-01-07 2022-11-14 주식회사 엑시피온 Led 램프 진단 장치 및 이를 구비하는 led 램프 진단 시스템
KR20230133473A (ko) * 2022-03-11 2023-09-19 동아전기공업 주식회사 트립모듈식 회로차단기가 내장된 누전차단기
US20230314497A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-05 Siemens Industry, Inc. Methods and systems for source identification of a fault such as arc fault or ground fault event in a communicating panel
WO2023205464A1 (en) * 2022-04-22 2023-10-26 Aclara Technologies Llc Series arc detection firmware
US20230344212A1 (en) * 2022-04-22 2023-10-26 Eaton Intelligent Power Limited Hybrid miniature circuit breaker
US11722130B1 (en) 2022-05-02 2023-08-08 Leach International Corporation System and method for distinguishing short-circuit events in high inrush current systems
WO2023214961A1 (en) * 2022-05-02 2023-11-09 Leach International Corporation System and method for distinguishing short-circuit events in high inrush current circuits
US20230361560A1 (en) * 2022-05-06 2023-11-09 Siemens Industry, Inc. Electronic circuit breaker configured to provide a fail-safe mode
CN117096821A (zh) * 2022-05-12 2023-11-21 Abb瑞士股份有限公司 保护单元、adc模块和系统
WO2023229595A1 (en) * 2022-05-26 2023-11-30 Power Integrations, Inc. Ac switch with supply regulation
WO2023237232A1 (en) * 2022-06-08 2023-12-14 Eaton Intelligent Power Limited Solid-state circuit breaker
DE102022208317A1 (de) 2022-08-10 2024-02-15 Siemens Aktiengesellschaft Schaltgerät
US20240097409A1 (en) * 2022-08-12 2024-03-21 Savant Systems, Inc. Energy management module
WO2024044272A1 (en) * 2022-08-23 2024-02-29 Bruiner Jack Systems and methods for seamlessly transfering a load between two ac sources of ac electrical power
DE102022209033A1 (de) * 2022-08-31 2024-02-29 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltgerät und Verfahren
CN115276245B (zh) * 2022-09-27 2022-12-30 北京合纵科技股份有限公司 一种具有自动化性能检测功能的柱上开关
WO2024077115A1 (en) * 2022-10-06 2024-04-11 Landis+Gyr Technology, Inc. Electricity meter with grid-side voltage sensing
CN116455044A (zh) * 2023-03-08 2023-07-18 科舸物联科技有限公司 智慧微型断路器防断电信息丢失系统及方法
CN117082108B (zh) * 2023-10-16 2023-12-26 中盛新源智能电网科技有限公司 一种智能低压断路器物联网通信方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1246208A (zh) * 1996-12-17 2000-03-01 瑞典通用电器勃朗勃威力公司 包括用于开关电源的火花隙的开关设备
US20050185353A1 (en) * 2003-06-06 2005-08-25 Electronic Theatre Controls, Inc. Overcurrent protection for solid state switching system
US20140097809A1 (en) * 2012-10-05 2014-04-10 Schneider Electric Industries Sas Reactive power compensator
US20160069933A1 (en) * 2012-12-31 2016-03-10 Veris Industries, Llc Power meter with automatic configuration
US20160126031A1 (en) * 2014-11-04 2016-05-05 Matthew Wootton Intelligent Electrical Switch
CN108075449A (zh) * 2016-11-18 2018-05-25 通用电气航空系统有限公司 用于保护固态功率控制器的系统和方法
US20190103742A1 (en) * 2017-10-03 2019-04-04 Atom Power, Inc. Solid-state circuit interrupter and arc inhibitor

Family Cites Families (326)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1563772A1 (de) 1966-10-20 1970-04-09 Siemens Ag Als vollelektronische,bipolare UEberstromsicherung wirkende Schaltungsanordnung
US3777253A (en) 1972-10-24 1973-12-04 Allen Bradley Co Low power loss voltage supply circuit
US4074345A (en) 1976-11-02 1978-02-14 Ackermann Walter J Electronic power supply
US4127895A (en) 1977-08-19 1978-11-28 Krueger Paul J Charge-transfer voltage converter
DE2747607C2 (de) 1977-10-24 1991-05-08 Sds-Elektro Gmbh, 8024 Deisenhofen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines bistabilen Relais
US4245184A (en) 1979-03-23 1981-01-13 Westinghouse Electric Corp. AC Solid-state circuit breaker
DE3064874D1 (en) 1979-03-23 1983-10-27 Westinghouse Electric Corp Ac solid-state circuit breaker
US4245185A (en) 1979-03-23 1981-01-13 Westinghouse Electric Corp. Solid state circuit breaker with three phase capability
US4245148A (en) 1979-09-14 1981-01-13 Wisco Industries, Inc. Optically sensitive control circuit for a food browning device
US4466071A (en) 1981-09-28 1984-08-14 Texas A&M University System High impedance fault detection apparatus and method
US4487458A (en) 1982-09-28 1984-12-11 Eaton Corporation Bidirectional source to source stacked FET gating circuit
DE3240778A1 (de) 1982-11-04 1984-05-10 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Elektronischer schalter
US4581540A (en) 1984-03-16 1986-04-08 Teledyne Industries, Inc. Current overload protected solid state relay
US4653084A (en) 1984-07-20 1987-03-24 Om Ahuja Remote actuated switch
US4649302A (en) 1984-07-30 1987-03-10 Eaton Corporation DC or AC solid state switch with improved line-derived control circuit power supply
US4631625A (en) 1984-09-27 1986-12-23 Siemens Energy & Automation, Inc. Microprocessor controlled circuit breaker trip unit
CA1233583A (en) 1985-06-18 1988-03-01 Francis Y. Hung Protection arrangement for a telephone subscriber line interface circuit
US4636907A (en) 1985-07-11 1987-01-13 General Electric Company Arcless circuit interrupter
US4685046A (en) 1985-10-03 1987-08-04 The Scott & Fetzer Company Low voltage direct current power supply
US4682061A (en) 1986-05-01 1987-07-21 Honeywell Inc. MOSFET transistor switch control
DE3639256A1 (de) 1986-11-17 1988-05-26 Agie Ag Ind Elektronik Impulsgenerator zur funkenerosiven metallberarbeitung
US4812995A (en) 1987-05-19 1989-03-14 Girgis Adly A Adaptive Kalman Filtering in fault classification
US4888504A (en) 1988-10-07 1989-12-19 International Rectifier Corporation Bidirectional MOSFET switching circuit with single gate bias
US5006737A (en) 1989-04-24 1991-04-09 Motorola Inc. Transformerless semiconductor AC switch having internal biasing means
US4945345A (en) * 1989-08-08 1990-07-31 Ross Proctor Circuit breaker signal
US5121282A (en) 1990-03-30 1992-06-09 White Orval C Arcing fault detector
AU652019B2 (en) 1991-01-16 1994-08-11 Felten & Guilleaume Fabrik Elektrischer Apparate Aktiengesellschaft Fault current circuit breaker
DE69223530T2 (de) 1991-02-22 1998-04-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Stromversorgungseinheit
US5537029A (en) 1992-02-21 1996-07-16 Abb Power T&D Company Inc. Method and apparatus for electronic meter testing
US5276737B1 (en) 1992-04-20 1995-09-12 Silvio Micali Fair cryptosystems and methods of use
JPH0653779A (ja) 1992-07-30 1994-02-25 Hioki Ee Corp 交流信号中の直流信号抽出方法および同直流信号の除去方法
US5444591A (en) 1993-04-01 1995-08-22 International Rectifier Corporation IGBT fault current limiting circuit
US5410745A (en) 1993-05-20 1995-04-25 Motorola, Inc. Detector and video amplifier
JP3126565B2 (ja) 1993-11-01 2001-01-22 株式会社東芝 Ａｃ／ｄｃ変換器
US5510747A (en) 1993-11-30 1996-04-23 Siliconix Incorporated Gate drive technique for a bidirectional blocking lateral MOSFET
US5581433A (en) 1994-04-22 1996-12-03 Unitrode Corporation Electronic circuit breaker
US5844759A (en) * 1995-05-26 1998-12-01 David C. Nemir Electrical fault interrupter
US5654880A (en) 1996-01-16 1997-08-05 California Institute Of Technology Single-stage AC-to-DC full-bridge converter with magnetic amplifiers for input current shaping independent of output voltage regulation
DE19631477A1 (de) 1996-08-03 1998-02-05 Bosch Gmbh Robert In Hybridtechnik hergestellte abgleichbare Spannungsteiler-Anordnung
US5796274A (en) 1996-10-16 1998-08-18 Lockheed Martin Corporation Fault tolerant MOSFET driver
US5903130A (en) 1996-11-01 1999-05-11 Lucas Aerospace Power Equipment Corporation Fail-safe regulator biasing circuit
FR2755536B1 (fr) * 1996-11-07 1998-12-04 Schneider Electric Sa Declencheur electromagnetique reglable et disjoncteur comportant un tel declencheur
FR2756049B1 (fr) 1996-11-18 1998-12-31 Schneider Electric Sa Dispositif de detection preventive de defauts avec identification du type de charge
US6160689A (en) 1997-10-09 2000-12-12 Jay Stolzenberg Two wire solid state AC/DC circuit breaker
US6141197A (en) 1998-03-10 2000-10-31 General Electric Company Smart residential circuit breaker
US6167329A (en) 1998-04-06 2000-12-26 Eaton Corporation Dual microprocessor electronic trip unit for a circuit interrupter
US5933305A (en) 1998-06-02 1999-08-03 Eaton Corporation Arc fault detector comparing integrated interval to interval filtered load current and circuit breaker incorporating same
US6115267A (en) 1998-06-09 2000-09-05 Herbert; Edward AC-DC converter with no input rectifiers and power factor correction
US6169391B1 (en) 1999-07-12 2001-01-02 Supertex, Inc. Device for converting high voltage alternating current to low voltage direct current
DE19950135A1 (de) 1999-10-18 2001-04-19 Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh Ansteuerschaltung für LED und zugehöriges Betriebsverfahren
FR2802360B1 (fr) 1999-12-14 2002-03-01 Legrand Sa Procede et dispositif d'alimentation electrique d'une charge par un variateur a au moins un interrupteur commande
US7367121B1 (en) 2000-01-05 2008-05-06 Protectconnect Electrical wiring method
US6839208B2 (en) 2000-02-17 2005-01-04 Pass & Seymour, Inc Arc fault circuit interrupter recognizing arc noise burst patterns
US7195381B2 (en) 2001-01-23 2007-03-27 Donnelly Corporation Vehicle interior LED lighting system
WO2001067590A1 (en) 2000-03-08 2001-09-13 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Pwm cycloconverter and power fault detector
US6300748B1 (en) 2000-07-13 2001-10-09 Tyco Electronics Corporation Transformerless power supply circuit with a switchable capacitive element
US6369554B1 (en) 2000-09-01 2002-04-09 Marvell International, Ltd. Linear regulator which provides stabilized current flow
US6756998B1 (en) 2000-10-19 2004-06-29 Destiny Networks, Inc. User interface and method for home automation system
US6707285B2 (en) 2001-01-10 2004-03-16 Iwatt Phase-controlled AC-DC power converter
DE10139860A1 (de) 2001-08-14 2003-03-13 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung und Verfahren zur Anschlussüberwachung einer elektrischen Versorgungseinheit
US6590757B2 (en) 2001-09-28 2003-07-08 Eaton Corporation Method and apparatus for detecting and suppressing a parallel arc fault
US7164238B2 (en) 2001-11-14 2007-01-16 Astral Communications, Inc. Energy savings device and method for a resistive and/or an inductive load and/or a capacitive load
US6538906B1 (en) 2002-02-11 2003-03-25 Delta Electronics, Inc. Energy storage circuit for DC-DC converter
JP2003243512A (ja) 2002-02-14 2003-08-29 Hitachi Ltd 静電破壊保護回路
EP1345310A1 (en) 2002-03-12 2003-09-17 STMicroelectronics N.V. Transformerless ac/dc-converter
US6788512B2 (en) 2002-04-16 2004-09-07 General Electric Company Electronic trip unit capable of analog and digital setting of circuit breaker setpoints
US6884111B2 (en) 2002-05-23 2005-04-26 Protectconnect Safety module electrical distribution system
JP4061168B2 (ja) 2002-10-16 2008-03-12 矢崎総業株式会社 地絡検知装置および絶縁抵抗計測装置
US7091672B2 (en) 2003-06-10 2006-08-15 Lutron Electronics Co., Inc. High efficiency off-line linear power supply
US6906476B1 (en) 2003-07-25 2005-06-14 Asp Corporation Power control system for reducing power to lighting systems
US7610616B2 (en) 2003-10-17 2009-10-27 Fujitsu Limited Pervasive security mechanism by combinations of network and physical interfaces
US20050162139A1 (en) 2004-01-23 2005-07-28 Mark Hirst Alternating current switching circuit
DE102004025420B4 (de) 2004-05-24 2014-05-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Schaltungselement zum Sichern einer Lastschaltung und Chip mit einem derartigen Schaltungselement
US20050286184A1 (en) 2004-06-22 2005-12-29 Steve Campolo Electrical power outlet strip
US7304828B1 (en) 2004-09-22 2007-12-04 Shvartsman Vladimir A Intelligent solid state relay/breaker
USD568253S1 (en) 2004-12-08 2008-05-06 Protectconnect, Inc. Electrical module
US7821023B2 (en) 2005-01-10 2010-10-26 Cree, Inc. Solid state lighting component
US7110225B1 (en) 2005-03-31 2006-09-19 Leviton Manufacturing Co., Inc. Arc-limiting switching circuit
US7297603B2 (en) 2005-03-31 2007-11-20 Semiconductor Components Industries, L.L.C. Bi-directional transistor and method therefor
DE102006022845B4 (de) 2005-05-23 2016-01-07 Infineon Technologies Ag Ansteuerschaltung für eine Schaltereinheit einer getakteten Leistungsversorgungsschaltung und Resonanzkonverter
US7319574B2 (en) 2005-05-23 2008-01-15 Eaton Corporation Arc fault detection apparatus, method and system for an underground electrical conductor
US7830042B2 (en) 2005-06-06 2010-11-09 Lutron Electronics Co., Inc. Dimmer switch for use with lighting circuits having three-way switches
US8615332B2 (en) 2005-06-09 2013-12-24 Whirlpool Corporation Smart current attenuator for energy conservation in appliances
US7164589B1 (en) 2005-07-11 2007-01-16 International Rectifier Corporation Bridgeless bi-directional forward type converter
US7045723B1 (en) 2005-09-27 2006-05-16 Joti Projkovski Fail safe electrical receptacle
US20070143826A1 (en) 2005-12-21 2007-06-21 Sastry Manoj R Method, apparatus and system for providing stronger authentication by extending physical presence to a remote entity
USD558683S1 (en) 2006-01-20 2008-01-01 Watlow Electric Manufacturing Company Power controller base housing
JP4741391B2 (ja) 2006-03-09 2011-08-03 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 モータ駆動回路の地絡検出装置
US7746677B2 (en) 2006-03-09 2010-06-29 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. AC-DC converter circuit and power supply
US7619365B2 (en) 2006-04-10 2009-11-17 Lutron Electronics Co., Inc. Load control device having a variable drive circuit
FI20065390L (fi) 2006-06-08 2007-12-09 Innohome Oy Automaattinen elektroniikka- ja sähkölaitteiden monitasoisen käyttöoikeuden ohjausjärjestelmä
DE102006030672B4 (de) 2006-07-04 2008-10-16 Moeller Gmbh Elektrischer Schutzschalter
US7643256B2 (en) 2006-12-06 2010-01-05 General Electric Company Electromechanical switching circuitry in parallel with solid state switching circuitry selectively switchable to carry a load appropriate to such circuitry
US20080151444A1 (en) 2006-12-20 2008-06-26 John D Upton Method and apparatus for protection against current overloads
US20080174922A1 (en) 2007-01-19 2008-07-24 Tellabs Bedford, Inc. Method and apparatus for detecting ground fault current on a power line
US7595680B2 (en) 2007-01-25 2009-09-29 Panasonic Corporation Bidirectional switch and method for driving the same
US20080180866A1 (en) 2007-01-29 2008-07-31 Honor Tone, Ltd. Combined arc fault circuit interrupter and leakage current detector interrupter
US7633727B2 (en) 2007-02-27 2009-12-15 Eaton Corporation Arc fault circuit interrupter and series arc fault detection method using plural high frequency bands
US7904209B2 (en) 2007-03-01 2011-03-08 Syracuse University Open web services-based indoor climate control system
WO2008113052A1 (en) 2007-03-14 2008-09-18 Zonit Structured Solutions, Llc Smart nema outlets and associated networks
TWI330441B (en) 2007-04-13 2010-09-11 Ablerex Electronics Co Ltd Active power conditioner
JP2009032506A (ja) 2007-07-26 2009-02-12 Panasonic Corp 非水系電解質二次電池の内部短絡検知方法および装置
US8139329B2 (en) 2007-08-03 2012-03-20 Linear Technology Corporation Over-voltage protection circuit
US7693670B2 (en) 2007-08-14 2010-04-06 General Electric Company Cognitive electric power meter
US7808802B2 (en) 2007-09-06 2010-10-05 Jun Cai Isolated switched-mode power supply with output regulation from primary side
US7729147B1 (en) 2007-09-13 2010-06-01 Henry Wong Integrated circuit device using substrate-on-insulator for driving a load and method for fabricating the same
DE102007055071B3 (de) 2007-11-16 2009-07-09 Moeller Gmbh Kurzschlussbegrenzungsvorrichtung in einer Niederspannungsanlage
DE102007055538A1 (de) 2007-11-21 2009-06-04 Infineon Technologies Ag Spannungsumsetzer, Verwendung eines Spannungsumsetzers sowie Verfahren zur Umsetzung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung
US7817382B2 (en) 2008-01-02 2010-10-19 Honeywell International, Inc. Hybrid high voltage DC contactor with arc energy diversion
US8255090B2 (en) 2008-02-01 2012-08-28 Energyhub System and method for home energy monitor and control
US8244211B2 (en) 2008-02-07 2012-08-14 Inflexis Llc Mobile electronic security apparatus and method
TW200937828A (en) 2008-02-22 2009-09-01 Macroblock Inc Electricity -extraction circuit of AC/DC converter take
GB2458699A (en) 2008-03-28 2009-09-30 Deepstream Technologies Ltd Linear regulator with zero crossing coordination
US7936279B2 (en) 2008-05-15 2011-05-03 Lex Products Corp. Apparatus and method of illuminating indicator lights
US8124888B2 (en) 2008-06-25 2012-02-28 Wire Wrangler, LLC Concealed and flush dual phone and power outlet
EP2319275B1 (en) 2008-07-29 2013-11-20 Koninklijke Philips N.V. Illumination device comprising multiple leds
CN102165555B (zh) 2008-09-25 2014-01-15 松下电器产业株式会社 混合继电器和控制终端装置
US20100145479A1 (en) 2008-10-09 2010-06-10 G2 Software Systems, Inc. Wireless Portable Sensor Monitoring System
US7948719B2 (en) 2008-10-15 2011-05-24 Masco Corporation Solid state circuit protection system that works with arc fault circuit interrupter
US7907430B2 (en) 2008-12-18 2011-03-15 WaikotoLink Limited High current voltage regulator
US20110299544A1 (en) 2010-06-04 2011-12-08 David Lundgren Method and system for managing bandwidth by a broadband gateway
US8125326B2 (en) 2009-03-13 2012-02-28 Greg Romp Intelligent vehicular speed control system
US8072158B2 (en) 2009-03-25 2011-12-06 General Electric Company Dimming interface for power line
US8062059B2 (en) 2009-04-11 2011-11-22 Roneker Michael D Switched receptacle device with LED indication
JP2010261862A (ja) 2009-05-08 2010-11-18 Sony Corp Ａｃライン信号検出装置およびその方法、並びに電源装置
US8569956B2 (en) 2009-06-04 2013-10-29 Point Somee Limited Liability Company Apparatus, method and system for providing AC line power to lighting devices
JP5501667B2 (ja) 2009-06-17 2014-05-28 パナソニック株式会社 交流・直流両用スイッチ
US8729729B2 (en) 2009-06-18 2014-05-20 Mikhail Fridberg Method and apparatus for driving low-power loads from AC sources
US7936135B2 (en) 2009-07-17 2011-05-03 Bridgelux, Inc Reconfigurable LED array and use in lighting system
GB2473056A (en) 2009-09-01 2011-03-02 Vetco Gray Controls Ltd AC power switch with overcurrent protection
US8482885B2 (en) 2009-09-14 2013-07-09 Electronic Systems Protection, Inc. Hybrid switch circuit
US8781637B2 (en) 2009-10-27 2014-07-15 Voltserver Inc. Safe exposed conductor power distribution system
US8463453B2 (en) 2009-11-13 2013-06-11 Leviton Manufacturing Co., Inc. Intelligent metering demand response
US8664881B2 (en) 2009-11-25 2014-03-04 Lutron Electronics Co., Inc. Two-wire dimmer switch for low-power loads
WO2011068914A2 (en) 2009-12-01 2011-06-09 International Electrical Savings & Development, LLC Systems and devices for reducing phantom load
US8817431B2 (en) 2009-12-18 2014-08-26 True-Safe Technologies, Inc. System and integrated method for a parallel and series arc fault circuit interrupter
US8618751B2 (en) 2009-12-30 2013-12-31 Leviton Manufacturing Co., Inc. Phase control with adaptive parameters
WO2011116832A1 (en) 2010-03-26 2011-09-29 Abb Research Ltd A hybrid circuit breaker
KR100997050B1 (ko) 2010-05-06 2010-11-29 주식회사 티엘아이 광량을 향상시키는 엘이디 조명 장치
US20110292703A1 (en) 2010-05-29 2011-12-01 Cuks, Llc Single-stage AC-to-DC converter with isolation and power factor correction
MX2012013480A (es) 2010-06-04 2013-03-05 Sensus Usa Inc Metodo y sistema para supervision y procesamiento de carga no-invasivos.
US9401967B2 (en) 2010-06-09 2016-07-26 Brocade Communications Systems, Inc. Inline wire speed deduplication system
JP2012004253A (ja) 2010-06-15 2012-01-05 Panasonic Corp 双方向スイッチ、２線式交流スイッチ、スイッチング電源回路および双方向スイッチの駆動方法
WO2011162581A2 (ko) 2010-06-26 2011-12-29 엘지전자 주식회사 네트워크 시스템을 위한 컴포넌트의 제어방법
US8717720B2 (en) 2010-07-20 2014-05-06 Siemens Industry, Inc. Systems and methods for providing arc fault and/or ground fault protection for distributed generation sources
US8743523B2 (en) 2010-07-28 2014-06-03 General Electric Company Systems, methods, and apparatus for limiting voltage across a switch
US8817441B2 (en) 2010-08-04 2014-08-26 Cree, Inc. Circuit breaker
JP5406146B2 (ja) 2010-08-31 2014-02-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 電動駆動制御装置の過電流検出装置および過電流検出方法
USD638355S1 (en) 2010-09-09 2011-05-24 Cheng Uei Precision Industry Co., Ltd. Power adapter
US8560134B1 (en) 2010-09-10 2013-10-15 Kwangduk Douglas Lee System and method for electric load recognition from centrally monitored power signal and its application to home energy management
US8792260B2 (en) 2010-09-27 2014-07-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Rectifier circuit and semiconductor device using the same
US8330390B2 (en) 2011-04-11 2012-12-11 Bridgelux, Inc. AC LED light source with reduced flicker
JP5711040B2 (ja) 2011-04-28 2015-04-30 トランスフォーム・ジャパン株式会社 双方向スイッチおよびそれを利用した充放電保護装置
US8868654B2 (en) 2011-06-06 2014-10-21 Microsoft Corporation Privacy-preserving matching service
US8941264B2 (en) 2011-06-20 2015-01-27 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Apparatus for bi-directional power switching in low voltage vehicle power distribution systems
US8599523B1 (en) 2011-07-29 2013-12-03 Leviton Manufacturing Company, Inc. Arc fault circuit interrupter
EP2560063A1 (en) 2011-08-15 2013-02-20 Nxp B.V. Voltage regulator circuit and method
US8861238B2 (en) 2011-08-25 2014-10-14 North Carolina State University Isolated soft-switch single-stage AC-DC converter
EP2751894A4 (en) 2011-08-29 2015-04-22 Control4 Corp WALL BOX DEVICE FOR MANAGING ENERGY
US8718830B2 (en) 2011-09-08 2014-05-06 Schneider Electric USA, Inc. Optimized protection coordination of electronic-trip circuit breaker by short circuit current availability monitoring
US8570697B2 (en) 2011-09-12 2013-10-29 Honeywell International Inc. Appartus and method for protecting signal and communication lines from very high voltage and transient pulses
US20120095605A1 (en) 2011-09-17 2012-04-19 Tran Bao Q Smart building systems and methods
US8649883B2 (en) 2011-10-04 2014-02-11 Advanergy, Inc. Power distribution system and method
US8482013B2 (en) 2011-10-05 2013-07-09 Bridgelux, Inc. Reconfigurable multi-LED light source
US9252652B2 (en) 2011-11-16 2016-02-02 Rockwell Automation Technologies, Inc. Wide input voltage range power supply circuit
GB201120295D0 (en) 2011-11-24 2012-01-04 Metroic Ltd Current measurement apparatus
US8664886B2 (en) 2011-12-22 2014-03-04 Leviton Manufacturing Company, Inc. Timer-based switching circuit synchronization in an electrical dimmer
TWI467903B (zh) 2011-12-28 2015-01-01 Richtek Technology Corp 輸入電源濾波電容的自放電洩放電路、獨立式洩放積體電路裝置及洩放方法，以及交直流界面
US8646032B2 (en) 2011-12-30 2014-02-04 Nokia Corporation Method and apparatus providing privacy setting and monitoring user interface
WO2013130799A1 (en) 2012-02-28 2013-09-06 Emerson Climate Technologies, Inc. Hvac system remote monitoring and diagnosis
US20130253898A1 (en) 2012-03-23 2013-09-26 Power Analytics Corporation Systems and methods for model-driven demand response
JP2013230034A (ja) 2012-04-26 2013-11-07 Diamond Electric Mfg Co Ltd 入力電圧データ形成装置，及び，これを備えるａｃ／ｄｃコンバータに関する
US8994556B2 (en) 2012-05-24 2015-03-31 Douglas H. Lundy Threat detection system and method
WO2013182982A2 (en) 2012-06-04 2013-12-12 Koninklijke Philips N.V. A method for providing privacy protection in networked lighting control systems
US8760825B2 (en) 2012-06-11 2014-06-24 Schneider Electric USA, Inc. Wireless branch circuit energy monitoring system
US8886785B2 (en) 2012-07-17 2014-11-11 The Procter & Gamble Company Home network of connected consumer devices
US9099846B2 (en) 2012-07-20 2015-08-04 Assembled Products, A Unit Of Jason Incorporated Plug and play control panel module with integrally socketed circuit board
US9054587B2 (en) 2012-08-08 2015-06-09 Ixys Corporation Non-isolated AC-to-DC converter having a low charging current initial power up mode
US9287792B2 (en) 2012-08-13 2016-03-15 Flextronics Ap, Llc Control method to reduce switching loss on MOSFET
CA2921768A1 (en) 2012-08-21 2014-02-27 N2 Global Solutions Incorporated A system and apparatus for providing and managing electricity
US9144139B2 (en) 2012-08-27 2015-09-22 The Watt Stopper, Inc. Method and apparatus for controlling light levels to save energy
US9391525B2 (en) 2012-09-24 2016-07-12 Dialog Semiconductor Inc. Power system switch protection using output driver regulation
JP2014072561A (ja) 2012-09-27 2014-04-21 Nitto Denko Corp 家電機器遠隔監視システム
US9465927B2 (en) 2012-10-02 2016-10-11 Disney Enterprises, Inc. Validating input by detecting and recognizing human presence
US20140159593A1 (en) 2012-12-07 2014-06-12 Vastview Technology Inc. Apparatus having universal structure for driving a plurality of led strings
KR101521644B1 (ko) 2013-01-11 2015-05-19 주식회사 포스코엘이디 전압 에지 검출부를 이용한 교류 led 조명장치
US9461546B2 (en) 2013-02-08 2016-10-04 Advanced Charging Technologies, LLC Power device and method for delivering power to electronic devices
US9824568B2 (en) 2013-03-13 2017-11-21 Qualcomm Incorporated Systems and methods for monitoring a proximity of a personal item and automatically assigning safe and unsafe zones
US20170004948A1 (en) 2013-03-13 2017-01-05 Google Inc. Electrical circuit protector
US9498275B2 (en) 2013-03-14 2016-11-22 Covidien Lp Systems and methods for arc detection and drag adjustment
TWI479784B (zh) 2013-03-18 2015-04-01 Power Forest Technology Corp 交流直流轉換電路
KR20150018734A (ko) 2013-08-09 2015-02-24 삼성전자주식회사 무선 전력 수신 장치 및 방법
US9965007B2 (en) 2013-08-21 2018-05-08 N2 Global Solutions Incorporated System and apparatus for providing and managing electricity
US8971002B1 (en) 2013-08-22 2015-03-03 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. System and method of providing isolated power to gate driving circuits in solid state fault current limiters
CN104427688B (zh) 2013-08-23 2016-09-28 四川新力光源股份有限公司 Led交流驱动电路
US9366702B2 (en) 2013-08-23 2016-06-14 Green Edge Technologies, Inc. Devices and methods for determining whether an electrical device or component can sustain variations in voltage
EP2866039B1 (de) 2013-10-25 2016-05-25 ABB Technology AG Mehrphasiges Schaltersystem mit einer Kurzschlussverbindung
JP5643951B2 (ja) 2013-10-28 2014-12-24 株式会社中央製作所 直流電源装置
USD720295S1 (en) 2013-12-06 2014-12-30 Cooper Technologies Company Multi-port USB device
CN105428906B (zh) 2013-12-11 2018-07-20 杨家明 防水插座
US9264034B2 (en) 2013-12-19 2016-02-16 Nxp B.V. Circuit and method for body biasing
US9990786B1 (en) 2014-01-17 2018-06-05 Microstrategy Incorporated Visitor credentials
US10072942B2 (en) 2016-05-03 2018-09-11 Ivani, LLC Electrical monitoring and network enabled electrical faceplate
US11245285B2 (en) * 2014-01-27 2022-02-08 Ivani, LLC Faceplate switch
US9426855B2 (en) 2014-01-29 2016-08-23 American Bright Lighting, Inc. Multi-stage LED lighting systems
KR20150098430A (ko) 2014-02-20 2015-08-28 삼성전기주식회사 전원 공급 장치
US10362112B2 (en) 2014-03-06 2019-07-23 Verizon Patent And Licensing Inc. Application environment for lighting sensory networks
US9325516B2 (en) 2014-03-07 2016-04-26 Ubiquiti Networks, Inc. Power receptacle wireless access point devices for networked living and work spaces
CN104954399B (zh) 2014-03-27 2018-06-19 正文科技股份有限公司 绑定移动载具与智能装置之方法及其绑定系统
US20150309521A1 (en) 2014-04-29 2015-10-29 Yang Pan Cloud Based Power Management System
US9747298B2 (en) 2014-05-02 2017-08-29 Vmware, Inc. Inline garbage collection for log-structured file systems
US9939823B2 (en) 2014-06-05 2018-04-10 Wise Spaces Ltd. Home automation control system
US9774410B2 (en) 2014-06-10 2017-09-26 PB, Inc. Radiobeacon data sharing by forwarding low energy transmissions to a cloud host
US9639098B2 (en) 2014-06-17 2017-05-02 Magnum Energy Solutions, LLC Thermostat and messaging device and methods thereof
US9372477B2 (en) 2014-07-15 2016-06-21 Leeo, Inc. Selective electrical coupling based on environmental conditions
WO2016010529A1 (en) 2014-07-15 2016-01-21 Leeo, Inc. Selective electrical coupling based on environmental conditions
US9824193B2 (en) 2014-07-29 2017-11-21 Aruba Networks, Inc. Method for using mobile devices with validated user network identity as physical identity proof
US9621053B1 (en) 2014-08-05 2017-04-11 Flextronics Ap, Llc Peak power control technique for primary side controller operation in continuous conduction mode
US10101716B2 (en) 2014-12-04 2018-10-16 Belkin International, Inc. Autonomous, distributed, rule-based intelligence
US9893627B1 (en) 2014-08-08 2018-02-13 Flextronics Ap, Llc Current controlled resonant tank circuit
US9307622B2 (en) 2014-08-22 2016-04-05 Lutron Electronics Co., Inc. Three-way switching circuit having delay for inrush current protection
US10133511B2 (en) 2014-09-12 2018-11-20 Netapp, Inc Optimized segment cleaning technique
US9374863B2 (en) 2014-09-15 2016-06-21 Analog Integrations Corporation AC LED lamps and control methods thereof
US10290447B2 (en) 2014-10-15 2019-05-14 Umbrela Smart Inc. Wall-mounted smart switches and outlets for use in building wiring for load control, home automation, and/or security purposes
US9799208B2 (en) 2014-10-27 2017-10-24 Honeywell International Inc. Physical and logical threat analysis in access control systems using BIM
US11437204B2 (en) 2014-11-04 2022-09-06 Ivani, LLC Intelligent electrical switch
KR102379404B1 (ko) 2014-11-10 2022-03-25 이턴 코포레이션 회로 차단기 및 이를 테스트하기 위한 시스템
US10175276B2 (en) 2014-11-26 2019-01-08 Sense Labs, Inc. Identifying and categorizing power consumption with disaggregation
FR3029703B1 (fr) 2014-12-09 2017-12-15 Legrand France Dispositif de prise electrique comprenant au moins un element de verrouillage et deverrouillage
US9608538B2 (en) 2014-12-19 2017-03-28 Distech Controls Inc. Common zero volt reference AC / DC power supply with positive and negative rectification and method of operation thereof
US9696374B2 (en) 2014-12-19 2017-07-04 Hubbell Incorporated GFCI self test software for autonomous monitoring and fail safe power denial
US9791112B2 (en) 2014-12-24 2017-10-17 Bridgelux, Inc. Serial and parallel LED configurations for linear lighting modules
WO2016110833A2 (en) 2015-01-06 2016-07-14 Cmoo Systems Itd. A method and apparatus for power extraction in a pre-existing ac wiring infrastructure
US9439318B2 (en) 2015-01-23 2016-09-06 Liang Light Chen Electrical receptacle controller
US9443845B1 (en) 2015-02-23 2016-09-13 Freescale Semiconductor, Inc. Transistor body control circuit and an integrated circuit
US10453098B2 (en) 2015-03-04 2019-10-22 Google Llc Privacy-aware personalized content for the smart home
US10114351B2 (en) 2015-03-05 2018-10-30 Google Llc Smart-home automation system that suggests or autmatically implements selected household policies based on sensed observations
US10212251B2 (en) 2015-03-16 2019-02-19 Invensense, Inc. Method and system for generating exchangeable user profiles
JP6470083B2 (ja) 2015-03-20 2019-02-13 ローム株式会社 スイッチ駆動装置、発光装置、車両
US10276321B2 (en) 2015-04-06 2019-04-30 Atom Power, Inc. Dynamic coordination of protection devices in electrical distribution systems
US9490996B1 (en) 2015-04-17 2016-11-08 Facebook, Inc. Home automation device
US9742185B2 (en) 2015-04-28 2017-08-22 General Electric Company DC circuit breaker and method of use
US10489862B2 (en) 2015-05-18 2019-11-26 Lookout, Inc. Systems and methods for computing device protection
CA2986572C (en) 2015-05-21 2020-12-29 Cloudtraq Llc Identification, location, and authentication systems and methods
US9774182B2 (en) 2015-06-09 2017-09-26 The United States Of America As Represented By Secretary Of The Navy Intelligent solid-state integrated crowbar/circuit breaker
KR102303984B1 (ko) 2015-06-22 2021-09-23 삼성전자 주식회사 이동 통신 시스템에서 전자 기기의 가입 방법 및 장치
US20170019969A1 (en) 2015-07-17 2017-01-19 EPtronics, Inc. Ac led light engine
US10181959B2 (en) 2015-07-27 2019-01-15 International Business Machines Corporation Methods and systems for mindful home automation
US10122718B2 (en) 2015-08-21 2018-11-06 Arm Ip Limited Data access and ownership management
US10468985B2 (en) 2015-08-27 2019-11-05 Fairchild Semiconductor Corporation Input AC line control for AC-DC converters
EP3367761B1 (en) 2015-09-04 2020-05-27 Lutron Technology Company LLC Load control device for high-efficiency loads
WO2017040840A1 (en) 2015-09-04 2017-03-09 Pcms Holdings, Inc. User interface method and apparatus for networked devices
US10759467B2 (en) 2015-09-18 2020-09-01 Mitsubishi Electric Corporation Integrated electric power steering apparatus
US20170099647A1 (en) 2015-10-05 2017-04-06 Nebulae LLC Systems and Methods for Registering Devices in a Wireless Network
US9679453B2 (en) 2015-10-20 2017-06-13 Vivint, Inc. System and methods for correlating sound events to security and/or automation system operations
US9502832B1 (en) 2015-12-07 2016-11-22 Mustafa Majeed Ullahkhan Duplex receptacle having a plurality of LEDs to illuminate the sockets
JP6632358B2 (ja) 2015-12-11 2020-01-22 エイブリック株式会社 増幅回路及びボルテージレギュレータ
CN105450655B (zh) 2015-12-14 2019-05-28 小米科技有限责任公司 设备绑定方法和装置
GB201522651D0 (en) 2015-12-22 2016-02-03 Rolls Royce Controls & Data Services Ltd Solid state power control
US10091017B2 (en) 2015-12-30 2018-10-02 Echostar Technologies International Corporation Personalized home automation control based on individualized profiling
CN108475322B (zh) 2016-01-08 2022-10-11 德国电信股份有限公司 用于增强型机器类型通信的方法和设备
US11546231B2 (en) 2016-01-27 2023-01-03 Starry, Inc. Network management system and method for access network
US10109997B2 (en) 2016-02-19 2018-10-23 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Fault current limiter having self-checking power electronics and triggering circuit
US10168673B2 (en) 2016-03-01 2019-01-01 International Business Machines Corporation Analytic-based energy consumption control
EP3424066B1 (en) * 2016-03-01 2020-12-23 Atom Power, Inc. Hybrid air-gap / solid-state circuit breaker
US20170256956A1 (en) 2016-03-04 2017-09-07 Qualcomm Incorporated Multi-impedance rectification for wireless power transfer
US10474636B2 (en) 2016-03-25 2019-11-12 Amazon Technologies, Inc. Block allocation for low latency file systems
US9836243B1 (en) 2016-03-31 2017-12-05 EMC IP Holding Company LLC Cache management techniques
US10148759B2 (en) 2016-04-04 2018-12-04 Gogo Llc Presence-based network authentication
MX2018012988A (es) 2016-05-07 2019-08-14 Intelesol Llc Interruptor de circuito de estado solido para perturbacion de linea.
JP6938620B2 (ja) 2016-05-07 2021-09-22 インテレソル，エルエルシー 高効率ａｃ−ｄｃコンバータおよび方法
US11050236B2 (en) 2016-05-12 2021-06-29 Intelesol, Llc Solid-state line disturbance circuit interrupter
EP3455938B1 (en) 2016-05-12 2023-06-28 Intelesol, LLC Electronic switch and dimmer
EP3249815B1 (en) 2016-05-23 2019-08-28 NXP USA, Inc. Circuit arrangement for fast turn-off of bi-directional switching device
WO2017204898A1 (en) 2016-05-24 2017-11-30 Cooper Technologies Company Switch based lighting control
US10863324B2 (en) 2016-06-16 2020-12-08 Oath Inc. Mobile content delivery optimization
DK3473023T3 (da) 2016-06-20 2023-02-06 Ericsson Telefon Ab L M Overvågning af objekter, der er i stand til trådløs kommunikation
US10763747B2 (en) * 2016-07-19 2020-09-01 Microchip Technology Incorporated Controlled adaptive power limiter
FR3054340B1 (fr) 2016-07-22 2020-01-10 Overkiz Procede de configuration, de controle ou de supervision d’une installation domotique
US10049515B2 (en) 2016-08-24 2018-08-14 Echostar Technologies International Corporation Trusted user identification and management for home automation systems
WO2018075726A1 (en) 2016-10-20 2018-04-26 Intelesol, Llc Building automation system
CN114280359A (zh) 2016-10-28 2022-04-05 因特莱索有限责任公司 具有控制的负载识别ac电源及方法
CN110402535B (zh) 2016-10-28 2022-04-19 因特莱索有限责任公司 高效率交流直接到直流提取转换器及方法
USD814424S1 (en) 2016-11-10 2018-04-03 Thomas DeCosta Duplex receptacle housing
US10492067B2 (en) 2016-11-18 2019-11-26 Siemens Industry, Inc. Secure access authorization method
US20180174076A1 (en) 2016-12-21 2018-06-21 Shuji Fukami Automated Property Management, Authorized Entry, and Reservation System Platform
US10191812B2 (en) 2017-03-30 2019-01-29 Pavilion Data Systems, Inc. Recovery mechanism for low latency metadata log
US10397005B2 (en) 2017-03-31 2019-08-27 Intel Corporation Using a trusted execution environment as a trusted third party providing privacy for attestation
US10223272B2 (en) 2017-04-25 2019-03-05 Seagate Technology Llc Latency sensitive metadata object persistence operation for storage device
US20180342329A1 (en) 2017-05-24 2018-11-29 Happie Home, Inc. Happie home system
US10707669B2 (en) * 2017-05-30 2020-07-07 Eaton Intelligent Power Limited Grounded neutral detection circuit and circuit interrupter including the same
US10511576B2 (en) 2017-06-08 2019-12-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Privacy as a service by offloading user identification and network protection to a third party
WO2018227121A1 (en) 2017-06-09 2018-12-13 Lutron Electronics Co., Inc. Motor control device
US10700864B2 (en) 2017-07-12 2020-06-30 International Business Machines Corporation Anonymous encrypted data
US10541618B2 (en) 2017-08-09 2020-01-21 Infineon Technologies Austria Ag Method and apparatus for measuring at least one of output current and output power for isolated power converters
US11151283B2 (en) 2017-09-15 2021-10-19 Sap Se Secure data analysis in multitenant applications
US20190086979A1 (en) 2017-09-18 2019-03-21 Lite-On Electronics (Guangzhou) Limited Monitoring apparatus, monitoring system and monitoring method
US10673871B2 (en) 2017-10-04 2020-06-02 New Context Services, Inc. Autonomous edge device for monitoring and threat detection
WO2019084510A1 (en) 2017-10-27 2019-05-02 Guy Hendel MOBILE DEVICE SECURITY MONITORED IN REAL TIME
US10819336B2 (en) 2017-12-28 2020-10-27 Intelesol, Llc Electronic switch and dimmer
US11259176B2 (en) 2018-02-08 2022-02-22 Signify Holding B.V. Method of and a system and node device for locating information available at a node device in a network of communicatively interconnected node devices
US10587400B2 (en) 2018-02-12 2020-03-10 Afero, Inc. System and method for securely configuring a new device with network credentials
US10812282B2 (en) 2018-02-15 2020-10-20 Intelesol, Llc Multifunctional system integrator
USD881144S1 (en) 2018-05-10 2020-04-14 Mark Telefus Electrical outlet dongle
USD879056S1 (en) 2018-05-10 2020-03-24 Mark Telefus Electrical outlet dongle
US20190355014A1 (en) 2018-05-15 2019-11-21 Amber Solutions, Inc. Predictive analytics system
US11075515B2 (en) 2018-06-05 2021-07-27 Nuvolta Technologies (Hefei) Co., Ltd. Overvoltage protection device and method thereof
US20200014379A1 (en) 2018-07-07 2020-01-09 Intelesol, Llc Solid State Power Interrupter
US11581725B2 (en) 2018-07-07 2023-02-14 Intelesol, Llc Solid-state power interrupters
US11056981B2 (en) 2018-07-07 2021-07-06 Intelesol, Llc Method and apparatus for signal extraction with sample and hold and release
US11477209B2 (en) 2018-08-08 2022-10-18 Amber Semiconductor, Inc. Managing access rights of transferable sensor systems
US11197153B2 (en) 2018-09-27 2021-12-07 Amber Solutions, Inc. Privacy control and enhancements for distributed networks
US10951435B2 (en) 2018-09-27 2021-03-16 Amber Solutions, Inc. Methods and apparatus for determining preferences and events and generating associated outreach therefrom
US10936749B2 (en) 2018-09-27 2021-03-02 Amber Solutions, Inc. Privacy enhancement using derived data disclosure
US10993082B2 (en) 2018-09-27 2021-04-27 Amber Solutions, Inc. Methods and apparatus for device location services
US11205011B2 (en) 2018-09-27 2021-12-21 Amber Solutions, Inc. Privacy and the management of permissions
US10985548B2 (en) 2018-10-01 2021-04-20 Intelesol, Llc Circuit interrupter with optical connection
US11349296B2 (en) 2018-10-01 2022-05-31 Intelesol, Llc Solid-state circuit interrupters
US10887447B2 (en) 2018-10-10 2021-01-05 Amber Solutions, Inc. Configuration and management of smart nodes with limited user interfaces
US11463274B2 (en) 2018-11-07 2022-10-04 Amber Semiconductor, Inc. Third party application enablement for node networks deployed in residential and commercial settings
US11336096B2 (en) 2018-11-13 2022-05-17 Amber Solutions, Inc. Managing power for residential and commercial networks
US11348421B2 (en) 2018-12-14 2022-05-31 Invue Security Products Inc. Wireless tracking system for merchandise security
JP7475351B2 (ja) 2018-12-17 2024-04-26 インテレソール エルエルシー Ａｃ駆動型の発光ダイオードシステム
US11336199B2 (en) 2019-04-09 2022-05-17 Intelesol, Llc Load identifying AC power supply with control and methods
US11348752B2 (en) 2019-05-18 2022-05-31 Amber Solutions, Inc. Intelligent circuit breakers with air-gap and solid-state switches
US10645536B1 (en) 2019-05-29 2020-05-05 Royal Caribbean Cruises Ltd. Object location and tracking

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1246208A (zh) * 1996-12-17 2000-03-01 瑞典通用电器勃朗勃威力公司 包括用于开关电源的火花隙的开关设备
US20050185353A1 (en) * 2003-06-06 2005-08-25 Electronic Theatre Controls, Inc. Overcurrent protection for solid state switching system
US20140097809A1 (en) * 2012-10-05 2014-04-10 Schneider Electric Industries Sas Reactive power compensator
US20160069933A1 (en) * 2012-12-31 2016-03-10 Veris Industries, Llc Power meter with automatic configuration
US20160126031A1 (en) * 2014-11-04 2016-05-05 Matthew Wootton Intelligent Electrical Switch
CN108075449A (zh) * 2016-11-18 2018-05-25 通用电气航空系统有限公司 用于保护固态功率控制器的系统和方法
US20190103742A1 (en) * 2017-10-03 2019-04-04 Atom Power, Inc. Solid-state circuit interrupter and arc inhibitor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116819151A (zh) * 2023-08-28 2023-09-29 北京智芯微电子科技有限公司 低压配电开关及供电设备
CN116819151B (zh) * 2023-08-28 2024-01-23 北京智芯微电子科技有限公司 低压配电开关及供电设备

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