CN116598991A - 安全故障保护装置、电连接设备和用电器 - Google Patents

Abstract

一种安全故障保护装置包括：输入端和输出端；开关模块，配置为控制输入端与输出端之间的电力连接；GFCI故障检测模块，配置为当检测载流线存在故障漏电流时生成接地故障信号；AFCI故障检测模块，配置为当检测载流线存在有害电弧时生成电弧故障信号；驱动模块，配置为响应于接地故障信号和/或电弧故障信号，驱动开关模块断开输入端与输出端之间的电力连接；故障传递模块，配置为响应电弧故障信号生成模拟故障漏电流；以及监控模块，被配置为生成模拟有害电弧，用于检测安全故障保护装置功能是否完好。本公开的技术可在同一装置内集成GFCI功能和AFCI功能，并可同时检测两个功能的完整性，提高用户操作的便利性。

Description

安全故障保护装置、电连接设备和用电器

技术领域

本公开属于电气领域，尤其涉及一种集成GFCI和AFCI功能的安全故障保护装置、电连接设备和用电器。

背景技术

随着人们安全意识的提高，为了防止发生触电危险的发生会选择安装接地故障保护装置(GFCI)，同时为了防止电路老化等原因引起的火灾发生又要安装电弧故障保护装置(AFCI)，这给用户安装和使用带来了一定的不便。

发明内容

基于上述问题，本公开提出了一种安全故障保护装置，该安全故障保护装置集成了GFCI和AFCI功能，并可同时检测两个功能的完整性，提高了用户操作的便利性。

本公开的第一方面提出了一种安全故障保护装置，包括：输入端，输出端；开关模块，耦合在输入端与输出端之间，并被配置为控制输入端与输出端之间的电力连接；GFCI故障检测模块，被配置为当检测载流线存在故障漏电流时生成接地故障信号；AFCI故障检测模块，被配置为当检测载流线存在有害电弧时生成电弧故障信号；驱动模块，被配置为响应于接地故障信号和/或电弧故障信号，驱动开关模块断开输入端与输出端之间的电力连接；故障传递模块，被配置为响应于电弧故障信号，生成模拟故障漏电流；以及监控模块，被配置为生成模拟有害电弧，用于检测安全故障保护装置的功能是否完好。

在一个优选的实施方式中，GFCI故障检测模块包括：漏电处理模块，被配置为检测载流线上的故障漏电流，当故障漏电流超过设定阈值时生成接地故障信号；以及自检模块，被配置为周期性地生成模拟故障漏电流，用于检测漏电处理模块的功能是否完好。

在一个优选的实施方式中，AFCI故障检测模块包括：电弧处理模块，被配置为检测载流线上的电弧信号，当载流线存在有害电弧时生成电弧故障信号；以及窗口选通模块，耦合于电弧处理模块，并被配置为配合电弧处理模块判断载流线上的电流信号是否存在有害电弧。

在一个优选的实施方式中，窗口选通模块被配置为输出窗口选通信号，所述电弧处理模块被配置为基于所述窗口选通信号检测所述载流线上的电弧信号。

在一个优选的实施方式中，安全故障保护装置还包括：报警模块，被配置为响应于所述接地故障信号和/或电弧故障信号，发出对应的报警指示。

在一个优选的实施方式中，安全故障保护装置还包括：辅助开关，被配置为在开关模块复位时消除报警模块发出的报警指示。

在一个优选的实施方式中，监控模块被配置为生成模拟有害电弧以检测AFCI故障检测模块的功能是否完好；并且故障传递模块被配置为响应于电弧故障信号生成模拟故障漏电流以检测GFCI故障检测模块的功能是否完好。

本公开的第二方面提出了一种安全故障保护装置，包括：输入端，输出端；开关模块，耦合在输入端与输出端之间，并被配置为控制输入端与输出端之间的电力连接；GFCI故障检测模块，被配置为当检测载流线存在故障漏电流时生成接地故障信号；AFCI故障检测模块，被配置为当检测载流线存在有害电弧时生成电弧故障信号；驱动模块，被配置为响应于接地故障信号和/或电弧故障信号，驱动开关模块断开输入端与输出端之间的电力连接；故障传递模块，被配置为响应于接地故障信号，生成模拟有害电弧；以及监控模块，被配置为生成模拟故障漏电流，用于检测安全故障保护装置的功能是否完好。

在一个优选的实施方式中，GFCI故障检测模块包括：漏电处理模块，被配置为检测载流线上的故障漏电流，当故障漏电流超过设定阈值时生成接地故障信号；以及自检模块，被配置为周期性地生成模拟故障漏电流，用于检测漏电处理模块的功能是否完好。

在一个优选的实施方式中，AFCI故障检测模块包括：电弧处理模块，被配置为检测载流线上的电弧信号，当载流线存在有害电弧时生成电弧故障信号；以及窗口选通模块，耦合于电弧处理模块，并被配置为配合电弧处理模块判断载流线上的电流信号是否存在有害电弧。

在一个优选的实施方式中，窗口选通模块被配置为输出窗口选通信号，所述电弧处理模块被配置为基于所述窗口选通信号检测所述载流线上的电弧信号。

在一个优选的实施方式中，安全故障保护装置还包括：报警模块，被配置为响应于所述接地故障信号和/或电弧故障信号，发出对应的报警指示。

在一个优选的实施方式中，安全故障保护装置还包括：辅助开关，被配置为在开关模块复位时消除报警指示。

在一个优选的实施方式中，监控模块被配置为生成模拟故障漏电流以检测GFCI故障检测模块的功能是否完好；并且故障传递模块被配置为响应于接地故障信号生成模拟有害电弧以检测AFCI故障检测模块的功能是否完好。

本公开的第三方面提出了一种电连接设备，所述电连接设备包括：壳体；以及根据第一方面或第二方面的各实施例中任一项所述的安全故障保护装置，所述安全故障保护装置容纳在所述壳体中。

本公开的第四方面提出了一种用电器，所述用电器包括：负载设备；以及电连接设备，其耦合在载流线与所述负载设备之间，用于向所述负载设备供电，其中，所述电连接设备包括根据第一方面或第二方面的各实施例中任一项所述的安全故障保护装置。

在本公开中，通过在同一个装置内集成GFCI功能和AFCI功能可以为用户安装和使用带来便利性，同时通过故障传递模块可以同时检测GFCI和AFCI两个功能的完整性，一定程度上提高了用户操作的便利性。

附图说明

参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。另外，架构图中每个框之间的连线表示两个框之间是电气耦合，两个框之间没有连线并不表示该两个框没有耦合。

图1示出了根据本公开一实施例的安全故障保护装置的架构框图；

图2示出了根据本公开一实施例的安全故障保护装置的架构框图；

图3示出了根据本公开的图1和图2的安全故障保护装置的第一示例性电路图；

图4示出了根据本公开的图1和图2的安全故障保护装置的第二示例性电路图；

图5示出了根据本公开的一个实施例的安全故障保护装置的架构框图；

图6示出了根据本公开的一个实施例的安全故障保护装置的架构框图；以及

图7示出了根据本公开的图5和图6的安全故障保护装置的示例性电路图。

附图标记说明：

输入端1、1'

输出端2、2'

开关模块3、3'

GFCI故障检测模块4、4'

漏电处理模块41、41'

自检模块42、42'

AFCI故障检测模块5、5'

电弧处理模块51、51'

窗口选通模块52、52'

驱动模块6、6'

故障传递模块7、7'

监控模块8、8'

报警模块9、9'

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。

在介绍本公开的实施例之前，首先对本公开中涉及到的部分术语进行解释，以便更好地理解本公开。

本公开所使用的术语“连接”、“耦合”或“耦接”及类似术语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“一个”、“一组”或者“一”等类似的词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

本公开所使用的术语“包括”、“包含”及类似术语应该被理解为是开放性的术语，即“包括/包含但不限于”，表示还可以包括其他内容。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”等等。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本公开中，晶体管可指任何结构的晶体管，例如场效应晶体管(FET)、双极型晶体管(BJT)或可控硅等。当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极；当晶体管为双极型晶体管时，其控制极是指双极型晶体管的基极，第一极可以为双极型晶体管的集电极或发射极，对应的第二极可以为双极型晶体管的发射极或集电极；当晶体管为可控硅时，其控制极是指可控硅的控制极G，第一极为阳极，第二极为阴极。例如，开关半导体器件可以包括晶体管或类似功能的器件。

在本公开中，自检模块生成的模拟漏电流信号为周期性信号，其持续时间较短，因此，虽然漏电处理模块可以检测到该模拟漏电流信号，但不需要安全故障保护装置断开电力连接。

本公开旨在提出一种安全故障保护装置，该装置集成了GFCI功能和AFCI功能，并可同时检测两个功能的完整性，提高了用户操作的便利性。

图1示出了根据本公开一实施例的安全保护装置100的架构框图。

如图1所示，安全故障保护装置100包括输入端1、输出端2、开关模块3、GFCI故障检测模块4、AFCI故障检测模块5、驱动模块6、故障传递模块7以及监控模块8。开关模块3耦合在输入端1与输出端2之间，载流线(也称供电线路)连接输入端1与输出端2，包括用于连接到电网火线的第一载流线L(HOT)和用于连接到电网零线的第二载流线N(WHITE)。输出端2耦接到负载(LOAD)，诸如用电器或接线板，在负载用电时，在第一载流线和第二载流线之间形成电流回路。GFCI故障检测模块4耦合在输入端1与输出端2之间，用于检测载流线上是否存在故障漏电流，并在检测到载流线存在故障漏电流时生成接地故障信号。AFCI故障检测模块5耦接到载流线，用于检测载流线上是否存在有害电弧，并在检测到载流线存在有害电弧时生成电弧故障信号。故障传递模块7耦接在AFCI故障检测模块5与GFCI故障检测模块4之间，用于响应于电弧故障信号生成第一模拟故障漏电流。监控模块8用于生成模拟有害电弧，用于检测安全故障保护装置100的功能(即，GFCI功能和/或AFCI功能)是否完好。驱动模块6耦接到GFCI故障检测模块4，用于响应于接地故障信号和/或电弧故障信号，驱动开关模块3断开输入端1与输出端2之间的电力连接。也就是说，如果GFCI故障检测模块4能够检测到故障漏电流和AFCI故障检测模块5能够检测到有害电弧，并使驱动模块6驱动开关模块3断开电力连接，表示安全故障保护装置100的功能完好(即，表示其能正常工作)，否则其功能异常(即，表示未正常工作)。

图2示出了根据本公开一实施例的安全故障保护装置200的架构框图。

安全故障保护装置200类似于图1的安全故障保护装置100，包括开关模块3、GFCI故障检测模块4、AFCI故障检测模块5、驱动模块6、故障传递模块7以及监控模块8。如图2所示，GFCI故障检测模块4包括漏电处理模块41和自检模块42。漏电处理模块41被配置为检测载流线上的故障漏电流，当故障漏电流超过设定阈值时生成接地故障信号。自检模块42被配置为周期性地生成第二模拟故障漏电流，用于检测漏电处理模块41的功能是否完好。如图2所示，AFCI故障检测模块5包括电弧处理模块51和窗口选通模块52。电弧处理模块51被配置为检测载流线上的电弧信号，当载流线存在有害电弧时生成电弧故障信号。窗口选通模块52耦合于电弧处理模块51，并被配置为配合电弧处理模块51判断载流线上的电流信号是否存在有害电弧。安全故障保护装置200可选地包括报警模块9，用于响应于接地故障信号和/或电弧故障信号，发出对应的报警指示(例如，显示报警信号、声音报警信号等)，例如用于指示是否发生接地故障和/或电弧故障。

图3示出了根据本公开的图1和图2的安全故障保护装置的第一示例性电路300。电路300包括开关模块3、GFCI故障检测模块4(包括漏电处理模块41和自检模块42)、AFCI故障检测模块5(包括电弧处理模块51和窗口选通模块52)、驱动模块6、故障传递模块7、监控模块8及报警模块9。

如图3所示，安全故障保护装置耦合在载流线的输入端LINE与输出端LOAD、插座之间。载流线包括第一载流线HOT和第二载流线WHITE。开关模块3包括设置在输入端LINE与输出端LOAD、插座之间的复位开关RESET。

GFCI故障检测模块4的漏电处理模块41包括中性线检测环ZCT2、漏电检测环ZCT1、漏电检测芯片或处理器U1、整流桥DB1及与上述元器件组合使用的电阻、电容等。漏电检测环CT1穿过第一载流线HOT和第二载流线WHITE，以用于检测第一载流线HOT和第二载流线WHITE是否存在漏电流，采集上述漏电流并将其发送到漏电检测单元U1，使得漏电检测芯片U1将漏电流与设定阈值比较，并在漏电流超过设定阈值时生成接地故障信号。GFCI故障检测模块4的自检模块42包括开关半导体Q4、稳压管ZD1、二极管D1及与上述元器件组合使用的周边电路元件等。

AFCI故障检测模块5的电弧处理模块51包括电流互感器CT1、滤波电路(电容C7、C8、C10和电阻R5、R9、R14)、电弧检测芯片IC1及与上述元器件组合使用的周边器件等。电弧处理模块51被配置为检测载流线上的电弧信号，当载流线存在有害电弧时生成电弧故障信号。AFCI故障检测模块5的窗口选通模块52耦合到电弧处理模块51，并被配置为配合电弧处理模块51判断载流线上的电流信号是否存在有害电弧。窗口选通模块52被配置为输出窗口选通信号，电弧处理模块(51)被配置为基于窗口选通信号检测载流线上的电弧信号。窗口选通模块52可有助于电弧处理模块51通过形成的电弧脉冲判断是否发生电弧故障，缩小判断范围，提高判断精度，并且屏蔽可能的干扰信号，从而避免引发错误的电弧检测。

驱动模块6包括螺线管SOL和至少一个开关半导体。在图3的实施例中，至少一个开关半导体实现为并联的开关半导体Q1和Q2(例如，晶体管)。在其他实施例中，该至少一个开关半导体可以实现为更多或更少的晶体管。螺线管SOL耦接到输入端LINE(例如，第一载流线HOT)，并耦接到该至少一个开关半导体Q1、Q2。螺线管SOL产生用于驱动复位开关RESET的电磁力。在图3的实施例中，开关半导体Q1、Q2的输入端耦接到螺线管SOL，其控制端耦接到漏电检测芯片U1的引脚5和自检模块42。

故障传递模块7包括开关半导体Q3和电阻R13，被配置为响应于电弧故障信号，生成模拟故障漏电流(不同于下文描述的自检模块42生成的模拟漏电流)。

监控模块8耦接到载流线，包括试验开关7和电阻R17，被配置为生成模拟有害电弧，用于检测安全故障保护装置的功能(GFCI功能和/或AFCI功能)是否完好。

报警模块9耦接到GFCI故障检测模块4和AFCI故障检测模块5。报警模块9包括开关半导体Q7、发光二极管LED3的串联回路和开关半导体Q8、发光二极管LED2的串联回路、辅助开关SW。发光二极管LED2、LED3的上端连接到二极管D4，辅助开关SW耦接在二极管D4与地之间。报警模块9被配置为响应于接地故障信号和/或电弧故障信号，发出对应的报警指示。辅助开关SW被配置为在开关模块3复位时消除报警模块9发出的报警指示。

电路300在进行零序电流检测时，复位开关RESET闭合。当第一载流线HOT和第二载流线WHITE电流平衡时，漏电检测环ZCT1不会产生不平衡电流。当载流线(第一载流线HOT或第二载流线WHITE)上出现零序电流故障时，漏电检测环ZCT1检测到该零序电流故障信号，产生相应的感应信号。漏电检测环ZCT1耦合至漏电检测芯片U1的引脚1和3，将该感应信号传递给漏电检测芯片U1。当零序电流故障信号大于设定阈值时，漏电检测芯片U1的引脚5输出高电平(接地故障信号)，反之输出低电平。漏电检测芯片U1的引脚5的高电平经由二极管D2和电阻R8被提供给驱动模块6的开关半导体Q1和Q2的控制端，触发开关半导体Q1和/或Q2导通，进而使螺线管SOL的线圈上产生电流变化，因此产生电磁力，驱动复位开关RESET断开载流线的输入端与输出端之间的电力连接。另一方面，漏电检测芯片U1的引脚5耦接到报警模块9，报警模块9包括电阻R30、开关半导体Q7和LED3，漏电检测芯片U1的引脚5的高电平还经由电阻R30被提供给开关半导体Q7的控制端，触发开关半导体Q7导通并使其保持导通，进而LED3中流过电流，因此点亮，即发出显示报警信号，提醒用户发生零序电流故障(接地故障)。在其他示例中，LED3可以被替换为蜂鸣器或扬声器(未示出)，使得蜂鸣器或扬声器发出声音报警信号。由于漏电检测芯片U1的引脚5的高电平既被提供给驱动模块6，也被提供给报警模块9，因此，如果电路300发生故障(例如，驱动模块6发生故障)导致脱扣功能丧失，即无法断开载流线的输入端与输出端之间的连接，仍可以通过报警模块9发出报警信号提醒用户。

电路300的自检模块42提供自检功能，以检测漏电处理模块41的功能是否完好。第一载流线HOT通过螺线管SOL-二极管D1-电阻R6-LED1给电容C9充电，当经过设定时间段后，电容C9上端电压超过稳压管ZD1触发电压，稳压管ZD1导通，电流经由电阻R1产生模拟的零序故障电流信号，漏电检测芯片U1检测到该零序故障电流信号，产生相应的感应信号。漏电检测芯片U1的引脚5输出高电平(自检故障信号)。漏电检测芯片U1的引脚5的高电平被提供给开关半导体Q4的控制端，触发开关半导体Q4导通，电容C9通过开关半导体Q4放电，其上端电压快速下降，当下降到小于稳压二极管ZD1的触发电压时，稳压二极管ZD1截止，不再产生模拟的零序电流故障信号，漏电检测芯片U1的引脚5输出低电平。此过程时间极短，通过预先设定电容C12的容量，使得电容C12的上端电压在此过程中缓慢地增加，而不触发开关半导体Q1和Q2导通，因此开关半导体Q1和Q2在此过程中不会导通，不会影响电路300的正常工作。如果漏电检测环ZCT1发生故障，则漏电检测芯片U1的引脚5不会输出高电平，则开关半导体Q4保持在截止状态，电容C9持续触发稳压二极管ZD1导通，电流经过R4持续给电容C12充电，使电容C12上端电压持续上升，触发开关半导体Q1和/或Q2导通，进而使螺线管SOL的线圈中产生电流变化，因此产生电磁力，驱动复位开关RESET断开，从而断开载流线的输入端与输出端之间的电力连接，同时发光二极管LED1点亮，提醒用户电路300存在故障，需及时更换装置。

电路300在进行电弧检测时，复位开关RESET闭合。当载流线上出现电弧故障时，电流互感器CT1检测到该电弧故障信号，将电弧故障信号转换为次级电流信号，经并联的电阻R3转换为次级电压信号，然后经电容C7、C8、C10和电阻R2、R3、R5进行滤波后保留电弧特征信号(例如，电弧所在频段的电压波形)，稳压二极管ZD2对输出电压波形进行限压。窗口选通模块52产生具有一定占空比的周期信号，对该电压信号进行窗口选通，电弧检测芯片IC1基于该电压信号判断检测到的电弧故障是否为有害电弧故障。如果判断为有害电弧故障，则电弧检测芯片IC1的引脚1输出高电平(电弧故障信号)，反之输出低电平。电弧检测芯片IC1的引脚1的高电平经由电阻R24被提供给开关半导体Q3的控制端，触发开关半导体Q3导通，电流经由第一载流线HOT-螺线管SOL-电阻R13-开关半导体Q3-漏电检测环ZCT1-整流桥DB-第二载流线WHITE形成模拟漏电流，漏电检测环ZCT1检测到模拟漏电流后经由漏电检测芯片U1的引脚5示出高电平触发开关半导体Q1和/或Q2导通，进而使螺线管SOL的线圈上产生电流变化，因此产生电磁力，驱动复位开关RESET断开载流线的输入端与输出端之间的电力连接。另一方面，电弧检测芯片IC1的引脚1的高电平还经由电阻R28被提供给开关半导体Q8的控制端，触发开关半导体Q8导通并使其保持导通，进而LED2中流过电流，因此点亮，即发出显示报警信号，提醒用户发生电弧故障。

在复位时，用户手动按下复位开关RESET。通过机械结构的特殊设计，在按下复位开关RESET时，辅助开关SW同时也闭合，复位开关RESET在下行过程中受到金属片的阻挡无法继续下行。由于辅助开关SW闭合，发光二极管LED3上端的电压降低(通过二极管D4接地)，使得发光二极管LED3和开关半导体Q7中不再流过电流，发光二极管LED3熄灭，类似地，发光二极管LED2上端的电压降低(通过二极管D4接地)，使得发光二极管LED2和开关半导体Q8中不再流过电流，发光二极管LED2熄灭。另一方面，辅助开关SW的闭合也使得开关半导体Q3导通，触发开关半导体Q1和/或Q2导通，进而使螺线管SOL的线圈上产生电流变化，因此产生电磁力，驱动阻碍复位开关RESET下行的金属片移动，从而使得复位开关RESET在用户的按压下继续下行至锁扣位置，表示复位成功，用户的手离开复位开关RESET，辅助开关SW断开。在图3的本实施例中，通过同一个辅助开关SW，既能辅助复位开关RESET的复位，也能清除报警信号(接地故障报警和/或电弧故障报警)，使得电路简单化，并减小了所占据的空间，降低了成本。

电路300还可以进行GFCI功能和/或AFCI功能的测试。在测试时，复位开关RESET闭合。将监控模块8的试验开关TEST闭合，第一载流线HOT经由R17产生模拟的电弧故障信号，并提供给电弧检测芯片IC1的引脚10。如果AFCI故障检测模块5的功能完好，则电弧检测芯片IC1及其周边电路对其处理后判断为有害电弧故障，其引脚1输出高电平(电弧故障信号)。电弧检测芯片IC1的引脚1的高电平被提供给开关半导体Q3的控制端，触发开关半导体Q3导通产生模拟故障漏电流，当GFCI故障检测模块4的功能完好时，则漏电检测芯片U1的引脚5产生高电平，触发开关半导体Q1和/或Q2导通，使螺线管SOL得电驱动开关模块3的复位开关RESET断开输入与输出端的电力连接，最终表示整个装置功能完好。当AFCI故障检测模块的功能缺失时，则不能触发开关半导体Q3产生模拟故障漏电流，最终不会触发装置脱扣。类似地，当GFCI故障检测模块的功能缺失时，也不会触发装置脱扣。通过监控模块7和故障传递模块8进行GFCI功能和/或AFCI功能的测试，可以发现安全故障保护装置存在的故障，提醒用户及时更换装置。

图4示出了根据本公开的图1和图2的安全故障保护装置的第二示例性电路400。

电路400类似于图3的电路300，除了不包括图3的报警模块9，并且图4的辅助开关SW耦接在整流桥DB的引脚2与开关半导体Q1、Q2的控制端之间。图4中的辅助开关SW具有类似于图3的辅助开关SW在复位开关RESET时所起的作用，但不消除报警信号(因为电路400不包括报警模块)。

图5示出了根据本公开一实施例的安全保护装置500的架构框图。

如图5所示，安全故障保护装置500包括输入端1'、输出端2'、开关模块3'、GFCI故障检测模块4'、AFCI故障检测模块5'、驱动模块6'、故障传递模块7'以及监控模块8'。开关模块3'耦合在输入端1'与输出端2'之间，载流线(也称供电线路)连接输入端1'与输出端2'，包括用于连接到电网火线的第一载流线L(HOT)和用于连接到电网零线的第二载流线N(WHITE)。输出端2'耦接到负载(LOAD)，诸如用电器或接线板，在负载用电时，在第一载流线和第二载流线之间形成电流回路。GFCI故障检测模块4'耦合在载流线的输入端1'与输出端2'之间，用于检测载流线上是否存在故障漏电流，并在检测到载流线存在故障漏电流时生成接地故障信号。AFCI故障检测模块5'耦接到载流线，用于检测载流线上是否存在有害电弧，并在检测到载流线存在有害电弧时生成电弧故障信号。故障传递模块7'耦接在AFCI故障检测模块5'与GFCI故障检测模块4'之间，用于响应于接地故障信号生成模拟有害电弧。监控模块8'用于生成模拟故障漏电流，用于检测安全故障保护装置500的功能(即，GFCI功能和/或AFCI功能)是否完好。驱动模块6'耦接到GFCI故障检测模块4'，用于响应于接地故障信号和/或电弧故障信号，驱动开关模块3'断开输入端1'与输出端2'之间的电力连接。也就是说，如果GFCI故障检测模块4'能够检测到故障漏电流和AFCI故障检测模块5'能够检测到有害电弧，并使驱动模块6'驱动开关模块3'断开电力连接，表示安全故障保护装置500的功能完好(即，表示其能正常工作)，否则其功能异常(即，表示未正常工作)。

图6示出了根据本公开的一个实施例的安全故障保护装置600的架构框图。

安全故障保护装置600类似于图1的安全故障保护装置500，包括开关模块3'、GFCI故障检测模块4'、AFCI故障检测模块5'、驱动模块6'、故障传递模块7'以及监控模块8'。如图6所示，GFCI故障检测模块4'包括漏电处理模块41'和自检模块42'，类似于关于图2描述的漏电处理模块41和自检模块42。如图2所示，AFCI故障检测模块5'包括电弧处理模块51'和窗口选通模块52'，类似于关于图2描述的电弧处理模块51和窗口选通模块52。安全故障保护装置600可选地包括报警模块9'，类似于关于图2和图3描述的报警模块9。

图7示出了根据本公开的图5和图6的安全故障保护装置的示例性电路700。电路700包括开关模块3'、GFCI故障检测模块4'(包括漏电处理模块41'和自检模块42')、AFCI故障检测模块5'(包括电弧处理模块51'和窗口选通模块52')、驱动模块6'、故障传递模块7'、监控模块8'。

电路700的开关模块3'、GFCI故障检测模块4'(包括漏电处理模块41'和自检模块42')、AFCI故障检测模块5'(包括电弧处理模块51'和窗口选通模块52')、驱动模块6'类似于图3的电路300、图4的电路400的对应模块，不再详述。

故障传递模块7'包括开关半导体Q3和电阻R11，被配置为响应于接地故障信号，生成模拟有害电弧。

监控模块8'耦接到载流线，包括试验开关TEST和电阻R16，被配置为生成模拟故障漏电流，用于检测安全故障保护装置的功能(GFCI功能和/或AFCI功能)是否完好。

电路700在进行电弧检测时，复位开关RESET闭合。当载流线上出现电弧故障时，电弧处理模块51'的电流互感器CT1检测到该电弧故障信号，将电弧故障信号转换为次级电流信号，经并联的电阻R4转换为次级电压信号，然后经电容C7、C9、C12和电阻R7、R10、R14进行滤波后保留电弧特征信号(例如，电弧所在频段的电压波形)，稳压二极管ZD2对输出电压波形进行限压。窗口选通模块52'产生具有一定占空比的周期信号，对该电压信号进行窗口选通，电弧检测芯片IC1基于该电压信号判断检测到的电弧故障是否为有害电弧故障。如果判断为有害电弧故障，则电弧检测芯片IC1的引脚1输出高电平(电弧故障信号)，反之输出低电平。电弧检测芯片IC1的引脚1的高电平经由电阻R18被提供给开关半导体Q1、Q2的控制端，触发开关半导体Q1和/或Q2导通，使螺线管SOL得电，驱动开关模块3'的复位开关RESET断开输入与输出端的电力连接。

电路700在进行零序电流检测时，复位开关RESET闭合。当载流线上出现零序电流故障时，漏电检测环ZCT1将零序电流信号转换次级信号，经漏电检测芯片U1处理后，若超过设定阈值，则芯片U1的引脚5输出高电平，触发故障传递模块7'的开关半导体Q3导通，电流经电阻R11流入电弧处理模块51'，模拟有害电弧的产生，电弧检测芯片IC1及周边电路判定为电弧故障时，芯片IC1的引脚1发出高电平触发开关半导体Q1和/或Q2导通，使螺线管SOL得电，驱动开关模块3'的复位开关RESET断开输入与输出端的电力连接。

在手动按下开关模块的复位开关RESET复位时，辅助开关SW闭合，触发开关半导体Q1和/或Q2导通，使螺线管SOL得电，一旦复位成功，辅助开关SW断开，类似于结合图3所描述的。

电路700还可以进行GFCI功能和/或AFCI功能的测试。在测试时，复位开关RESET闭合。将监控模块8'的试验开关TEST闭合，电流经电阻R16产生模拟故障漏电流，当GFCI故障检测模块的功能完好时，则漏电检测芯片U1的引脚5产生高电平，触发开关半导体Q3产生模拟故障电弧，当AFCI故障检测模块的功能完好时，则电弧检测芯片IC1的引脚1产生高电平，触发开关半导体Q1和/或Q2导通，使螺线管SOL得电，驱动开关模块的复位开关RESET断开输入与输出端的电力连接，最终表明整个装置功能完好。当GFCI故障检测模块的功能缺失时则不能触发开关半导体Q3产生模拟故障电弧，最终不会触发装置脱扣，类似地，当AFCI故障检测模块的功能缺失时，也不会触发装置脱扣。

电路700的自检模块42'还提供自检功能，以检测漏电处理模块41'的功能是否完好。第一载流线HOT通过螺线管SOL-二极管D1-电阻R5-LED给电容C11充电，当经过设定时间后，电容C11上端电压超过稳压管ZD1触发电压，稳压管ZD1导通，电流经电阻R2-漏电检测环ZCT1产生模拟漏电流，漏电检测芯片U1检测到电流信号，芯片U1的引脚5发出高电平，触发开关半导体Q4导通，电容C11上端电压快速下降，稳压管ZD1截止，芯片U1的引脚5变为低电平，此过程时间极短，通过匹配电容C8容量使得开关半导体Q3在此过程中不会导通。当漏电处理模块41'发生故障时漏电检测芯片的引脚5未发出高电平，则稳压管ZD1持续导通，电流经电阻R8使电容C8上端电压持续上升，导致开关半导体Q3导通，模拟有害电弧的产生，电弧检测芯片IC1的1脚发出高电平触发开关半导体Q1和/或Q2导通，使螺线管SOL得电，驱动开关模块的复位开关RESET断开输入与输出端的电力连接。

本公开还提出了一种电连接设备，包括：壳体；以及根据上述各实施例中任一个的安全故障保护装置，该安全故障保护装置容纳在壳体中。

本公开的第三方面提出了一种用电器，包括：负载设备；电连接设备，其耦合在供电线路与负载设备之间，用于向负载设备供电，电连接设备包括根据上述各实施例中任一个的安全故障保护装置。

因此，虽然参照特定的示例来描述了本发明，其中这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本发明进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和保护范围的基础上，可以对所公开的实施例进行改变、增加或者删除。

Claims (16)

1.一种安全故障保护装置，其特征在于，所述安全故障保护装置包括：

输入端，输出端；

开关模块，耦合在所述输入端与所述输出端之间，并被配置为控制所述输入端与所述输出端之间的电力连接；

GFCI故障检测模块，被配置为当检测载流线存在故障漏电流时生成接地故障信号；

AFCI故障检测模块，被配置为当检测所述载流线存在有害电弧时生成电弧故障信号；

驱动模块，被配置为响应于所述接地故障信号和/或所述电弧故障信号，驱动所述开关模块断开所述输入端与所述输出端之间的电力连接；

故障传递模块，被配置为响应于电弧故障信号，生成第一模拟故障漏电流；以及

监控模块，被配置为生成模拟有害电弧，用于检测所述安全故障保护装置的功能是否完好。

2.根据权利要求1所述的安全故障保护装置，其特征在于，所述GFCI故障检测模块包括：

漏电处理模块，被配置为检测所述载流线上的故障漏电流，当所述故障漏电流超过设定阈值时生成所述接地故障信号；以及

自检模块，被配置为周期性地生成第二模拟故障漏电流，用于检测所述漏电处理模块的功能是否完好。

3.根据权利要求1所述的安全故障保护装置，其特征在于，所述AFCI故障检测模块包括：

电弧处理模块，被配置为检测所述载流线上的电弧信号，当所述载流线存在有害电弧时生成所述电弧故障信号；以及

窗口选通模块，耦合于所述电弧处理模块，并被配置为配合所述电弧处理模块判断所述载流线上的电流信号是否存在有害电弧。

4.根据权利要求3所述的安全故障保护装置，其特征在于，所述窗口选通模块被配置为输出窗口选通信号，所述电弧处理模块被配置为基于所述窗口选通信号检测所述载流线上的电弧信号。

5.根据权利要求1所述的安全故障保护装置，其特征在于，所述安全故障保护装置还包括：

报警模块，被配置为响应于所述接地故障信号和/或电弧故障信号，发出对应的报警指示。

6.根据权利要求5所述的安全故障保护装置，其特征在于，所述安全故障保护装置还包括：

辅助开关，被配置为在所述开关模块复位时消除所述报警指示。

7.根据权利要求1所述的安全故障保护装置，其特征在于，

所述监控模块被配置为生成模拟有害电弧以检测所述AFCI故障检测模块的功能是否完好；并且

所述故障传递模块被配置为响应于电弧故障信号生成模拟故障漏电流以检测所述GFCI故障检测模块的功能是否完好。

8.一种安全故障保护装置，其特征在于，所述安全故障保护装置包括：

输入端，输出端；

开关模块，耦合在输入端与输出端之间，并被配置为控制所述输入端与所述输出端之间的电力连接；

GFCI故障检测模块，被配置为当检测载流线存在故障漏电流时生成接地故障信号；

AFCI故障检测模块，被配置为当检测所述载流线存在有害电弧时生成电弧故障信号；

驱动模块，被配置为响应于所述接地故障信号和/或所述电弧故障信号，驱动所述开关模块断开所述输入端与所述输出端之间的电力连接；

故障传递模块，被配置为响应于接地故障信号，生成模拟有害电弧；以及

监控模块，被配置为生成第一模拟故障漏电流，用于检测所述安全故障保护装置的功能是否完好。

9.根据权利要求8所述的安全故障保护装置，其特征在于，所述GFCI故障检测模块包括：

漏电处理模块，被配置为检测所述载流线上的故障漏电流，当所述故障漏电流超过设定阈值时生成所述接地故障信号；

自检模块，被配置为周期性地生成第二模拟故障漏电流，用于检测所述漏电处理模块的功能是否完好。

10.根据权利要求8所述的安全故障保护装置，其特征在于，所述AFCI故障检测模块包括：

电弧处理模块，被配置为检测所述载流线上的电弧信号，当所述载流线存在有害电弧时生成所述电弧故障信号；

窗口选通模块，耦合于所述电弧处理模块，并被配置为配合所述电弧处理模块判断所述载流线上的电流信号是否存在有害电弧。

11.根据权利要求10所述的安全故障保护装置，其特征在于，所述窗口选通模块被配置为输出窗口选通信号，所述电弧处理模块被配置为基于所述窗口选通信号检测所述载流线上的电弧信号。

12.根据权利要求8所述的安全故障保护装置，其特征在于，所述安全故障保护装置还包括：

报警模块，被配置为响应于所述接地故障信号和/或电弧故障信号，发出对应的报警指示。

13.根据权利要求12所述的安全故障保护装置，其特征在于，所述安全故障保护装置还包括：

辅助开关，被配置为在所述开关模块复位时消除所述报警指示。

14.根据权利要求8所述的安全故障保护装置，其特征在于，

所述监控模块被配置为生成模拟故障漏电流以检测所述GFCI故障检测模块的功能是否完好；并且

所述故障传递模块被配置为响应于接地故障信号生成模拟有害电弧以检测所述AFCI故障检测模块的功能是否完好。

15.一种电连接设备，其特征在于，所述电连接设备包括：

壳体；以及

根据权利要求1至7中任一项所述的安全故障保护装置或根据权利要求8至14中任一项所述的安全故障保护装置，所述安全故障保护装置容纳在所述壳体中。

16.一种用电器，其特征在于，所述用电器包括：

负载设备；

电连接设备，其耦合在载流线与所述负载设备之间，用于向所述负载设备供电，其中，所述电连接设备包括根据权利要求1至7中任一项所述的安全故障保护装置或根据权利要求8至14中任一项所述的安全故障保护装置。