JP2023504681A - 残留電流回路遮断器 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気回路（３００）用の残留電流回路遮断器ＲＣＣＢ（１００）に関する。ＲＣＣＢは、電源（３０２）と負荷（３０４）との間に互いに直列に連結された第一スイッチングデバイス（１０６）および第二スイッチングデバイス（１４０）を備える。第一スイッチングデバイス（１０６）は、負荷（３０４）に供給される電流ｉの値が第一スイッチングデバイス（１０６）のスイッチング電流ｉｓよりも大きいことを検出したときに、負荷（３０４）に電流が供給されないＯＦＦモードに切り替わるように構成される。第二スイッチングデバイス（１４０）は、負荷（３０４）に供給される電流ｉの漏れを検出したときに、負荷（３０４）が短絡されるＯＮモードに切り替わるように構成される。これにより、新たなＲＣＣＢアーキテクチャが提供される。漏電が検出されると、短絡が導入される。すなわち、負荷の電圧がゼロになり、回路内の電流によって人が危害を受けない。しかし、負荷が短絡されると、回路内に電流ラッシュが生じ、それにより第一スイッチングデバイスが回路を遮断するようトリガされ、その後回路内に電流が流れなくなる。本発明は、このような残留電流回路遮断器を備える回路およびそれに対応する方法にも関する。【選択図】図３ａ、図３ｂ

Description

本発明は、電気回路用の残留電流回路遮断器に関する。本発明は、このような残留電流回路遮断器を備える回路およびそれに対応する方法にも関する。

残留電流回路遮断器（ＲＣＣＢ：Ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｅａｋｅｒ）または残留電流デバイス（ＲＣＤ：ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ）は、当技術分野において周知である。対応する機能をもつデバイスを表すその他の語は、地絡回路インタラプタ、地絡インタラプタ、電化製品漏れ電流インタラプタ、および漏れ電流検出インタラプタである。

ＲＣＣＢおよびＲＣＤ等のデバイスの目的は、供給導体と戻り導体との間で電流が不均衡であるときに感電による人への危害を防ぐために電気回路を素早く遮断または切断することである。供給導体と戻り導体との間の電流の差は、感電の危険を生じる漏れ電流を示す。

通常、ＲＣＣＢおよびＲＣＤはテスト可能およびリセット可能なデバイスである。テストボタン等の機械入力手段が小さな漏れ状態を作り出し、故障状態が解消された後にリセットボタンが導体を再接続する。

本発明の実施形態の目的は、従来の解決策の欠点および問題を緩和または解決する解決策を提供することである。

上記目的およびさらなる目的は、独立請求項の主題によって解決される。本発明のさらに有利な実施形態は、従属請求項に見出すことができる。

本発明の第一態様によれば、上述の目的および他の目的は、電気回路用の残留電流回路遮断器ＲＣＣＢであって、回路の電源と負荷との間に連結されるように構成され、電源と負荷との間に互いに直列に連結された第一スイッチングデバイスおよび第二スイッチングデバイスを含み、
第一スイッチングデバイスは、負荷に供給される電流ｉの値が第一スイッチングデバイスのスイッチング電流ｉ_ｓよりも大きいことを検出したときに、負荷に電流が供給されないＯＦＦモードに切り替わるように構成され、
第二スイッチングデバイスは、負荷に供給される電流ｉの漏れを検出したときに、負荷が短絡されるＯＮモードに切り替わるように構成される、
ＲＣＣＢによって達成される。

第一スイッチングデバイスのスイッチング電流ｉ_ｓは、第一スイッチングデバイスがＯＮモードからＯＦＦモードに切り替えられる電流である。スイッチング電流は、例えば閾値電流値でありうる。一実装形態では、スイッチング電流は用途に応じて適切な値に動的に変更されうる。スイッチング電流の動的変化は、ソフトウェアソリューション、ハードウェアソリューション、またはソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって、例えば一つ以上の制御デバイスを通して制御されうる。第一スイッチングデバイスは、実施形態において電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタでありうるが、これはスイッチング時間が機械式スイッチのスイッチング時間よりもはるかに速いことを意味する。

第一態様によるＲＣＣＢは、新たなＲＣＣＢアーキテクチャを提供する。漏電が検出されると、第二スイッチングデバイスによって回路に短絡が導入され、したがって負荷が短絡される。これは、負荷の電圧がゼロになり、回路内の電流によって人が危害を受けないことを意味する。しかし、負荷が短絡されると、回路内に電流ラッシュが生じ、それにより第一スイッチングデバイスが回路を遮断するようトリガされ、その後回路内に電流が流れなくなる。電流ラッシュ中の電流は第一スイッチングデバイスのスイッチング電流よりも高くなるため、第一スイッチングデバイスが回路を遮断する。また、回路の遮断は、回路の遮断後に回路内に電流が通らないことから人が危害を受けないことを意味する。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、第二スイッチングデバイスは負荷と並列に連結される。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、第二スイッチングデバイスは、機械式スイッチと並列に連結された電子スイッチを備える。

電子スイッチは、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等のトランジスタでありうるが、これはスイッチング時間が機械式スイッチのスイッチング時間よりもはるかに速いことを意味する。

これにより、電子スイッチは人が危害を受けないように速やかに切り替わりうる。機械式スイッチは、例えば国内法および政府機関によって定められる規制要件を満たす。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、
電子スイッチは、負荷に供給される電流ｉの漏れを検出したときに、負荷が短絡されるＯＮモードに切り替わるように構成され、同時に、
機械式スイッチは、負荷に供給される電流ｉの漏れを検出したときに、負荷が短絡されるＯＮモードに切り替わるように構成される。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、電子スイッチは、期間Ｔの後に負荷が短絡されないＯＦＦモードに戻るように切り替わるように構成される。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、期間Ｔは機械式スイッチのＯＮスイッチング時間よりも大きく、ＯＮスイッチング時間は、機械式スイッチがＯＮモードに切り替わるための期間である。

これにより、機械式スイッチには、電子スイッチがＯＦＦモードに戻るように切り替わる前にＯＮモードに切り替わる時間がある。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、機械式スイッチは、ユーザの入力を受信したときに、負荷が短絡されないＯＦＦモードに戻るように切り替わるように構成される。

ユーザは、ＲＣＣＢを操作する人でありうる。これにより、規制要件が満たされうる。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、ＲＣＣＢは、
回路の第一ノードの第一電流ｉ_１を測定し、
回路の第二ノードの第二電流ｉ_２を測定し、
第一電流ｉ_１と第二電流ｉ_２とに基づいて負荷に供給される電流ｉの漏れを検出する
ように構成された漏電検出器を備える。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、負荷に供給される電流ｉの漏れを検出する際に、第一電流ｉ_１と第二電流ｉ_２とが異なる値をもつことを検出する。

第一電流ｉ_１と第二電流ｉ_２とが異なる値をもつことは、その差が閾値未満であることを意味しうる。漏電を検出する際に時間的側面が考慮されねばならない可能性があることにも留意されたい。例えば、電流の漏れを検出するために使用される測定電流値は、その期間にわたる平均値等、適切な期間にわたって統合されうる。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、第一ノードは負荷の供給コネクタに設けられ、第二ノードは負荷の戻りコネクタに設けられる。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、漏電検出器は、直流および／または交流の漏れを検出するように構成される。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、漏電検出器はホールセンサである。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、ＲＣＣＢは、第一スイッチングデバイスおよび第二スイッチングデバイスのうちの少なくとも一つを制御するように構成された少なくとも一つの制御デバイスを備える。

少なくとも一つの制御デバイスは、ソフトウェアソリューション、ハードウェアソリューション、またはソフトウェアとハードウェアとの組み合わせのいずれかでありうる。例えば、ソフトウェアソリューションとして制御手段がマイクロコントローラに実装されることができ、ハードウェアソリューションでは制御手段が物理論理回路に実装されることができる。少なくとも一つの制御デバイスは、漏電検出器と連結されて、回路内の電流の漏れおよび／または漏れなしについての指示を受け取りうる。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、第一スイッチングデバイスは、
ａ）第一時間間隔Ｔ_１の後に、ＯＦＦモードから電流ｉが負荷に供給されるＯＮモードに戻るように切り替わる
ように構成される。

第一スイッチングデバイスのスイッチング時間は、例えばトランジスタのスイッチング電流が検出されてからトランジスタがＯＦＦモードに設定される（導通しなくなる）までの時間として考えられうる。スイッチング時間は、過電流の検出時間（ハードウェア制限到達）にトランジスタのＯＦＦモードへのスイッチング時間を加えた合計でありうる。例えば、第一スイッチングデバイスのスイッチング時間は、２５０ｎｓ以下でありうる。従来の回路遮断器のスイッチング時間は、１ｍｓより大きくなりうる。よって、第一スイッチングデバイスのスイッチング時間は従来の回路遮断器のスイッチング時間よりも常に短く、これは、この回路遮断器が従来の回路遮断器よりも速いことも意味する。

この実装形態の利点は、スイッチング手段が第一時間間隔Ｔ_１の後にＯＦＦモードからＯＮモードに戻ることにより、過電流状態の持続時間が短い例えば突入電流の場合に、回路が自動的に通常モードで動作する、つまり負荷が適切に作動することである。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、第一スイッチングデバイスは、
ｂ）負荷に供給される電流ｉの値がスイッチング電流ｉ_ｓよりも大きいことを検出したときに、ＯＦＦモードに戻るように切り替わり、
ステップａ）およびｂ）をＮ回繰り返し、ここでＮは正の整数である
ように構成される。

これにより、ＡＣの場合に連続する数の突入電流インスタンスが処理されうる。ＤＣの場合には容量性負荷が処理されうる。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、第一スイッチングデバイスは、
ステップａ）およびｂ）がＮ回繰り返された場合に、第二時間間隔Ｔ_２の間にＯＦＦモードのままである
ように構成される。

第一態様によるＲＣＣＢの一実装形態では、第二時間間隔Ｔ_２は第一時間間隔Ｔ_１よりも大きい。

本発明の第二態様によれば、上述の目的および他の目的は、少なくとも一つの負荷に電流を供給するように設けられた電源と、先行する請求項のいずれか一項に記載のＲＣＣＢとを備える電気回路であって、ＲＣＣＢは、電源と少なくとも一つの負荷との間に連結される、電気回路により達成される。

本発明の第三態様によれば、上述の目的および他の目的は、ＲＣＣＢのための方法であって、ＲＣＣＢは、回路の電源と負荷との間に連結されるように構成され、電源と負荷との間に互いに直列に連結された第一スイッチングデバイスおよび第二スイッチングデバイスを含み、この方法は、
負荷に供給される電流ｉの値が第一スイッチングデバイスのスイッチング電流ｉ_ｓよりも大きいことを検出したときに、第一スイッチングデバイスを負荷に電流が供給されないＯＦＦモードに切り替えるステップと、
負荷に供給される電流ｉの漏れを検出したときに、第二スイッチングデバイスを負荷が短絡されるＯＮモードに切り替えるステップと
を含む方法により達成される。

第三態様による方法は、第一態様によるＲＣＣＢの実施形態に対応する実装形態に拡張することができる。よって、方法の実装形態は、ＲＣＣＢの対応する実装形態の特徴（単数または複数）を備える。

第三態様による方法の利点は、第一態様によるＲＣＣＢの対応する実装形態のものと同じである。

第三態様による方法の一実装形態では、方法は、
電源により負荷に供給される電流を継続的に測定または監視するステップ
を含む。

本発明の実施形態において、電流は電流監視手段を用いて監視される。

第三態様による方法の一実装形態では、方法は、
測定される電流が第一スイッチングデバイスの閾値電流、すなわち第一スイッチングデバイスのスイッチング電流よりも高いか否かをチェックするステップ
を含む。

第三態様による方法の一実装形態では、方法は、
測定される電流が第一スイッチングデバイスの閾値電流よりも高いと判断したときに、連続する過電流（例えば突入電流）の最大検出数ｎに達しているか否かをチェックするステップであって、ｎは連続する過電流の検出数を示すカウンタ値である、ステップ
を含む。

第三態様による方法の一実装形態では、方法は、
連続する過電流の最大検出数に達していないと判断したときに、第一スイッチングデバイスによって第一時間間隔Ｔ_１の間に回路を遮断し、その後ＯＮモードに戻るように切り替わるステップ
を含む。

第三態様による方法の一実装形態では、方法は、
連続する過電流の最大検出数に達していると判断したときに、第一スイッチングデバイスによって第二時間間隔Ｔ_２の間に回路を遮断するステップであって、Ｔ_２はＴ_１より大きい、すなわちＴ_２＞Ｔ_１である、ステップ
を含む。

第三態様による方法の一実装形態では、Ｔ_２の値はＲＣＣＢの用途に依存する。

第三態様による方法の一実装形態では、Ｔ_２は５ｓ以下である。

本発明の実施形態のさらなる応用および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

添付の図面は、本発明の様々な実施形態を明確にし、説明することを意図する。

本発明の一実施形態によるＲＣＣＢを示す。 本発明の一実施形態による方法を示す。 本発明のさらなる実施形態によるＲＣＣＢを示す。 本発明のさらなる実施形態によるＲＣＣＢを示す。 本発明のさらなる実施形態によるＲＣＣＢを示す。 本発明のさらなる実施形態によるＲＣＣＢを示す。 本発明のさらなる実施形態によるＲＣＣＢを示す。 本発明のさらなる実施形態によるＲＣＣＢを示す。 本発明の一実施形態による第二スイッチングデバイスを示す。 スイッチのＯＦＦモードおよびＯＮモードを示す。 本発明のさらなる実施形態によるＲＣＣＢを示す。 スイッチング時間と定格電流との間の関係を示す。 第一スイッチングデバイスのための方法のフローチャートを示す。

図１は、本発明の一実施形態によるＲＣＣＢ１００を示す。本発明の実施形態によればＲＣＣＢ１００は、回路３００の電源３０２と負荷３０４との間に連結されるように構成される、例えば図３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａおよび５ｂを参照されたい。ＲＣＣＢ１００は、電源３０２と負荷３０４との間に互いに直列に連結された第一スイッチングデバイス１０６および第二スイッチングデバイス１４０を備える。第一スイッチングデバイス１０６は、負荷３０４に供給される電流ｉの値が第一スイッチングデバイス１０６のスイッチング電流ｉ_ｓよりも大きいことを検出したときに、負荷３０４に電流が供給されないＯＦＦモードに切り替わるように構成される。第二スイッチングデバイス１４０は、負荷３０４に供給される電流ｉの漏れを検出したときに、負荷３０４が短絡されるＯＮモードに切り替わるように構成される。

図２は、図１に示されるもののようなＲＣＣＢ１００において実装されうる本発明の一実施形態による対応する方法を示す。方法２００は、第一スイッチングデバイス１０６は、負荷３０４に供給される電流ｉの値が第一スイッチングデバイス１０６のスイッチング電流ｉ_ｓよりも大きいことを検出したときに、第一スイッチングデバイス１０６を負荷３０４に電流が供給されないＯＦＦモードに切り替えるステップ２０２を含む。方法２００は、負荷３０４に供給される電流ｉの漏れを検出したときに、第二スイッチングデバイス１４０を負荷３０４が短絡されるＯＮモードに切り替えるステップ２０４を含む。

一般に、本開示においては、スイッチまたはスイッチング手段もしくはスイッチングデバイスが図６ｂに示されるようにＯＮモードおよびＯＦＦモードをとることができるものと理解されうる。ＯＮモードでは、スイッチは電流がスイッチを通って流れる／通ることができるように閉じられ、よってスイッチは導通する。ＯＦＦモードでは、スイッチは開放され、電流がスイッチを通って流れる／通ることはできない。

図３ａおよび３ｂは、本発明のさらなる実施形態によるＲＣＣＢ１００を示す。図３ａは、ＲＣＣＢ１００の非短絡動作モードを示し、図３ｂは、ＲＣＣＢ１００の短絡動作モードを示す。非短絡動作モードでは負荷３０４は短絡されないが、短絡動作モードでは負荷３０４が短絡される。

図３ａを参照すると、本発明によるＲＣＣＢ１００が、電源３０２と負荷３０４との間に連結され、回路３００の一部である。電源３０２は、用途に応じて負荷３０４に交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）を供給または送達しうる。一つの負荷３０４のみが図示されるが、一つ以上の負荷が回路３００の一部であることができ、ＡＣまたはＤＣ電流ｉが供給されうるものと認められる。また、第一スイッチングデバイス１０６と第二スイッチングデバイス１４０とが、図示のように電源３０２と負荷３０４との間に互いに直列に連結される。さらに、負荷３０４の供給導体ＳＣおよび戻り導体ＲＣが示される。供給導体ＳＣおよび戻り導体ＲＣは、負荷３０４を出入りする回路内の電流の流れおよび方向に関係する。実施形態において、第二スイッチングデバイス１４０は、図示のように負荷３０４と並列に連結される。

図３ａでは、ＲＣＣＢ１００は、制御デバイス１０４から第一スイッチングデバイス１０６および第二スイッチングデバイス１４０にそれぞれ破線矢印で示される制御線１６２を介して第一スイッチングデバイス１０６および第二スイッチングデバイス１４０を制御するように構成された一つの制御デバイス１０４をさらに備える。さらに、漏電検出器１５０が、ＲＣＣＢ１００の一部であるかまたはこれに備えられる。漏電検出器１５０は、回路３００の第一ノードＮ１の第一電流ｉ_１を測定するように構成され、回路３００の第二ノードＮ２の第二電流ｉ_２を測定するようにさらに構成される。漏電検出器１５０は、第一電流ｉ_１および第二電流ｉ_２に基づいて、負荷３０４に供給される電流ｉの漏れを検出することができる。第一ノードＮ１および第二ノードＮ２は、図示されるように電流ｉの流れの方向との関係で負荷３０４の両側に設けられうる。

実施形態において、負荷３０４に供給される電流ｉの漏れを検出するステップは、第一電流ｉ_１と第二電流ｉ_２とが実質的に異なる値をもつことを検出するステップを含む。第一電流ｉ_１と第一電流ｉ_２との間の非常に小さな値の差は、電流の漏れがあると結論せずに、例えば測定障害、ハードウェア制限などに起因する場合でありうる。このような誤差の理由は、例えば測定の誤り、ハードウェア制限などに起因しうる。したがって、この点で検出間隔および／または閾値が使用されうる。例えば、測定される差が閾値より小さい場合には目下漏電がないと判断される一方、測定される差が閾値より大きい場合には目下漏電があると判断される。また、値は経時的に変動しうるため、時間の側面が考慮されねばならない可能性がある。この場合には、回路内に電流の漏れがあるか否かを判断するために使用される値を得るために、適切な期間にわたる統合が行われうる。

漏電検出器１５０は、ＤＣおよびＡＣの両方の漏れを検出するように構成されうる。よって、実施形態において、漏電検出器１５０はホールセンサである。

さらに、漏電検出器１５０は、漏電検出器１５０から制御デバイス１０４への矢印で示されるように通信線１６４を介して制御デバイス１０４に連結される。漏電検出器１５０が電流の漏れを検出すると、漏電検出器１５０は通信線１６４を介してこれを制御デバイス１０４に示す。例えば、制御信号が制御デバイス１０４に伝送されうる。漏電検出器１５０は、電流の漏れがなくなったとき、例えば第一電流ｉ_１と第一電流ｉ_２とが実質的に同じ値をもつときに示すようにも構成されうることにさらに留意されたい。また、この場合、目下電流の漏れがないか否かを判断するために間隔および／もしくは閾値ならびに／または統合が用いられうる。

電流の漏れが検出されないときには、回路３００は通常動作で機能し、図３ａに示すように電源３０２から負荷３０４に電流ｉが供給される。したがって、第二スイッチングデバイス１４０を出入りする破線で示すように、第二スイッチングデバイス１４０を介して通る電流はない。

しかし、図３ｂを参照すると、漏電検出器１５０によって回路３００において漏電が検出されると、制御デバイス１０４に漏れの指示が送られる。回路３００の漏電の指示を受信すると、制御デバイス１０４は制御カップリング１６２を介して第一スイッチングデバイス１０６および第二スイッチングデバイス１４０を適宜制御する。よって、制御デバイス１０４は、第一スイッチングデバイス１０６を負荷３０４に電流が供給されない第一スイッチングデバイス１０６のＯＦＦモードに切り替える。さらに、制御デバイス１０４は、第二スイッチングデバイス１４０を負荷３０４が短絡される第二スイッチングデバイス１４０のＯＮモードに切り替える。これは、図３ｂに示すように回路３００内の電流ｉが負荷３０４を流れるかわりに第二スイッチングデバイス１４０を直接通って流れることを意味する。よって、この場合、負荷３０４に電流は流れない。

図４ａおよび４ｂは、本発明のさらなる実施形態によるＲＣＣＢ１００を示す。図４ａは非短絡モードを、図４ｂは短絡モードをそれぞれ示す。図３ａおよび３ｂに示す実施形態と図４ａおよび４ｂに示す実施形態との主な違いは、後者の実施形態ではＲＣＣＢ１００が一つの制御デバイスのかわりに二つの独立した制御デバイス、すなわち１０４、１０４’を備えることである。第一制御デバイス１０４が第一スイッチングデバイス１０６に連結されてこれを制御するように構成され、第二制御デバイス１０４’が第二スイッチングデバイス１４０に連結されてこれを制御するように構成される。図４ａおよび４ｂに示すように、第二制御デバイス１０４’は、通信線１６４を介して漏電検出器１５０にも連結される。よって、第二制御デバイス１０４’と漏電検出器１５０との間のやり取りは、図３ａおよび３ｂを参照して前述したとおりでありうる。

一方、第一制御デバイス１０４は、矢印で示される適切な通信線１６６を介して過電流検出デバイス（図７参照）に連結されうる。過電流が検出され、第一制御デバイス１０４に示されると、第一スイッチングデバイス１０６が回路３００を遮断するように制御される。この態様についてのさらなる詳細は、第一制御デバイス１０４が第一スイッチングデバイス１０６の一体部分である下の図７を参照して開示される。

図５ａおよび５ｂは、本発明のさらなる実施形態によるＲＣＣＢ１００を示す。図５ａは非短絡モードを、図５ｂは短絡モードをそれぞれ示す。図５ａおよび５ｂに示した実施形態と図３ａ、３ｂ、４ａおよび４ｂの以前の実施形態との違いは、この場合の第一スイッチングデバイス１０６が機械式スイッチおよび／またはヒューズであることである。よって、第一スイッチングデバイス１０６を制御するための制御デバイスは不要である。機械式スイッチの場合、前記機械式スイッチは、以下の開示において図６ａを参照して説明される第二スイッチングデバイス１４０の機械式スイッチとして機能し構成されうる、すなわちユーザ５００によって部分的に操作される。

また、図６ａは、本発明の実施形態による第二スイッチングデバイス１４０を示す。本実施形態では、第二スイッチングデバイス１４０は、機械式スイッチ１４４と並列に連結された電子スイッチ１４２を備える。動作の間には、電子スイッチ１４２は、負荷３０４に供給される電流ｉの漏れを検出すると、電子スイッチ１４２によって負荷３０４が短絡されるＯＮモードに切り替わるように構成される。同時に、機械式スイッチ１４４は、負荷３０４に供給される電流ｉの漏れを検出すると、機械式スイッチ１４４によって負荷３０４が短絡されるＯＮモードに切り替わるように構成される。実施形態において、電子スイッチ１４２および／または機械式スイッチ１４４のＯＮ切り替えは、前述のように制御デバイス１０４、１０４’によって制御されうる。電子スイッチ１４２および機械式スイッチ１４４のＯＦＦモードおよびＯＮモードの働きが図６ｂに示される。

電子スイッチ１４２は機械式スイッチ１４４よりもスイッチング時間がはるかに短いため、電子スイッチ１４２は、実施形態において、期間Ｔの後に電子スイッチ１４２によって負荷３０４が短絡されないＯＦＦモードに戻るように切り替わるように構成される。言及した期間Ｔは、機械式スイッチ１４４のＯＮスイッチング時間よりも大きくなるように設計される。機械式スイッチ１４４のＯＮスイッチング時間は、機械式スイッチ１４４がＯＦＦモードからＯＮモードに切り替わるための期間である。

図６ａにも示されるように、機械式スイッチ１４４は、実施形態において、例えばＲＣＣＢ１００を操作する人であるユーザ５００の入力を受信すると、機械式スイッチ１４４によって負荷３０４がもはや短絡されないＯＦＦモードに戻るように切り替わるように構成される。入力は、機械式スイッチ１４４をＯＮモードからＯＦＦモードに戻るようにリセットする、機械入力手段４００、例えばレバー、ボタンまたはスイッチによるものでありうる。したがって、本実施形態によれば、機械式スイッチ１４４は、ＲＣＣＢ１００のユーザ５００によってリセットされなければならない。

一方で、第二スイッチングデバイス１４０の電子スイッチ１４２は、制御デバイス１０４、１０４’が回路内の漏電の指示を得るたびに電子スイッチ１４２がＯＮモードに切り替えられ、その結果、制御デバイス１０４、１０４’が回路３００内の電流の漏れなしの指示を得るたびに電子スイッチ１４２がＯＦＦモードに戻るように切り替えられる、つまり電子スイッチ１４２によって負荷３０４が短絡されなくなるように、引き続き制御デバイス１０４、１０４’によって制御されうる。しかし、機械式スイッチ１４４がリセットされない限り、負荷３０４は機械式スイッチ１４４によって短絡され続ける。

図７は、第一スイッチングデバイス１０６が非短絡モードで動作する際にＲＣＣＢ１００の一部である回路遮断器の一部である本発明の実施形態を示す。回路遮断器は、電流が電気負荷３０４に到達できないように電気回路３００を遮断するために設けられる。したがって、前述のように、電気回路３００は、少なくとも一つの負荷３０４に電流ｉ（または対応する電圧）を供給するように設けられた少なくとも一つの電源３０２を備える、つまり電源３０２が負荷３０４に電気的に連結される。負荷３０４の例は家電製品であるが、これに限定されない。よって、この文脈における負荷は、その働きのために電力を消費するように設けられた電気デバイスに関する。電源３０２は、用途に応じてＡＣまたはＤＣを供給するように設けられる。提供される電流は、例えば、公称電圧１１０Ｖまたは２２０Ｖ、周波数５０Ｈｚの電源電流でありうる。しかし、本発明はこれに限定されず、よって本発明の実施形態は、低電圧システムから高電圧システムまであらゆる種類の電圧システムから適用されうる。

回路遮断器が回路３００を遮断すると、電流ｉは負荷３０４に到達できない。この点で、回路遮断器は、制御手段１０４により制御されるように設けられた第一スイッチングデバイス１０６を備える。第一スイッチングデバイス１０６は、電源３０２からの電流ｉが負荷３０４に供給されるＯＮモードと、負荷３０４に電流が供給されないＯＦＦモードとの間で切り替わるよう設けられる。よって第一スイッチングデバイス１０６は、回路を開閉するスイッチとして働く。制御手段１０４は、例えば先述のデジタルマイクロコントローラでありうるが、これに限定されない。

制御手段１０４は、電源により提供され負荷３０４に供給される電流の値を得るように構成されることができ、得られた電流の値に基づいて制御手段１０４は第一スイッチングデバイス１０６を適宜制御する。特に、本明細書における制御手段１０４は、ａ）電流ｉの値が回路遮断器のスイッチング電流ｉ_ｓよりも大きい場合に、回路遮断器のスイッチング時間内に第一スイッチングデバイス１０６をＯＦＦモードに切り替え、ｂ）第一時間間隔Ｔ_１の後に第一スイッチングデバイス１０６をＯＦＦモードからＯＮモードに戻るように切り替えるように構成されうる。

制御手段１０４は、ステップａ）およびｂ）をＮ回繰り返すようにさらに構成されることができ、Ｎは正の整数である。繰り返しのうちの一回の間に負荷３０４に供給される電流ｉが回路遮断器のスイッチング電流ｉ_ｓよりも小さい場合、スイッチング手段はＯＮモードに維持されうる。

図７を参照すると、回路遮断器は、電源３０２から負荷３０４に供給される電流ｉを継続的に監視し、監視される電流ｉの値を信号カップリング１２０および１２２を通じて閾値検出器１１０を介して制御手段１０４に提供するように構成された電流監視手段１０８を備える。電源によって供給される電流を継続的に測定し、電流の測定値を閾値検出器１１０に提供するように構成された電流監視手段１０８によって監視が行われうる。閾値検出器１１０では、スイッチング電流および遮断電流の両方がチェックされうる。測定値がスイッチング電流の閾値よりも大きい場合には、閾値検出器１１０は、信号カップリング１２８を通じて制御手段１０４をトリガし、その結果、制御手段１０４が制御インタフェース１１８を通じて第一スイッチングデバイス１０６をＯＮモードからＯＦＦモードに切り替える。よって、閾値検出器１１０は、電流の測定値が回路遮断器１００のスイッチング電流よりも大きい場合に制御手段１０４をトリガするように構成される。しかし、測定される電流が回路遮断器の遮断電流よりも大きい場合には、制御手段１０４は、回路遮断器内の部品に危害が及ばないように、第一スイッチングデバイス１０６を直ちにＯＦＦモードに切り替える。

電流監視手段１０８は、図７に示されるようなコイル等のインダクタでありうる。このコイルの機能は、電気部品が損傷される前にスイッチング手段がＯＦＦモードに設定されうるように過電流を遅延させることである。コイルは、コイルの誘導セクションの異なる側に設けられた二つの測定ノード１３４および１３６を有する。よって、本実施形態ではゼロクロス検出器１１６および閾値検出器１１０の両方が、コイルの測定ノード１３４および１３６の電流を測定するために設けられる。換言すれば、電流監視手段１０８、またはこの場合にはコイルは、測定ノード１３４へのカップリング１２０および測定ノード１３６へのカップリング１２２を介してゼロクロス検出器１１６に接続される。本明細書において、ゼロクロス検出器１１６は、電源３０２から供給される電流がＡＣである場合にゼロクロスを検出するように構成される。したがって、ゼロクロス検出器１１６は、制御手段１０４がゼロクロスでスイッチング手段をＯＮモードに戻るように切り替えうるように、信号手段１２６を通じて制御手段１０４にゼロクロスを示す。これは、ゼロクロス検出器１１６がＡＣの場合にのみ関連することを意味する。

図７は、信号手段１３２を通じて制御手段１０４に正しい時間遅延を提供するように設けられた遅延ブロック１１４も示す。例えば、ＤＣの場合には、第一時間間隔Ｔ_１は、本発明の実施形態において電流監視手段１０８がその蓄えられたエネルギーの実質的に全部を失ったときを定義する閾値時間間隔よりも長い。よって、この場合、第一時間間隔Ｔ_１が遅延ブロック１１４によって制御手段に遅延として提供されうる。したがって、閾値検出器１１０は、信号手段１３０を通じて遅延ブロック１１４をトリガするかまたはこれに通知しうる。

図７に同様に示されるように、回路遮断器１００は、別の第二回路遮断器１１２と直列に連結され、回路遮断器１００および第二回路遮断器１１２は一緒に電源３０２と負荷３０４との間に連結される。実施形態において、第二回路遮断器１１２は、ヒューズ、二極もしくは四極小型回路遮断器、または任意の他の適切な標準化された回路遮断器等のいわゆる標準化された回路遮断器である。回路遮断器の規格の例は、ＩＥＣ６０８９８‐１である。標準化された第二回路遮断器により、回路遮断器は、国内、地域および国際政府機関および組織によって設定された電気安全に関する安全要件を満たす。これらの実施形態によれば、第一スイッチングデバイス１０６のスイッチング時間は、第二回路遮断器１１２のスイッチング時間よりも短い。

本発明のさらなる実施形態では、第一スイッチングデバイス１０６の遮断電流またはスイッチング電流は、第二回路遮断器１１２の遮断電流よりも大きい。第一スイッチングデバイス１０６の遮断電流またはスイッチング電流は、実施形態において、第二回路遮断器１１２の遮断電流よりも少なくとも三倍高い。デジタル回路遮断器では、ピーク電流を処理するトランジスタ（回路遮断器のスイッチ、すなわちこの場合にはスイッチング１０６）の能力が遮断電流のハードウェア制限を設定する。第一スイッチングデバイス１０６の遮断電流は、スイッチとして働くトランジスタ等のスイッチング手段を過電流から保護するために設定されたハードウェア制限と考えられうる。第二回路遮断器１１２の遮断電流は、第二回路遮断器１１２の定格電流でありうる。

さらに、第二回路遮断器１１２は、ＲＣＣＢと統合される、例えば同じハウジング内および／または共通のＰＣＢ上に設けられることができる。一つの場合には、ヒューズに対応する金属ストリップが共通のＰＣＢ内に設けられ、第二回路遮断器１１２として働く。金属ストリップは、小型回路遮断器（ＭＣＢ：ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｅａｋｅｒ）の熱トリガに対応するであろう。

図８は、スイッチング時間と定格電流との間の関係を図示する。ｘ軸は定格電流（「ｘ」×所与の公称値）を示し、ｙ軸は秒単位のスイッチング時間を示す。図８のＢ、ＣおよびＤと記された磁気トリガゾーンは、ＭＣＢの異なる標準化された定格過電流に関係する。一方、熱トリガゾーンは、ＭＣＢで生成されるエネルギー（すなわち電流＊時間）によって生成される熱に関係する。

「スイッチング電流閾値」と記され表示された縦線が、図８のゾーンＩおよびＩＩの境界を定める。図８のゾーンＩは、スイッチング電流閾値（ＳＣＴ：ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）に関連するソフトウェアにより定義される電流制限に関係し、ゾーンＩＩは、スイッチング電流閾値に関連するソフトウェアにより定義される過電流制限に関係する。本発明の実施形態において、ＳＣＴは、ソフトウェアによって変更または設定および制御されうる。図８の右Ｒ矢印および左Ｌ矢印でこれが示される。これは、測定される電流が現在のＳＣＴを上回るときに、例えばマイクロコントローラのソフトウェアは、測定される電流が回路遮断器自体または負荷にとって害がないと判断された場合にスイッチングが行われないように、ＳＣＴを上昇させることを決定しうることを意味する。よって、この状況は、測定される電流が現在のＳＣＴを上回るが回路遮断器の遮断電流を下回るときに生じる。逆の場合、すなわちＳＣＴが下げられることも起こりうる。例えば、コストを節約する（関税を下げる）ために、ＳＣＴを下げることによって最大定格電流が下げられうる。一方、図８のゾーンＩＩＩは、遮断電流と同じであるハードウェアにより定義される過電流制限に関係する。

先に述べたように、本発明の実施形態は、ＡＣ電源、ＤＣ電源、またはＡＣ電源とＤＣ電源との両方を備える回路に関しうる。以下の開示では、ＡＣおよびＤＣの異なる場合が、図９のフローチャートを参照してより詳細に説明される。

図９は、第一スイッチングデバイス１０６に関する本発明による方法のフローチャートを示す。

図９のステップＩでは、電源３０２によって負荷３０４に供給される電流が継続的に測定または監視される。本発明の実施形態において、電流は前述のように電流監視手段１０８を用いて監視される。

図９のステップＩＩで、測定される電流が第一スイッチングデバイス１０６の閾値電流、すなわち第一スイッチングデバイス１０６のスイッチング電流よりも高いか否かがチェックされる。ステップＩＩでＮＯの場合、すなわち測定される電流が閾値電流を下回る場合には、本方法はステップＩに戻り、電源３０２によって供給される電流の測定を続ける。しかし、ステップＩＩでＹＥＳの場合、すなわち測定される電流が閾値電流よりも高い場合には、本方法はステップＩＩＩに続く。

図９のステップＩＩＩで、連続する過電流（例えば突入電流）の最大検出数ｎに達しているか否かがチェックされ、ここでｎは連続する過電流検出数を示すカウンタ値である。ステップＩＩＩでＹＥＳの場合には、これは測定される電流が閾値電流よりもＮ回高かった場合に等しい。ステップＩＩＩでＮＯの場合には、本方法はステップＩＶに続き、あるいはステップＩＩＩにおいてＹＥＳの場合には、本方法はステップＶを続く。本発明の実施形態において、Ｎは１０以下である。本発明のさらなる実施形態において、Ｎは６以下である。

図９のステップＩＶでは、すなわちステップＩＩＩでＮＯと判断された場合には、第一スイッチングデバイス１０６が第一時間間隔Ｔ_１の間にＯＦＦモードに切り替わることによって回路３００を遮断し、その後ＯＮモードに戻るように切り替わる。カウンタｎは値１で、すなわちｎ＝ｎ＋１に増やされ、方法はステップＩに戻る。

電源３０２が負荷にＡＣを供給するときのＡＣの場合には、本発明の実施形態によれば、Ｔ_１は、第一スイッチングデバイス１０６がゼロクロスでＯＮモードに戻るように切り替わるように設計される。よって第一時間間隔Ｔ_１はＡＣ電流のゼロクロスに依存する。第一時間間隔Ｔ_１は、例えばＡＣ電流の二つの連続するゼロクロスの間の時間間隔、したがって過電流が検出された後の次のゼロクロスである。第一時間間隔Ｔ_１は、連続する検出される過電流の間で変動しうることに留意されたい。よって、第一時間間隔Ｔ_１は最適な性能のために設計されうる。

電源が負荷３０４にＤＣを供給するときのＤＣの場合には、本発明の実施形態によれば、第一時間間隔Ｔ_１は、電流監視手段１０８のエネルギー蓄積特性に依存する。前述のように、前記電流監視手段１０８は、電源３０２から負荷３０４に供給される監視される電流ｉの値を提供するように構成された固有の抵抗をもつコイル等のインダクタでありうる。よって、実施形態において、ＤＣの場合には、第一時間間隔Ｔ_１は、電流監視手段１０８がその蓄えられたエネルギーの実質的に全部を失ったときを定義する閾値時間間隔よりも長い。

図９のステップＶでは、すなわちステップＩＩＩでＹＥＳの場合には、第一スイッチングデバイス１０６は、第二時間間隔Ｔ_２の間にＯＦＦモードに切り替わることにより回路を遮断し、ここでＴ_２はＴ_１より大きい、すなわちＴ_２＞Ｔ_１である。カウンタｎもゼロ、すなわちｎ＝０にリセットされ、方法はステップＩに戻る。

ＡＣの場合、Ｔ_２は、第一スイッチングデバイス１０６が、本発明の実施形態により連続する数のゼロクロスの後にゼロクロスでＯＮモードに戻るよう切り替わるように設計される。

本発明の実施形態において、Ｔ_２は、電気的故障状況に対する人間の知覚に起因して、ＡＣおよびＤＣの場合の両方で５ｓ以下であるように設計される。しかし、パラメータＴ_２は他の値に設計できることに留意されたい。よって、パラメータＴ_２は、実施形態において、様々な用途に動的に適合されうる。

最後に、本発明は上述した実施形態に限定されず、添付の独立請求項の範囲内の全ての実施形態にも関係しそれらを組み込むことが理解されねばならない。

Claims (18)

1. 電気回路（３００）用の残留電流回路遮断器ＲＣＣＢ（１００）であって、前記電気回路（３００）の電源（３０２）と負荷（３０４）との間に連結されるように構成され、前記電源（３０２）と前記負荷（３０４）との間に互いに直列に連結された第一スイッチングデバイス（１０６）および第二スイッチングデバイス（１４０）を含み、
   前記第一スイッチングデバイス（１０６）は、前記負荷（３０４）に供給される電流ｉの値が前記第一スイッチングデバイス（１０６）のスイッチング電流閾値ｉ_ｓよりも大きいことを検出したときに、前記負荷（３０４）に電流が供給されないＯＦＦモードに切り替わるように構成され、
   前記第二スイッチングデバイス（１４０）は、前記負荷（３０４）に供給される前記電流ｉの漏れを検出したときに、前記負荷（３０４）が短絡されるＯＮモードに切り替わるように構成される、ＲＣＣＢ（１００）。
2. 前記第二スイッチングデバイス（１４０）は、前記負荷（３０４）と並列に連結される、請求項１に記載のＲＣＣＢ（１００）。
3. 前記第二スイッチングデバイス（１４０）は、機械式スイッチ（１４４）と並列に連結された電子スイッチ（１４２）を備える、請求項１または２に記載のＲＣＣＢ（１００）。
4. 前記電子スイッチ（１４２）は、前記負荷（３０４）に供給される前記電流ｉの前記漏れを検出したときに、前記負荷（３０４）が短絡されるＯＮモードに切り替わるように構成され、
   前記機械式スイッチ（１４４）は、前記負荷（３０４）に供給される前記電流ｉの前記漏れを検出したときに、前記負荷（３０４）が短絡されるＯＮモードに切り替わるように構成される、請求項３に記載のＲＣＣＢ（１００）。
5. 前記電子スイッチ（１４２）は、期間Ｔの後に前記負荷（３０４）が短絡されないＯＦＦモードに戻るように切り替わるように構成される、請求項４に記載のＲＣＣＢ（１００）。
6. 前記期間Ｔは、前記機械式スイッチ（１４４）のＯＮスイッチング時間よりも大きく、前記ＯＮスイッチング時間は、前記機械式スイッチ（１４４）が前記ＯＮモードに切り替わるための期間である、請求項５に記載のＲＣＣＢ（１００）。
7. 前記機械式スイッチ（１４４）は、ユーザ（５００）の入力を受信したときに、前記負荷（３０４）が短絡されないＯＦＦモードに戻るように切り替わるように構成される、請求項４～６のいずれか１項に記載のＲＣＣＢ（１００）。
8. 前記ＲＣＣＢ（１００）は、
   前記電気回路（３００）の第一ノード（Ｎ１）の第一電流ｉ_１を測定し、
   前記電気回路（３００）の第二ノード（Ｎ２）の第二電流ｉ_２を測定し、
   前記第一電流ｉ_１と前記第二電流ｉ２とに基づいて前記負荷（３０４）に供給される前記電流ｉの漏れを検出する
   ように構成された漏電検出器（１５０）を備える、請求項１～７のいずれか一項に記載のＲＣＣＢ（１００）。
9. 前記負荷（３０４）に供給される前記電流ｉの前記漏れを検出する際に、前記第一電流ｉ_１と前記第二電流ｉ_２とが異なる値をもつことを検出する、請求項８に記載のＲＣＣＢ（１００）。
10. 前記第一ノード（Ｎ１）は前記負荷（３０４）の供給コネクタに設けられ、前記第二ノード（Ｎ２）は前記負荷（Ｎ２）の戻りコネクタに設けられる、請求項８または９に記載のＲＣＣＢ（１００）。
11. 前記漏電検出器（１５０）は、直流および／または交流の漏れを検出するように構成される、請求項８～１０のいずれか一項に記載のＲＣＣＢ（１００）。
12. 前記漏電検出器（１５０）は、ホールセンサである、請求項１１に記載のＲＣＣＢ（１００）。
13. 前記ＲＣＣＢ（１００）は、前記第一スイッチングデバイス（１０６）および前記第二スイッチングデバイス（１４０）のうちの少なくとも一つを制御するように構成された少なくとも一つの制御デバイス（１０４；１０４’）を備える、請求項１～１２のいずれか一項に記載のＲＣＣＢ（１００）。
14. 前記第一スイッチングデバイス（１０６）は、
    ａ）第一時間間隔Ｔ_１の後に、前記ＯＦＦモードから電流ｉが前記負荷（３０４）に供給されるＯＮモードに戻るように切り替わる
    ように構成される、請求項１～１３のいずれか一項に記載のＲＣＣＢ（１００）。
15. 前記第一スイッチングデバイス（１０６）は、
    ｂ）前記負荷（３０４）に供給される電流ｉの値が前記スイッチング電流ｉ_ｓよりも大きいことを検出したときに、前記ＯＦＦモードに戻るように切り替わり、
    ステップａ）およびｂ）をＮ回繰り返し、ここでＮは正の整数である
    ように構成される、請求項１４に記載のＲＣＣＢ（１００）。
16. 前記第一スイッチングデバイス（１０６）は、
    ステップａ）およびｂ）が前記Ｎ回繰り返された場合に、第二時間間隔Ｔ_２の間に前記ＯＦＦモードのままである
    ように構成される、請求項１５に記載のＲＣＣＢ（１００）。
17. 前記第二時間間隔Ｔ_２は前記第一時間間隔Ｔ_１よりも大きい、請求項１６に記載のＲＣＣＢ（１００）。
18. ＲＣＣＢ（１００）のための方法（２００）であって、前記ＲＣＣＢ（１００）は、回路（３００）の電源（３０２）と負荷（３０４）との間に連結されるように構成され、前記電源（３０２）と前記負荷（３０４）との間に互いに直列に連結された第一スイッチングデバイス（１０６）および第二スイッチングデバイス（１４０）を含み、
    前記方法（２００）は、
    前記負荷（３０４）に供給される電流ｉの値が前記第一スイッチングデバイス（１０６）のスイッチング電流ｉ_ｓよりも大きいことを検出したときに、前記第一スイッチングデバイス（１０６）を前記負荷（３０４）に電流が供給されないＯＦＦモードに切り替えるステップ（２０２）と、
    前記負荷（３０４）に供給される前記電流ｉの漏れを検出したときに、前記第二スイッチングデバイス（１４０）を前記負荷（３０４）が短絡されるＯＮモードに切り替えるステップ（２０４）と、を含む方法（２００）。

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