用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障安全電力阻斷操作的gfci自測(cè)試軟件功能程序的制作方法
【專利說明】用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障安全電力阻斷操作的GFCI自測(cè)試軟 件功能程序
[0001] 優(yōu)先權(quán)主張
[0002] 本申請(qǐng)案主張來自2013年3月15日申請(qǐng)的序列號(hào)為61/788, 947的美國專利申 請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)，所述美國專利申請(qǐng)案的全部內(nèi)容據(jù)此通過引用所教示的所有內(nèi)容而并入本 文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明一般來說涉及切換式電裝置。更特定來說，本發(fā)明涉及在檢測(cè)到一或多個(gè) 條件時(shí)自"復(fù)位"或閂鎖狀態(tài)切換到"跳閘"或未閂鎖狀態(tài)之自測(cè)試電路中斷裝置，例如接 地故障電路中斷器（GFCI)裝置。與本文中揭示的本發(fā)明一致的此類裝置具有比在先前已 知的GFCI裝置中提供的自測(cè)試能力更穩(wěn)健的自測(cè)試能力。
【背景技術(shù)】
[0004] 具有朝向斷開位置偏置的接觸件的GFCI裝置需要用于設(shè)定并保持閉合位置中的 接觸件的閂鎖結(jié)構(gòu)。同樣地，朝向閉合位置偏置的接觸件的切換式電裝置需要用于設(shè)定并 保持?jǐn)嚅_位置中的接觸件的閂鎖機(jī)構(gòu)。常規(guī)類型的裝置的實(shí)例包含電路中斷類型的裝置， 例如斷路器、電弧故障中斷器及GFCI (僅舉數(shù)例）。
[0005] 為在美國市售，GFCI裝置必須符合由保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室（Underwriter's Laboratory ; UL)聯(lián)合行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)制造商以及其他行業(yè)成員（例如，各種安全團(tuán)體）制定的標(biāo)準(zhǔn)。涵蓋GFCI 裝置的一種UL標(biāo)準(zhǔn)為UL-943,其標(biāo)題為"安全標(biāo)準(zhǔn)一接地故障電路中斷器（Standard for Safety-Ground Fault Circuit Interrupters)'UL-943 適用于旨在保護(hù)人員的 A類單相 或三相GFCI，且包含對(duì)此類GFCI裝置的功能、構(gòu)造、性能及標(biāo)識(shí)的最低要求。UL-943尤其 提出GFCI裝置在其下應(yīng)跳閘的具體故障電流電平及響應(yīng)定時(shí)要求。通常，要求GFCI在檢 測(cè)到具有高于5毫安（mA)的電平的接地故障時(shí)跳閘。此外，在高電阻接地故障應(yīng)用于裝置 時(shí)，目前版本的UL-943根據(jù)方程式T = (20/I)1·43規(guī)定裝置應(yīng)跳閘且阻止將電流遞送到負(fù) 載，其中T是指時(shí)間且以秒表達(dá)且I是指電流且以毫安表達(dá)。因此，在5mA故障的情況中， 裝置必須檢測(cè)故障且在7. 26秒或更少內(nèi)跳閘。
[0006] 在遵守此類安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，且因?yàn)镚FCI裝置自1970年代初引進(jìn)以來直 接挽救了很多生命，所以GFCI裝置在整個(gè)住宅及商業(yè)電網(wǎng)中變得普遍存在。然而，像大多 數(shù)機(jī)電裝置一樣，GFCI裝置易受故障影響。舉例來說，驅(qū)動(dòng)機(jī)械電流中斷器裝置的電子組件 中的一或多者可短路或以其它方式變得有缺陷，如故障檢測(cè)器電路中或裝置內(nèi)其它處的組 件一樣可短路或以其它方式變得有缺陷，從而致使裝置不能夠適當(dāng)?shù)貦z測(cè)接地故障及/或 適當(dāng)?shù)刂袛嚯娏鞯牧鲃?dòng)。出于此原因，長期以來一直要求GFCI裝置具備能夠手動(dòng)測(cè)試裝置 在遇到故障時(shí)跳閘的能力的監(jiān)控電路。此類監(jiān)控電路通常具有TEST按鈕，在按下所述TEST 按鈕時(shí)致動(dòng)且中性導(dǎo)體上的模擬的接地故障。如果裝置正在適當(dāng)?shù)仄鹱饔?，那么檢測(cè)到模 擬故障且裝置將跳閘，即，致動(dòng)機(jī)械中斷器以斷開電流路徑，所述電流路徑連接裝置的例如 其中供應(yīng)AC電力的線側(cè)與其中用戶連接其電器等且其中連接下游插座或額外GFCI裝置的 負(fù)載側(cè)。
[0007] 行業(yè)安全團(tuán)體做出的研究指出很多時(shí)候公眾不會(huì)定期測(cè)試其GFCI裝置是否適當(dāng) 操作（即，通過按下TEST按鈕）。此研究進(jìn)一步顯示已經(jīng)超期服務(wù)的一些GFCI裝置變得 無功能且不能夠適當(dāng)?shù)貦z測(cè)故障條件，因此，致使裝置不安全。具體來說，發(fā)現(xiàn)超期使用的 GFCI裝置在故障發(fā)生時(shí)無法跳閘，因此致使裝置可操作為電插座但在存在故障條件的情況 下是不安全的。因?yàn)闆]有定期測(cè)試裝置，所以此不安全條件加劇。即，人們鑒于裝置遞送 足夠電力的事實(shí)而錯(cuò)誤地相信裝置是操作的，而實(shí)際上此時(shí)所述裝置是威脅生命的重大隱 患。
[0008] 對(duì)本領(lǐng)域中采用的GFCI裝置正變得越來越不可操作且不安全的發(fā)現(xiàn)結(jié)合對(duì)人們 不會(huì)定期測(cè)試其GFCI裝置（盡管制造商對(duì)此做出明確指示）的認(rèn)識(shí)起始對(duì)UL-943標(biāo)準(zhǔn)的 可能改變的調(diào)查以要求GFCI裝置對(duì)其自身進(jìn)行自測(cè)試（例如，自動(dòng)監(jiān)測(cè)）而無需人類介 入。UL-943的預(yù)期改變進(jìn)一步包含警告消費(fèi)者失去保護(hù)及/或裝置從服務(wù)自動(dòng)移除其自身 (例如，永久地跳閘）的要求。此外，這些額外自測(cè)試操作將不得不在不干擾裝置的主要功 能的情況下執(zhí)行，即，在遇到實(shí)際故障時(shí)才跳閘。
[0009] 上文述及的經(jīng)改進(jìn)自測(cè)試功能性還不是對(duì)UL-943認(rèn)證的要求，但期望其在不久 之后將是。在對(duì)此重大UL改變的準(zhǔn)備中，且鑒于對(duì)集成電路的成本的似乎無盡減少，許多 GFCI制造商已經(jīng)轉(zhuǎn)移到支持先前模擬設(shè)計(jì)的數(shù)字技術(shù)（例如，微處理器及微控制器）以提 供接地故障保護(hù)及自監(jiān)測(cè)功能性兩者。然而，迄今為止所提供的數(shù)字解決方案并不理想。舉 例來說，數(shù)個(gè)相關(guān)技術(shù)GFCI設(shè)計(jì)（包含致力于提供自測(cè)試功能性的那些GFCI設(shè)計(jì)）遭受 擾亂性跳閘，即，其中在既非真實(shí)的接地故障、也非手動(dòng)產(chǎn)生的模擬的接地故障，也非自動(dòng) 自測(cè)試故障存在時(shí)中斷器經(jīng)致動(dòng)的情況。許多人認(rèn)為此不利條件由于自動(dòng)自測(cè)試的額外要 求（其導(dǎo)致在裝置內(nèi)產(chǎn)生額外感應(yīng)電流）而變得更加糟糕。
[0010] 因此，期望提供一種GFCI裝置，所述GFCI裝置提供包含在下一修訂本的UL-943 中提出的自測(cè)試能力的特定自測(cè)試能力，但使與擾亂性跳閘相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)最小化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 考慮到與相關(guān)技術(shù)GFCI裝置相關(guān)聯(lián)的疑難問題（包含但不限于上文所論述的疑 難問題），根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)示范性實(shí)施例的電路通常涉及連續(xù)地監(jiān)測(cè)GFCI裝置的性 能的自動(dòng)監(jiān)測(cè)電路。更具體來說，例如微控制器或微處理器的處理裝置經(jīng)配置以基于所存 儲(chǔ)軟件程序而周期性地執(zhí)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)例程以用于測(cè)試及驗(yàn)證GFCI裝置內(nèi)的各種子電路的 可行性及功能性。為測(cè)試GFCI裝置的適當(dāng)電流隔離，操作耦合到微控制器的驅(qū)動(dòng)器以每當(dāng) 執(zhí)行或運(yùn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)例程時(shí)起始表示接地故障的測(cè)試信號(hào)，且監(jiān)測(cè)不同電路節(jié)點(diǎn)以確認(rèn)裝 置的適當(dāng)操作。
[0012] 壽命終止指示器也耦合到微控制器以指示GFCI裝置是否未能適當(dāng)?shù)貦z測(cè)測(cè)試信 號(hào)或發(fā)生了裝置內(nèi)的某一其它失靈。為避免在產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)時(shí)使機(jī)械電流中斷裝置跳閘， 而且允許盡可能多的GFCI裝置電路執(zhí)行其既定功能，提供利用數(shù)字組件（例如，GFCI集成 電路裝置及微控制器）的各種功能性的獨(dú)特監(jiān)測(cè)器電路。具體來說，為提供在于正常條件 下不干擾及導(dǎo)致錯(cuò)誤跳閘的情況下監(jiān)測(cè)GFCI裝置的故障檢測(cè)能力的自動(dòng)測(cè)試功能，與本 發(fā)明一致的實(shí)施例包含與GFCI集成電路（IC)裝置的中斷器驅(qū)動(dòng)輸出相關(guān)聯(lián)的具體選擇的 濾波器電容器。電容器及其它相關(guān)電路組件的適當(dāng)選擇防止中斷器驅(qū)動(dòng)電路（例如，硅控 制的整流器（SCR))起動(dòng)或接通，直到遭遇真實(shí)故障條件為止。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種軟件代碼存儲(chǔ)于其上的可記錄媒體，所述軟件 代碼包括：用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)電接線裝置的代碼；用于監(jiān)測(cè)從故障檢測(cè)電路輸出的測(cè)試信號(hào)以 確定所述電接線裝置的操作狀態(tài)的代碼；用于在來自所述故障檢測(cè)電路的所述測(cè)試信號(hào)小 于閾值值的情況下確定壽命終止?fàn)顟B(tài)的代碼；及用于在確定所述壽命終止?fàn)顟B(tài)時(shí)產(chǎn)生警報(bào) 信號(hào)的代碼。
[0014] 本發(fā)明的又一特征包含：用于監(jiān)測(cè)來自接觸感測(cè)裝置的輸出信號(hào)的代碼；用于基 于來自所述接觸感測(cè)裝置的所述輸出信號(hào)而確定所述電接線裝置是處于跳閘狀態(tài)中還是 處于復(fù)位狀態(tài)中的代碼，在所述跳閘狀態(tài)中阻止將AC電力信號(hào)遞送到負(fù)載，在所述復(fù)位狀 態(tài)中將所述AC電力信號(hào)遞送到所述負(fù)載。。
[0015] 本發(fā)明的又一特征包含：用于在可編程電路裝置中基于對(duì)測(cè)試信號(hào)的評(píng)價(jià)而確定 與所述AC電力信號(hào)相關(guān)聯(lián)的頻率的代碼；用于在與所述AC電力信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所述頻率不 穩(wěn)定的情況下延遲所述自動(dòng)監(jiān)測(cè)程序的代碼；及用于在與所述AC電力信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所述 頻率在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)未穩(wěn)定到預(yù)定頻率范圍內(nèi)的情況下使故障計(jì)數(shù)器遞增的代碼。
[0016] 本發(fā)明的又一特征包含：用于檢查所述電接線裝置的一或多個(gè)電組件的供應(yīng)電壓 電平的代碼；用于初始化所述電接線裝置的處理裝置中的看門狗定時(shí)器功能的代碼；及用 于激活所述處理裝置的一或多個(gè)輸入或輸出端口的代碼。
[0017] 本發(fā)明的又一特征包含：用于檢測(cè)線輸入電壓信號(hào)的邊緣的代碼；及用于基于所 述所檢測(cè)邊緣的相對(duì)定時(shí)而確定所述線輸入信號(hào)的頻率的代碼。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種電接線裝置，其包括：處理裝置，其具有所存儲(chǔ) 的軟件代碼；中斷裝置，其在所述電路中斷裝置處于復(fù)位條件中時(shí)將一或多個(gè)線端子電連 接到一或多個(gè)負(fù)載端子且在所述電路中斷裝置處于跳閘條件中時(shí)將所述線端子從所述負(fù) 載端子斷開連接；及故障檢測(cè)電路，其檢測(cè)所述電路中斷裝置中的故障條件并在檢測(cè)到所 述故障條件時(shí)產(chǎn)生故障檢測(cè)信號(hào)，將所述故障檢測(cè)信號(hào)提供到所述中斷裝置以將所述電路 中斷裝置置于所述跳閘條件中，其中所述所存儲(chǔ)的軟件代碼包含用于將所述處理裝置的一 或多個(gè)輸入/輸出（I/O)端口設(shè)定為輸入端口或輸出端口的代碼。
[0019] 本發(fā)明的又一特征包含：自動(dòng)監(jiān)測(cè)電路，其包含電耦合到所述故障檢測(cè)電路及所 述中斷裝置的所述處理裝置，并連續(xù)地監(jiān)測(cè)一或多個(gè)信號(hào)以確定所述電接線裝置的操作狀 ??τ O
[0020] 本發(fā)明的又一特征包含：用于起始至少一個(gè)自測(cè)試定時(shí)器的代碼，所述至少一個(gè) 自測(cè)試定時(shí)器具有用于啟用所述軟件代碼以在不同定時(shí)要求下操作不同處理功能的相應(yīng) 定時(shí)變量。
[0021] 本發(fā)明的又一特征包含用于初始化所述處理裝置中的模/數(shù)（A2D)轉(zhuǎn)換器的代 碼。
【附圖說明】
[0022] 下文參考附圖通過實(shí)例的方式詳細(xì)描述所揭示發(fā)明的示范性實(shí)施例，其中：
[0023] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的自測(cè)試GFCI插座裝置的側(cè)視立面圖；
[0024] 圖2是在移除外殼的前蓋的情況下圖1中所展示的自測(cè)試GFCI插座的側(cè)視立面 圖；
[0025] 圖3是圖1中所展示的自測(cè)試GFCI插座裝置的核心組合件的側(cè)視立面圖；
[0026] 圖4A到4D是與本發(fā)明的示范性實(shí)施例一致的示范性電路的示意圖；
[0027] 圖5A到5H是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的軟件代碼的操作的系統(tǒng)級(jí)流 程圖；
[0028] 圖6是展示根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的軟件代碼的基本啟動(dòng)操作的系統(tǒng)級(jí)圖 式。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 與本發(fā)明一致的裝置的示范性實(shí)施例包含下文詳細(xì)地描述的新穎性機(jī)械及/或 電特征中的一或多者。舉例來說，揭示的本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的一或多者包含自動(dòng) 監(jiān)測(cè)或自測(cè)試特征。關(guān)于GFCI裝置的一些自測(cè)試特征及能力先前已經(jīng)例如在2012年3 月16日申請(qǐng)的第6, 807, 035號(hào)、第6, 807, 036號(hào)、第7, 315, 437號(hào)、第7, 443, 309號(hào)及第 7, 791，848號(hào)美國專利以及序列號(hào)為13/422, 790的美國專利申請(qǐng)案中揭示，所述美國專利 全部共同讓與本申請(qǐng)案的同一受讓人且所述申請(qǐng)案的全部相應(yīng)內(nèi)容通過引用所教示的所 有內(nèi)容而并入本文中。與本文中揭示的本發(fā)明一致的自動(dòng)監(jiān)測(cè)特征比先前揭示的自動(dòng)監(jiān) 測(cè)特征更穩(wěn)健且減小通過裝置的錯(cuò)誤或擾亂性跳閘的可能性。舉例來說，提供與壽命終止 (EOL)條件的確定及繼此確定之后采取的行動(dòng)有關(guān)的額外特征。本文中在下文參