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CN114747106A - 剩余电流断路器 - Google Patents

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CN114747106A
CN114747106A CN202080083837.0A CN202080083837A CN114747106A CN 114747106 A CN114747106 A CN 114747106A CN 202080083837 A CN202080083837 A CN 202080083837A CN 114747106 A CN114747106 A CN 114747106A
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CN
China
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current
load
circuit breaker
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switching
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CN202080083837.0A
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简·约翰逊
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Brixter Technology
Original Assignee
Brixter Technology
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种用于电路(300)的剩余电流断路器(100)。所述剩余电流断路器包括在电源(302)和负载(304)之间串联耦合的第一切换装置(106)和第二切换装置(140)。所述第一切换装置(106)被配置成在检测到被馈送至所述负载(304)的电流i的值大于所述第一切换装置(106)的切换电流is时切换到断开模式，在该断开模式下，不将电流馈送至所述负载(304)。所述第二切换装置(140)被配置成在检测到被馈送至所述负载(304)的所述电流i的漏泄时切换到接通模式，所述负载(304)在该接通模式下处于短路状态。因此，提供了一种新的剩余电流断路器结构。当检测到电流漏泄时，引起短路，短路意味着所述负载两端的电压将会为零，电路中的电流不会对任何人造成伤害。然而，当所述负载短路时，电路中会出现浪涌电流，该浪涌电流将触发所述第一切换装置断开电路，此后不会再有电流流经该电路。本发明还涉及一种包括上述剩余电流断路器的电路和相应的方法。

Description

剩余电流断路器
技术领域
本发明涉及一种用于电路的剩余电流断路器。本发明还涉及一种包括这种剩余电流断路器的电路和相应的方法。
背景技术
剩余电流断路器或剩余电流装置在本领域是众所周知的。具有该相应功能的设备的其他术语包括接地故障电路断续器、接地故障断续器、电器泄漏电流断路器和漏泄电流检测断路器。
剩余电流断路器和剩余电流装置等这些装置的用途是：当电源导线和回路导线之间的电流不平衡时，快速中断或断开电路，以防止触电对人员造成伤害。电源导线和回路导线中的电流差表示漏泄电流，而漏泄电流会造成电击危险。
通常地，剩余电流断路器和剩余电流装置是可测试且可重置的设备。机械输入装置(比如测试按钮)会产生较小的漏电情况，而重置按钮会在故障状况得到清除后重新连接导线。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种用以缓解或解决传统解决方案的缺点和问题的解决方案。
通过独立权利要求的主题来解决上述目的及进一步的目的。可以在从属权利要求中找到本发明的进一步有利的实施例。
根据本发明的第一方面，通过电路的剩余电流断路器来实现上述目的及其他目的，其中所述剩余电流断路器被配置为耦合在电路的电源和负载之间，其中，所述剩余电流断路器包括在所述电源和所述负载之间串联耦合的第一切换装置和第二切换装置；其中：
所述第一切换装置被配置成在检测到被馈送至所述负载的电流i的值大于所述第一切换装置的切换电流is时切换到断开模式，在该断开模式下，不向所述负载馈送电流；和
所述第二切换装置被配置成在检测到被馈送至所述负载的电流的漏泄时切换到接通模式，在该接通模式下，所述负载处于短路状态。
所述第一切换装置的切换电流is是指所述第一切换装置从接通模式切换到断开模式的电流。例如，所述切换电流可以是电流阈值。在一种实现形式中，可以根据用途将切换电流动态地改变为合适的值。可以通过软件解决方案、硬件解决方案或软件及硬件的组合方案，例如通过一个或多个控制装置来控制切换电流的变化。在各个实施例中，第一切换装置可以是晶体管，比如是场效应晶体管，场效应管意味着其切换时间比机械开关的切换时间快得多。
根据第一方面的剩余电流断路器提供了一种新的剩余电流断路器结构。当检测到电流漏泄时，第二切换装置会引起电路短路，因此负载也会短路。这意味着负载两端的电压将会为零，该电路中的电流不会对任何人造成伤害。然而，当负载短路时，该电路中会出现浪涌电流，该浪涌电流将会触发第一切换装置断开该电路，此后不会有流经该电路中的电流。第一切换装置将会断开电路，这是因为在浪涌电流期间的电流会高于第一切换装置的切换电流。此外，该电路的断路意味着该电路不会对任何人造成伤害，这是因为该电路出现断路后，不会再有流经该电路中的电流。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，所述第二切换装置与所述负载并联耦合。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，第二切换装置包括与机械开关并联耦合的电子开关。
电子开关可以是晶体管(例如场效应晶体管)，这意味着电子开关的切换时间比所述机械开关的切换时间快得多。
因此，可以快速切换电子开关，从而不会伤害任何人。但是，机械开关则需满足监管要求，例如国家法律和政府机构规定的要求。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，
所述电子开关被配置为在检测到被馈送至负载的电流i的漏泄时，切换至接通模式，负载在该接通模式下处于短路状态；同时
所述机械开关被配置为在检测到被馈送至负载的电流i的漏泄时，切换至接通模式，所述负载在该接通模式下处于短路状态。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，电子开关被配置为在经过时间段T之后切换回断开模式，所述负载在该断开模式下不短路。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，该时间段T大于机械开关的接通时间，其中该接通时间是指机械开关切换到接通模式所需时长。
因此，在电子开关切换回断开模式之前，机械开关有时间切换到接通模式。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，机械开关被配置为在接收到用户的输入时切换回断开模式，负载在该模式下不短路。
用户可以是操作剩余电流断路器的人员。因此，可以满足监管要求。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，剩余电流断路器包括漏电检测器，该漏电检测器被配置为：
测量电路的第一节点处的第一电流i1；
测量电路的第二节点处的第二电流i2；和
基于所述第一电流i1和所述第二电流i2检测被馈送至所述负载的电流i的漏泄。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，检测被馈送至负载的电流的漏泄包括：
检测到第一电流i1和第二电流i2具有不同的值。
第一电流i1和第二电流i2具有不同的值可能意味着第一电流i1和第二电流i2之间的差值小于阈值。还应注意，在检测到电流漏泄时，可能得考虑时间因素。例如，可以在适当的时间间隔上对用于检测电流漏泄的所测电流值进行积分，例如对该时间段上的平均值进行积分。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，将第一节点设置在负载的电源接头处，将第二节点设置在负载的回路接头处。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，所述漏电检测器被配置为检测直流电和/或交流电的电流漏泄。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，漏电检测器是霍尔传感器。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，所述剩余电流断路器包括至少一个控制装置，该控制装置被配置为控制第一切换装置和第二切换装置中的至少一个。
所述至少一个控制装置可以是软件解决方案、硬件解决方案、或软件和硬件的组合中的任何一种。例如，作为软件解决方案，控制装置可以在微控制器中实现；而在硬件解决方案中，该控制装置可以在物理逻辑电路中实现。所述至少一个控制装置可与漏电检测器耦合，以从所述漏电检测器中接收关于电路中电流的漏泄和/或不漏泄的指示。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，所述第一切换装置被配置为:
a)在经过第一时间间隔T1后，从断开模式切换回接通模式，在该接通模式下，电流被馈送至负载；
例如，可以将第一切换装置的切换时间视为从检测到晶体管的切换电流到将晶体管设置为断开模式(不再导电)的时间。该切换时间可以是用于检测过电流(达到硬件限制)的时间与将晶体管切换到断开模式的切换时间之和。例如，第一切换装置的切换时间可以是250ns或不到250ns。传统断路器的切换时间可大于1ms。因此，第一切换装置的切换时间总是比传统断路器的切换时间更短，这也意味着本申请断路器相比传统断路器具有更快的切换速度。
这种实现形式的一个优点是：由于切换装置在经过第一时间间隔T1后从断开模式切换回接通模式，并且，如果过电流情况(例如浪涌电流)持续时间很短，则电路将自动工作于正常模式，这意味着负载将会正常工作。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，所述第一切换装置被配置为：
b)在检测到被馈送至负载的电流i的值大于切换电流is时，切换回断开模式；和
重复执行步骤a)和步骤b)N次，其中N为正整数。
因此，可以在交流情况下处理连续数量的浪涌电流事件。在直流情况下，可以处理电容性负载。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，第一切换装置被配置为：
如果重复执行步骤a)和步骤b)达到N次，则在第二时间间隔T2内保持在断开模式。
在根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式中，所述第二时间间隔T2大于所述第一时间间隔T1。
根据本发明的第二方面，通过电路实现上述及其他目的，该电路包括：设置成向至少一个负载馈送电流的电源和根据上述权利要求中任一所述的剩余电流断路器，其中所述剩余电流断路器耦合在所述电源和所述至少一个负载之间。
根据本发明的第三方面，通过用于剩余电流断路器的方法来实现上述目的及其他目的，其中所述剩余电流断路器被配置为耦合在所述电源和所述电路的负载之间，并且其中所述剩余电流断路器包括在所述电源和所述负载之间串联耦合的第一切换装置和第二切换装置；所述方法包括：
在检测到被馈送至负载的电流i的值大于第一切换装置的切换电流is时，将第一切换装置切换至断开模式，在该断开模式下，电流不再被馈送至负载；和
在检测到被馈送至负载的电流i的漏泄时，将第二切换装置切换至接通模式，所述负载在该接通模式下处于短路状态。
可以将根据第三方面的所述方法扩展为与根据第一方面的剩余电流断路器的实现形式相对应的实现形式。因此，该方法的实现形式包括所述剩余电流断路器的相应实现形式的特征。
根据第三方面的所述方法的优点与根据第一方面的剩余电流断路器的相应实现形式的优点相同。
在根据第三方面的所述方法的实现形式中，该方法包括：
持续测量或监测由电源向负载馈送的电流。
在本发明的实施例中，使用电流监测装置监测电流。
在根据第三方面的方法的实现形式中，该方法包括：
检查所测的电流是否高于所述第一切换装置的阈值电流，即所述第一切换装置的切换电流。
在根据第三方面的所述方法的实现形式中，所述方法包括：
在确定所测的电流高于所述第一切换装置的阈值电流时，检测是否已经达到连续过电流(例如浪涌电流)的最大检测次数n，其中n指示检测到的连续过电流的计数值。
在根据第三方面的所述方法的实现形式中，所述方法包括：
在确定未达到连续过电流的最大检测次数n后，在第一时间间隔T1内通过第一切换装置断开电路，然后切换回接通模式。
在根据第三方面的方法的实现形式中，所述方法包括：
在确定已达到连续过电流的最大检测次数n后，通过所述第一切换装置在第二时间间隔T2内断开电路，其中T2大于T1，即T2＞T1。
在根据第三方面的方法的实现形式中，T2的值取决于剩余电流断路器的应用。
在根据第三方面的方法的实现形式中，T2小于或等于5s。
本发明实施例的进一步应用及优点在下面的具体实施例中将是显而易见的。
附图的简要说明
附图旨在澄清和解释本发明的不同实施例，其中：
图1示出了根据本发明实施例的剩余电流断路器；
图2示出了根据本发明实施例的方法；
图3a和3b示出了根据本发明的另一个实施例的剩余电流断路器；
图4a和4b示出了根据本发明的另一个实施例的剩余电流断路器；
图5a和5b示出了根据本发明的另一个实施例的剩余电流断路器；
图6a示出了根据本发明实施例的第二切换装置，图6b示出了开关的断开模式和接通模式；
图7示出了根据本发明的另一个实施例的剩余电流断路器；
图8示出了切换时间和额定电流之间的关系；以及
图9示出了用于第一切换装置的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明实施例的剩余电流断路器100。根据本发明的实施例，所述剩余电流断路器100(参见例如图3a、图3b、图4a、图4b、图5a和图5b)被配置为耦合在电路300的电源302和负载304之间。所述剩余电流断路器100包括在电源302和负载304之间串联耦合的第一切换装置106和第二切换装置140。所述第一切换装置106被配置成在检测到被馈送至负载304的电流i的值大于第一切换装置106的切换电流时切换到断开模式，电流在该断开模式下不再被馈送至负载304。所述第二切换装置140被配置成在检测到被馈送至负载304的电流i的漏泄时切换到接通模式，负载304在该接通模式下处于短路状态。
图2示出了根据本发明实施例的相应方法，该方法可以在如图1所示的剩余电流断路器100中进行实现。该方法200包括：步骤202)在检测到被馈送至负载304的电流i的值大于第一切换装置106的切换电流is的值时，将第一切换装置106切换至断开模式，电流在该断开模式下不再被馈送至负载304。该方法200还包括：步骤204)在检测到被馈送至第二切换装置304的电流i的漏泄时，将第二切换装置140切换至接通模式，其中负载304在该接通模式下处于短路状态。
在本公开中通常可以理解，开关或切换装置或开关设备可以采用它的接通模式和断开模式(如图6b所示)。在该接通模式下，将开关闭合，以便电流可以流过/通过开关，因此开关是导电的。在该断开模式下，开关被打开，电流不能流过/通过开关。
图3a和图3b示出了根据本发明的另一个实施例的剩余电流断路器100。图3a示出了剩余电流断路器100的非短路工作模式，并且图3b示出了剩余电流断路器100的短路工作模式。在非短路工作模式下，负载304不短路，而在短路工作模式下，负载304处于短路状态。
参考图3a，根据本发明的剩余电流断路器100耦合在电源302和负载304之间，并属于电路300的一部分。电源302可根据用途向负载304馈送或输送交流电或直流电。图中仅示出了一个负载304。但应认识到，作为电路300的一部分的可以是一个或多个负载，并且可以将交流或直流馈送至一个或多个负载。此外，如图所示，第一切换装置106和第二切换装置140在电源302和负载304之间串联耦合。进一步地，示出了负载304的电源导线SC和回路导线RC。该电源导线SC及该回路导线RC与电路中到负载304的电流和电流方向或来自负载304的电流和电流方向有关。在实施例中，如图所示，第二切换装置140与负载304并联耦合。
在图3a中，剩余电流断路器100还包括一个控制装置104，该控制装置104被配置为分别通过从控制装置104到第一切换装置106的虚线箭头及从控制装置104到第二切换装置140的虚线箭头所示的控制线162来控制第一切换装置106和第二切换装置140。此外，漏电检测器150是剩余电流断路器100的一部分或包含在剩余电流断路器100之中。漏电检测器150被配置为测量电路300的第一节点N1处的第一电流i1，以及被进一步配置为测量电路300的第二节点N2处的第二电流i2。漏电检测器150可以基于第一电流i1和第二电流i2检测被馈送至负载304的电流i的漏泄。如图所示，可以相对于电流的流动方向将第一节点N1和第二节点N2设置在负载304的每一侧。
在实施例中，检测被馈送至负载304的电流i的漏泄包括检测到第一电流i1和第二电流i2具有实质上不同的值。第一电流i1和第二电流i2之间的差值很小的一种可能情况是不断定电流漏泄是由于测量故障、硬件限制等原因导致的。这种偏差的原因可能归因于测量不准确、硬件限制等。因此，在这方面可以使用检测间隔和/或阈值。例如，如果所测的差值小于该阈值，则确定不存在漏泄电流，然而，如果所测的差值大于该阈值，则确定存在漏泄电流。而且，由于电流值可能随时间波动，因此可能得考虑时间因素。在这种情况下，可在适当的定时器周期内对电流值进行积分处理，以获得用于确定电路中是否存在电流漏泄的值。
所述漏电检测器150可被配置为检测直流电和交流电的漏泄。因此，在实施例中，漏电检测器150是霍尔传感器。
此外，通过如从漏电检测器150到控制装置104的箭头所示的通信线164将漏电检测器150耦合到控制装置104。当漏电检测器150检测到电流漏泄时，漏电检测器150通过通信线路164向控制装置104指示该电流漏泄。例如，可以向控制装置104发送控制信号。还应注意，漏电检测器150还可被配置为指示何时不再检测到电流漏泄，例如，指示在何时第一电流i1和第二电流i2具有基本相同的值。而且，在这种情况下，可以使用间隔和/或阈值和/或积分来确定是否存在无漏泄电流。
当未检测到电流漏泄时，电路300工作于正常模式，并且如图3a所示，将电流从电源302馈送至负载304。因此，如虚线所示，不存在经由第二切换装置140流入和流出第二切换装置140的电流。
然而，参考图3b，如果漏电检测器150在电路300中检测到电流漏泄，则向控制装置104发送漏电指示。当接收到电路300中的漏电指示时，控制装置104通过控制联轴器162相应地控制第一切换装置106和第二切换装置140。因此，控制装置104将第一切换装置106切换到断开模式，在该断开模式下，不将电流馈送至负载304。此外，控制装置104将第二切换装置140切换到接通模式，负载304在该接通模式下处于短路状态。这意味着电路300中的电流将直接流经第二切换装置140，而不是流经负载304，如图3b所示。因此，在这种情况下，不会存在流向负载304的电流。
图4a和4b示出了根据本发明的另一个实施例的剩余电流断路器100。图4a和图4b分别示出了非短路模式和短路模式。图3a和图3b所示的实施例与图4a和图4b所示的实施例之间的主要区别在于：在后一实施例中，剩余电流断路器100包括两个独立的控制装置(即控制装置104和控制装置104')，而不是仅仅包括一个控制装置。第一控制装置104耦合到第一切换装置并被配置为控制第一切换装置106，第二控制装置104′耦合到第二切换装置140并被配置为控制第二切换装置140。如图4a及图4b所示，还经由通信线164将第二控制装置104'耦合到漏电检测器150。因此，可以先参考图3a和图3b描述第二控制装置104'和漏电检测器150之间的相互作用。
另一方面，可以通过由箭头所示的适合的通信线166将第一控制装置104耦合到过电流检测装置(参见图7)。当检测到过电流并将所检测的过电流指示给第一控制装置104时，控制第一切换装置106断开电路300。下面参考图7公开关于这一方面的更多细节，其中，第一控制装置104是第一切换装置106的组成部分。
图5a和5b示出了根据本发明的又一个实施例的剩余电流断路器100。图5a和图5b分别示出了非短路模式和短路模式。图5a和图5b中所示的实施例与图3a、图3b、图4a和图4b中所示的实施例的区别在于：在这种情况下，第一切换装置106是机械开关和/或保险丝。因此，不需要用于控制第一切换装置106的控制装置。在第一切换装置106是机械开关的情况下，机械开关可以起作用并且被配置为第二切换装置140的机械开关，在下面的公开内容中参考图6a描述了第二切换装置140，即用户500对第二切换装置140进行部分地操作。
此外，图6a示出了根据本发明实施例的第二切换装置140。在该实施例中，第二切换装置140包括与机械开关144并联耦合的电子开关142。在操作期间，电子开关142被配置为在检测到被馈送至负载304的电流i的漏泄时，切换到接通模式，其中负载304在该接通模式下被电子开关142短路。同时，机械开关144被配置成在检测到被馈送至负载304的电流i的漏泄时，切换到接通模式，其中负载304在该接通模式下被机械开关144短路。在各个实施例中，可通过如上所述的控制装置104，104'来控制电子开关142和/或机械开关144的接通。图6b中示出了电子开关142和机械开关144的断开模式及接通模式的功能。
由于电子开关142的切换时间比机械开关144的切换时间短得多，因此，在各个实施例中，电子开关142被配置为在经过时间段T之后切换回断开模式，负载304在该断开模式下不被电子开关142短路。所述时间段T被设置为比机械开关144的接通时间更长。机械开关144的接通时间是用于将机械开关144从断开模式切换到接通模式所需时长。
如图6a所示，在各个实施例中，机械开关144被配置为在接收到用户500(例如操作剩余电流断路器100的人员)的输入时切换回断开模式，负载304在该断开模式下不再被机械开关144短路。该输入可以是机械输入装置400，例如通过操纵杆、按钮或开关将机械开关144从接通模式重置回断开模式。因此，根据本实施例，必须通过剩余电流断路器100的用户500对机械开关144进行复位。
另一方面，第二切换装置140的电子开关142可以继续由控制装置104，104'进行控制，使得当每次控制装置104，104获得电路中电流漏泄的指示时，将电子开关142切换到接通模式，因此，当每次控制装置104，104'获得电路300中电流无漏泄的指示时，将电子开关142切换回断开模式，这意味着负载304不再被电子开关142短路。然而，只要机械开关144未复位，机械开关114仍将继续引起负载304的短路。
图7示出了本发明的实施例，在该实施例中，当在非短路模式下工作时，第一切换装置106作为断路器的一部分，断路器作为剩余电流断路器100的一部分。将断路器设置成用于断开电路300，使得电流不能被馈送到电负载304。因此，如上所述，电路300包括至少一个电源302，该电源302被设置成向至少一个负载304提供电流i(或相应的电压)，这意味着电源302与负载304电耦合。负载304的一个示例为家用电器，但负载304并不限于此。因此，本文中的负载与设置成通过消耗电力来使其工作的电气设备有关。电源302被设置成根据应用提供交流电或直流电。例如，所提供的电流可以是额定电压为110V或220V，频率为50Hz的馈路电流。然而，本发明并不限于此。因此，可以将本发明的实施例应用于从低压系统到高压系统的所有类型的电压系统。
当断路器断开电路300时，无法将电流i馈送到负载304。在这种情况下，断路器包括被设置成由控制装置104进行控制的第一切换装置106。第一切换装置106被设置成在接通模式和断开模式之间进行切换，在该接通模式下，来自电源302的电流被馈送至负载304，在该断开模式下，电流不被馈送至负载304。因此，第一切换装置106充当用于闭合或断开电路的开关。控制装置104例如可以是上文中提到的数字微控制器，但其不限于此。
控制装置104可以被配置为获得由电源提供并馈送至负载304的电流i的值，并且基于所获得的电流值相应地控制第一切换装置106。更具体地说，本文中的控制装置104可以被配置为：a)如果电流i的值大于断路器的切换电流is，则在断路器的切换时间内将第一切换装置106切换到断开模式；和b)在经过第一时间间隔T1之后，将第一切换装置106从断开模式切换回接通模式。
控制装置104还可以被配置为重复执行步骤a)步骤和b)N次，其中N是正整数。如果在上述的重复执行步骤a)步骤和b)N次的其中一次重复执行期间，馈送至负载304的电流i小于断路器的切换电流is，则可将切换装置保持在接通模式。
参考图7，断路器包括电流监测装置108，该电流监测装置108被配置为连续监测从电源302馈送至负载304的电流，并由阈值检测器110通过信号耦合120,122将监测到的电流值提供给控制装置104。可以通过电流监控装置108来执行上述监控操作，该电流监控装置108被配置为连续测量由电源提供的电流，并将该电流的测量值提供给阈值检测器110。可以在阈值检测器110中检查切换电流和断路电流。如果测量值大于切换电流的阈值，则阈值检测器110通过信号耦合128触发控制装置104，该触发导致控制装置104通过控制接口118将第一切换装置106从接通模式切换到断开模式。因此，阈值检测器110被配置为当电流的测量值大于断路器100的切换电流时触发控制装置104。然而，如果测得的电流大于断路器的断路电流，则控制装置104立即将第一切换装置106切换到断开模式，以便不会损坏断路器中的部件。
电流监测装置108可以是电感器(比如，如图7所示的线圈)。线圈的功能是延迟过电流，以便在电气部件被损坏之前能够将切换装置设置为断开模式。线圈具有两个测量节点134，136，这两个测量节点134，136被设置在线圈感应部的不同侧面。因此，在本实施例中，将过零检测器116和阈值检测器110设置成测量线圈的测量节点134，136处的电流。换言之，电流监测装置108或者本实施例中的线圈通过耦合120和耦合122分别连接到测量节点134和测量节点136。在本文中，如果由电源302馈送的电流为交流电，则过零检测器116被配置成检测过零点。因此，过零检测器116通过信号装置126向控制装置104指示过零，以便控制装置104能够在检测到过零时将切换装置切换回接通模式。这意味着过零检测器116仅与从电源302馈送的电流为交流电的情况相关。
图7还示出了延迟块114，该延迟块114被设置成通过信号装置132向控制装置104提供正确的时间延迟。例如，在本发明的实施例中，在电流为直流电的情况下，第一时间间隔T1比用于定义当前监视装置108基本丢失了其所有存储能量时的阈值时间间隔更长。因此，在这种情况下，可以通过延迟块114将第一时间间隔T1作为时间延迟提供给控制装置。因此，阈值检测器110可以通过信号装置130触发或通知延迟块114。
如图7所示，断路器100与另一个第二断路器112串联耦合，并且其中，断路器100和第二断路器112一起耦合在电源302和负载304之间。在各个实施例中，第二断路器112是所谓的标准化断路器，例如是保险丝、两极或四极微型断路器或任何其他合适的标准化断路器。断路器的标准的一个示例是IEC60898-1。标准化的第二断路器的使用，使得断路器将会满足国家、地区和国际政府机构和组织在电气安全方面制定的安全要求。根据这些实施例，第一切换装置106的切换时间小于第二断路器112的切换时间。
在本发明的其他实施例中，第一切换装置106的断路电流或切换电流大于第二断路器112的断路电流。在该实施例中，第一切换装置106的断路电流或切换电流至少比第二断路器112的断路电流高三倍。对于数字断路器而言，晶体管(断路器开关，即本实施例中的开关106)处理峰值电流的能力设定了断路电流的硬件限制。第一切换装置106的断路电流可被视为所设定的硬件限制，以保护切换装置(比如用作开关的晶体管)免受过电流的影响。第二断路器112的断路电流可以是第二断路器112的额定电流。
此外，可以将第二断路器112集成于剩余电流断路器，例如，将第二断路器112和剩余电流断路器设置在同一个壳体内和/或将第二断路器112和剩余电流断路器设置在普通的印刷电路板上。在一种情况下，将与保险丝相对应的金属条设置在普通的印刷电路板中，并用作第二断路器112。该金属条将与微型断路器的热触发器相对应。
图8在图表中显示了切换时间和额定电流之间的关系。x轴显示额定电流(即“x”乘以给定的标称值)，y轴显示以秒为单位的切换时间。图8中标记为B、C和D的磁触发区与微型断路器的不同标准化的额定过电流有关。另一方面，热触发区与微型断路器中产生的能量(即电流乘以时间)所产生的热量有关。
标记并表示“切换电流阈值”的垂直线标记了图8中的区域I和区域II。图8中的区域I涉及与切换电流阈值相关的，由软件定义的电流限制，区域II涉及与切换电流阈值相关的，由软件定义的过电流限制。在本发明的实施例中，可以通过软件更改或设置及控制切换电流阈值。这通过使用图8中的右箭头和左箭头进行了说明。这意味着，当测得的电流超过切换电流阈值时，软件(例如微控制器中的软件)可以在确定测得的电流对断路器本身或对负载无损害的情况下决定提高切换电流阈值，以便不执行模式切换。因此，当测得的电流高于切换电流阈值但低于断路器的断路电流时，就会出现这种情况。相反的情况，即降低切换电流阈值，也可能发生。例如，为了节省成本(较低的电价)，可以通过降低切换电流阈值来降低最大额定电流。另一方面，图8中的区域III与硬件定义的过电流阈值有关，该过电流阈值与断路电流相同。
如前所述，本发明的实施例可涉及包括交流电源、直流电源、或交流电源及直流电源的电路。在以下公开内容中，将参考图9中的流程图更详细地描述交流和直流的不同情况。
图9示出了根据与第一切换装置106有关的本发明的方法的流程图。
在图9中的步骤I中，连续测量或监测由电源302馈送至负载304的电流。在本发明的实施例中，使用前述的电流监测装置108监测电流。
在图9中的步骤II中，检查所测电流是否高于第一切换装置106的阈值电流，也即第一切换装置106的切换电流。如果在步骤II中的检查结果为否，即检查到所测量的电流低于阈值电流，则将该方法返回到步骤I，并继续测量由电源302馈送的电流。然而，如果在步骤II中的检查结果为是，即检查到所测电流高于阈值电流，则将方法继续执行步骤III。
在图9中的步骤III中，检查是否已达到连续过电流(例如浪涌电流)的最大检测次数n，其中n是指示连续过电流的检测次数的计数值。如果在步骤III中的检查结果为是，相当于已经检查到比阈值电流高的所测电流达到N次。如果在步骤III中的检查结果为否，则将该方法继续执行步骤IV；如果在步骤III中的检查结果为是，则将该方法继续执行步骤V。在本发明的实施例中，N等于或小于10。在本发明的其他实施例中，N等于或小于6。
在图9中的步骤IV中，即，在步骤III中的检查结果为否，则第一切换装置106通过在第一时间间隔T1期间切换到其断开模式来断开电路300，然后再切换到接通模式。计数值n增1，即，n＝n+1，将该方法返回到步骤i。
在交流电的情况下，当电源302向负载馈送交流电时，根据本发明的实施例，设置第一时间间隔T1，使第一切换装置106在过零点切换回接通模式。因此，第一时间间隔T1取决于交流电的过零。第一时间间隔T1例如是交流电两次连续过零之间的时间段，因此，第一时间段T1是从检测到过电流后到下一次过零之间的时间间隔。需要注意的是，第一时间间隔T1可以在连续检测到的过电流之间进行变化。因此，可以设置第一时间间隔T1以获得最佳性能。
在电源向负载304馈送直流电的直流电情况下，第一时间间隔T1取决于根据本发明实施例的电流监测装置108的能量存储特性。如前所述，所述电流监测装置108可以是电感器，例如线圈，其具有固有电阻，该固有电阻被配置为提供从电源302馈送至负载304的监测电流i的值。因此，在实施例中，第一时间间隔T1比用于定义当前监视装置108在直流电情况下基本丢失其所有存储能量的阈值时间间隔更长。
在图9中的步骤V中，即步骤III中的检测结果为是，第一切换装置106通过在第二时间间隔T2期间切换到其断开模式来断开电路，其中T2大于T1。即T2＞T1。计数值n也被重置为零，即，n＝0，将该方法返回到步骤I。
在交流电的情况下，根据本发明的实施例，设置第二时间间隔T2，使得第一切换装置106在连续多次过零之后在过零处切换回其接通模式。
在本发明的实施例中，由于人类对电气故障情况的感知，将第二时间间隔T2设置为在交流和直流情况下均小于或等于5s。然而，值得注意的是，也可以将该参数T2设置成其他值。因此，在各个实施例中，可以对该参数T2进行动态调节以适用于不同应用。
最后，应当理解，本发明并不受限于上述各个实施例，还涉及和包括所附独立权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种用于电路(300)的剩余电流断路器(100)，其中所述剩余电流断路器(100)被配置为耦合在所述电路(300)的电源(302)和负载(304)之间，并且其中所述剩余电流断路器(100)包括在所述电源(302)和所述负载(304)之间串联耦合的第一切换装置(106)和第二切换装置(140)；其中：
所述第一切换装置(106)被配置成在检测到被馈送至所述负载(304)的电流i的值大于所述第一切换装置(106)的切换电流阈值is时切换到断开模式，在该断开模式下，不将电流馈送至所述负载(304)；以及
所述第二切换装置(140)被配置成在检测到被馈送至所述负载(304)的所述电流i的漏泄时切换到接通模式，所述负载(304)在该接通模式下处于短路状态。
2.根据权利要求1所述的剩余电流断路器(100)，其中所述第二切换装置(140)与所述负载(304)并联耦合。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的剩余电流断路器(100)，其中所述第二切换装置(140)包括与机械开关(144)并联耦合的电子开关(142)。
4.根据权利要求3所述的剩余电流断路器(100)，其中：
所述电子开关(142)被配置成在检测到被馈送至所述负载(304)的所述电流i的漏泄时切换到接通模式，其中所述负载(304)在该接通模式下处于短路状态；以及
所述机械开关(144)被配置成在检测到被馈送至所述负载(304)的所述电流i的漏泄时切换到接通模式，其中所述负载(304)在该接通模式下处于短路状态。
5.根据权利要求4所述的剩余电流断路器(100)，其中：
所述电子开关(142)被配置为在经过时间段T之后切换回断开模式，其中所述负载(304)在该断开模式下不短路。
6.根据权利要求5所述的剩余电流断路器(100)，其中所述时间段T大于所述机械开关(144)的接通时间，其中所述接通时间是指用于将所述机械开关(144)切换到所述接通模式所需时长。
7.根据权利要求4至6中任一所述的剩余电流断路器(100)，
其中，所述机械开关(144)被配置为在接收到用户(500)的输入时切换回断开模式，其中所述负载(304)在该断开模式下不短路。
8.根据上述权利要求中任一所述的剩余电流断路器(100)，其中所述剩余电流断路器(100)包括漏电检测器(150)，所述漏电检测器(150)被配置为:
测量所述电路(300)的第一节点(N1)处的第一电流i1；
测量所述电路(300)的第二节点(N2)处的第二电流i2；和
基于所述第一电流i1和所述第二电流i2检测被馈送至所述负载(304)的所述电流i的漏泄。
9.根据权利要求8所述的剩余电流断路器(100)，其中检测被馈送至所述负载(304)的所述电流i的漏泄包括：
检测到所述第一电流i1和所述第二电流i2具有不同的值。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的剩余电流断路器(100)，其中所述第一节点(N1)被设置在所述负载(304)的电源接头处，所述第二节点(N2)被设置在所述负载(N2)的回路接头处。
11.根据上述权利要求8至10中任一所述的剩余电流断路器(100)，其中所述漏电检测器(150)被配置为检测直流电和/或交流电的漏泄。
12.根据权利要求11所述的剩余电流断路器(100)，其中所述漏电检测器(150)是霍尔传感器。
13.根据上述权利要求中任一所述的剩余电流断路器(100)，其中所述剩余电流断路器(100)包括控制装置(104，104')中的至少一个，所述控制装置(104，104')被配置为控制所述第一切换装置(106)和所述第二切换装置(140)中的至少一个。
14.根据上述权利要求中任一所述的剩余电流断路器(100)，其中，所述第一切换装置(106)被配置为：
a)在经过第一时间间隔T1后，从所述断开模式切换回接通模式，在该接通模式下，将电流馈送至所述负载(304)。
15.根据权利要求14所述的剩余电流断路器(100)，其中所述第一切换装置(106)被配置为：
b)在检测到被馈送至所述负载(304)的电流i的值大于所述切换电流is时切换回所述断开模式；以及
重复执行步骤a)和步骤b)N次，其中N为正整数。
16.根据权利要求15所述的剩余电流断路器(100)，其中所述第一切换装置(106)被配置为：
如果将步骤a)和步骤b)重复执行N次，则在第二时间间隔T2内保持在所述断开模式。
17.根据权利要求16所述的剩余电流断路器(100)，其中，所述第二时间间隔T2大于所述第一时间间隔T1。
18.一种用于剩余电流断路器(100)的方法(200)，其中所述剩余电流断路器(100)被配置为耦合在电路(300)的电源(302)和负载(304)之间，并且其中所述剩余电流断路器(100)包括在所述电源(302)和所述负载(304)之间串联耦合的第一切换装置(106)和第二切换装置(140)；所述方法(200)包括：
步骤202)在检测到被馈送至所述负载(304)的电流i的值大于所述第一切换装置(106)的切换电流is时，将所述第一切换装置(106)切换到断开模式，在该断开模式下，不将电流馈送至所述负载(304)；和
步骤204)在检测到被馈送至所述负载(304)的所述电流i的漏泄时，将所述第二切换装置(140)切换到接通模式，所述负载(304)在该接通模式下处于短路状态。
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