用于接地故障中断器的自动自检的设备、系统和方法

摘要

本发明涉及用于接地故障中断器的自动自检的设备、系统和方法。提供了一种自检电路，其包括适合于周期性地输出电路抑制信号以抑制来自接地故障检测器的中断信号的信号电路。该信号电路还适合于周期性地输出模拟接地故障的测试信号。该自检电路还包括适合于响应于检测到接地故障从接地故障检测器接收输出信号并适合于在接地故障检测器不可操作时输出警报的报警电路。所述信号电路还可以适合于周期性地输出模拟接地中性情况的第二测试信号。还提供了一种接地故障电路中断器系统和方法。

权利要求

1.一种自检电路，包括：

信号电路，其适合于周期性地输出电路抑制信号以抑制来自接地故障检测器的中断信号，所述信号电路还适合于周期性地输出模拟接地故障的测试信号；以及报警电路，其适合于响应于检测到接地故障从所述接地故障检测器接收输出信号，并适合于在所述接地故障检测器不可操作时输出警报。

2.根据权利要求1的自检电路，其中，所述电路抑制信号和测试信号两者均适合于以第一周期循环，并且至少当输出测试信号时输出所述电路抑制信号。

3.根据权利要求1的自检电路，其中：

所述信号电路还适合于周期性地输出模拟接地中性情况的第二测试信号；

所述测试信号和所述第二测试信号是从主测试信号接合的交替信号；以及所述电路抑制信号和主测试信号两者都适合于以第一周期循环，并且至少在输出测试信号和第二测试信号时输出所述电路抑制信号。

4.根据权利要求3的自检电路，其中，所述接地故障检测器适合于在所述接地故障检测器可操作时响应于第二测试信号输出所述输出信号。

5.根据权利要求1的自检电路，其中，所述接地故障检测器适合于在所述接地故障检测器可操作时响应于接地故障输出所述输出信号。

6.根据权利要求1的自检电路，其中，变压器被电耦合到所述接地故障检测器并适合于通过比较对象电路的中性线电流和负载线电流来测量对象电路的接地故障。

7.根据权利要求6的自检电路，其中：

所述接地故障检测器包括被耦合到测试电路的振荡器电路；以及第二变压器被所述测试电路电耦合到所述接地故障检测器以完成所述振荡器电路，所述第二变压器适合于通过针对振荡信号比较所述对象电路和所述测试电路来测量所述对象电路的接地中性情况。

8.根据权利要求1的自检电路，其中：

所述报警电路包括被电耦合到所述接地故障检测器的检测器电路和被电耦合到所述检测器电路的可再触发单稳态；以及所述可再触发单稳态适合于包含增大直至所述检测器电路接收到输出信号为止的电压。

9.根据权利要求8的自检电路，其中，包含在所述可再触发单稳态中的电压适合于以预定的速率增大，使得其从所述检测器电路接收到输出信号时起花费第二周期以达到预定电压，所述第二周期长于所述测试信号的第一周期。

10.根据权利要求9的自检电路，其中：

所述可再触发单稳态的报警输出适合于是低的，除非所述电压超过所述预定电压；以及所述报警电路包括适合于从所述可再触发单稳态接收报警输出并适合于在所述报警输出为高时激活的报警器。

11.根据权利要求1的自检电路，其中，电路中断器被电耦合到所述接地故障检测器并适合于在接地故障检测器检测到电路的接地故障且未从信号电路输出电路抑制信号时从所述接地故障检测器接收中断信号。

12.根据权利要求11的自检电路，其中，所述电路中断器包括用于接收中断信号的螺线管，所述螺线管适合于使所述电路断电。

13.一种接地故障电路中断器系统，包括：

接地故障检测器；

信号电路，其被电耦合到所述接地故障检测器并用于输出电路抑制信号以抑制来自所述接地故障检测器的中断信号，所述信号电路还用于向所述接地故障检测器输出测试信号；以及报警电路，其被电耦合到所述接地故障检测器并用于响应所述测试信号从所述接地故障检测器接收输出信号。

14.根据权利要求13的接地故障电路中断器系统，其中：所述信号电路包括振荡器；

所述电路抑制信号是具有第一长度和第一周期的方波；

所述测试信号是具有第二长度和第一周期的另一方波；

所述第一长度等于或大于所述第二长度；以及

所述电路抑制信号和所述测试信号是同步的，使得在输出测试信号的整个时间期间，还输出所述电路抑制信号。

15.根据权利要求13的接地故障电路中断器系统，其中：所述信号电路还适合于周期性地输出模拟接地中性情况的第二测试信号；

所述测试信号和所述第二测试信号是从主测试信号接合的交替信号；以及所述电路抑制信号和主测试信号两者都适合于以第一周期循环，并且至少在输出测试信号和第二测试信号时输出所述电路抑制信号。

16.根据权利要求15的接地故障电路中断器系统，其中，所述接地故障检测器适合于在所述接地故障检测器可操作时响应于第二测试信号输出所述输出信号。

17.根据权利要求13的接地故障电路中断器系统，其中，所述报警电路在所述接地故障检测器不可操作时不响应于测试信号从所述接地故障检测器接收输出信号。

18.根据权利要求13的接地故障电路中断器系统，还包括被电耦合到所述接地故障检测器并用于通过比较电路的中性线电流和负载线电流来测量电路的接地故障的变压器。

19.根据权利要求18的接地故障电路中断器系统，其中：所述接地故障检测器包括被耦合到测试电路的振荡器电路；以及第二变压器被所述测试电路电耦合到所述接地故障检测器以完成所述振荡器电路，所述第二变压器适合于通过针对振荡信号比较所述对象电路和所述测试电路来测量所述对象电路的接地中性情况。

20.根据权利要求13的接地故障电路中断器系统，其中：所述报警电路包括被电耦合到所述接地故障检测器的检测器电路和被电耦合到所述检测器电路的可再触发单稳态；以及所述可再触发单稳态包含增大直至所述检测器电路接收到输出信号为止的电压。

21.根据权利要求20的接地故障电路中断器系统，其中，包含在所述可再触发单稳态中的电压适合于以预定的速率增大，使得其从所述检测器电路接收到输出信号时起花费第二周期以达到预定电压，所述第二周期长于所述测试信号的第一周期。

22.根据权利要求21的接地故障电路中断器系统，其中：所述可再触发单稳态的报警输出适合于是低的，除非所述电压超过所述预定电压；以及所述报警电路包括适合于从所述可再触发单稳态接收报警输出并适合于在所述报警输出为高时激活的报警器。

23.根据权利要求13的接地故障电路中断器系统，还包括电路中断器，该电路中断器被电耦合到所述接地故障检测器并用于在接地故障检测器检测到电路的接地故障且未从信号电路输出电路抑制信号时从所述接地故障检测器接收中断信号。

24.根据权利要求23的接地故障电路中断器系统，其中，所述电路中断器包括用于接收中断信号的螺线管，所述螺线管适合于使所述电路断电。

25.一种方法，包括：

周期性地向接地故障检测器输出电路抑制信号以抑制来自所述接地故障检测器的中断信号，以第一周期输出所述电路抑制信号；

只有输出了所述电路抑制信号才向所述接地故障检测器输出测试信号，该测试信号测试所述接地故障检测器；

在所述接地故障检测器可操作时，响应于所述测试信号从所述接地故障检测器接收输出信号；以及如果在长于所述第一周期的第二周期之后未接收到所述输出信号，则激活报警器。

26.权利要求25的方法，还包括：

只有输出了所述电路抑制信号才向所述接地故障检测器输出第二测试信号；

响应于所述第二测试信号向测试电路施加振荡，

针对由所述接地故障检测器的振荡信号比较对象电路和所述测试电路；以及如果所述比较指示接地中性情况，则从所述接地故障检测器接收输出信号。

说明书

用于接地故障中断器的自动自检的设备、系统和方法

[0001] 本申请要求2008年3月27日提交的美国临时申请No.61/039,824的权益，其通过引用结合到本文中。

技术领域

[0002] 本发明涉及断路器系统。特别地，本发明向接地故障中断器电路提供自动自检功能。

背景技术

[0003] 住宅接地故障电路中断器(GFCI)断路器目前依赖于通过房主进行的手动“按下测试”按钮行动来检验接地故障检测器电路的正确操作。在此断路器的使用期限期间，多个电应力源(例如闪电、线路干扰等)可以使此电路不可操作。遗憾的是，房主可能在此不可操作时间段期间例行地执行上述“按下测试”按钮，因此可能未认识到电路故障。

[0004] 当前的住宅GFCI断路器不提供检测主电路部件的一个或多个故障的内部看门狗功能，并且已在现场观察不运行的GFCI断路器。“按下测试”手动按钮未被视为故障保险功能测试，因为许多房主并未例行地执行此手动测试。

[0005] 典型的住宅GFCI断路器可能由于因环境突变(surges)、有缺陷的部件、和制造问题引起的故障电路而变得不可操作。这些GFCI断路器将继续提供分支功率，但没有接地故障中断能力。

[0006] 图1示出传统接地故障电路中断器。在图1中，元件100表示接地故障检测器，其可以是集成电路，并且具体而言可以是Fairchild RV 4141A低功率接地故障中断器。接地故障检测器100被电耦合到变压器120，其被布置为测量在电路上是否出现接地故障。该电路可以是任何家庭项目，例如干发器，或者可以是任何其它适当电气设备。线170表示负载火线(hot line)，并且线180表示负载中性线。线170和180两者穿过变压器120。线180与作为线路中性线的线185相连，并且线170与作为开关火线的线175相连。当在负载上存在接地故障情况时，线170和180之间的电流差超过最小阈值。线170与线180之间的此电流差引起变压器120输出促使接地故障检测器100发射中断信号的信号。该中断信号促使螺线管130激活促使断路器使电路断电的柱塞(plunger)140。或者，螺线管130可以进行操作以直接地或通过另一触发设备间接地拉动电枢。来自接地故障检测器100的中断信号导通硅控整流器150(在本文中也称为SCR 150)。

[0007] 在图1中，电源由螺线管130、电桥135、及检测器100内部的其它分立元件形成。接地故障检测器100将通过变压器120(在本文中也称为差分环形线圈(differential toroid))的火线与中性线中的电流差有效地放大并将该电流差与预定阈值相比较。当检测到过大的差(例如，5ma)时，接地故障检测器100输出被施加于SCR 150的栅极的正向信号。这将促使SCR 150激发，迫使致动电流流过螺线管130。依次，柱塞140将撞击适当的机械杆，促使断路器跳闸。

[0008] 传统接地故障检测器电路还可以包括按下测试按钮110(在本文中也称为按下测试按钮，或PTT按钮)，其充当手动自检特征。图1中的按下测试按钮110通过引起通过变压器120的电流不平衡来进行操作以测试接地故障检测器100，所述电流不平衡促使接地故障差电流信号被发送到接地故障检测器100。因此，PTT按钮致动通过使用串联地布置的分立元件111、112、113和114以及线115使附加电流通过变压器120、而不使电流返回通过变压器120来引起实际的电流不平衡。接地故障检测器100感测此不平衡并激发SCR 150，因此引起断路器跳闸情况。在这种情况下，螺线管130将激活引起电路断电的柱塞140。已按下测试按钮110以测试接地故障检测器电路的用户通过看见断路器断开而意识到电路断电，并因此能够确认接地故障检测器100的操作。用户还能够通过手动地使断路器复位来使电路复位，以便可以实现负载处的电气设备的继续操作。虽然断路器安装指示表让房主周期性地执行PTT按钮110，但这实际上很少进行。因此，GFCI电路中的故障可能在没有引起房主的任何注意的情况下使电路不可操作。

[0009] 图1还包括第二变压器160，其适合于确定是否存在故障情况，该故障情况不在变压器120中产生足够的电流差以满足用于促使接地故障检测器100检测故障的阈值。在接地故障检测器100的RV4141实施例中，从第二变压器160到变压器120的耦合信号在运算放大器(在本文中也称为感测放大器)周围提供正反馈环路。因此，当存在接地中性短路(在本文中也称为地线到中性线故障)时，感测放大器(用来处理来自变压器120的不平衡电流)变成振荡器电路。接地故障电流被变压器120检测并被感测放大器放大。第二变压器160和变压器120变得相互耦合，在感测放大器周围产生正反馈环路。新产生的反馈环路促使感测放大器以由第二变压器160和电容器161的次级线圈电感确定的频率振荡。此振荡频率可以约为8KHz。

[0010] 图1的电路还包括以使得电路能够适当地运行的方式布置的各种二极管、电阻器和电容器。电阻器和电容器的值、以及所有元件的布置是常规的，并且可以在没有过多实验的情况下由本领域的技术人员来确定精确的布置。

发明内容

[0011] 本发明提供一种GFCI自动自检(在本文中也称为GAST)，其提供将检验接地故障电路中断器(GFCI)的正确操作的自动的独立的内部监视和报警功能。可以向断路器或插座(receptacle)主机配置中的现有的和新的GFCI设计两者添加GAST电路。该GAST通过自动地、独立地周期性地测试设备的GFCI功能来解决现有技术的问题。GAST将在测试失败时向房主提供可见、可听、或可见且可听的报警，即在不能对接地故障进行响应的情况下向房主提出注意。可以向现有的或新的接地故障电路中断(GFCI)产品添加GAST以便包括自动自检特征。

[0012] 提供了一种自检电路，其包括适合于周期性地输出电路抑制信号以抑制来自接地故障检测器的中断信号的信号电路。该信号电路还适合于周期性地输出模拟接地故障的测试信号。该自检电路还包括适合于响应于检测到接地故障从接地故障检测器接收输出信号并适合于在接地故障检测器不可操作时输出警报的报警电路。

[0013] 在自检电路中，电路抑制信号和测试信号两者可以适合于以第一周期循环，并且可以至少在输出测试信号时输出电路抑制信号。在所述自检电路中，所述信号电路还可以适合于周期性地输出模拟接地中性情况的第二测试信号，并且该测试信号和第二测试信号可以是从主测试信号接合(spliced)的交替信号。电路抑制信号和主测试信号两者可以适合于以第一周期循环，并且可以至少在输出测试信号和第二测试信号时输出电路抑制信号。

[0014] 在所述自检电路中，可以在接地故障检测器可操作时响应于第二测试信号从接地故障检测器接收输出信号。所述自检电路可以包括电耦合到所述接地故障检测器并适合于通过比较对象电路的中性线电流和负载线电流来测量对象电路的接地故障的变压器。所述接地故障检测器可以包括耦合到测试电路的振荡器电路，并且第二变压器可以通过测试电路电耦合到接地故障检测器以完成振荡器电路。所述第二变压器可以适合于通过针对振荡信号比较对象电路和测试电路来测量对象电路的接地中性情况。

[0015] 在所述自检电路中，可以在接地故障检测器可操作时响应于接地故障从接地故障检测器接收输出信号。

[0016] 在所述自检电路中，所述报警电路可以包括电耦合到所述接地故障检测器的检测器电路和电耦合到所述检测器电路的可再触发单稳态(monostable)，所述可再触发单稳态可以包含增大直至所述检测器电路接收到输出信号为止的电压。包含在所述可再触发单稳态中的电压可以以预定的速率增大，使得其从所述检测器电路接收到输出信号时起花费第二周期以达到预定电压，所述第二周期长于所述测试信号的第一周期。所述可再触发单稳态的报警输出可以是低的，除非所述电压超过预定电压，并且所述报警电路可以包括适合于从所述可再触发单稳态接收报警输出并适合于在所述报警输出为高时激活的报警器。

[0017] 在所述自检电路中，电路中断器可以电耦合到所述接地故障检测器并适合于在接地故障检测器检测到电路的接地故障且未从信号电路输出电路抑制信号时从所述接地故障检测器接收中断信号。所述电路中断器可以包括用于接收中断信号的螺线管，并且所述螺线管可以适合于使所述电路断电。

[0018] 还提供了接地故障电路中断器系统，其包括接地故障检测器和电耦合到所述接地故障检测器并用于输出电路抑制信号以抑制来自接地故障检测器的中断信号的信号电路。所述信号电路还向所述接地故障检测器输出测试信号。所述系统还包括电耦合到所述接地故障检测器并用于响应于测试信号从所述接地故障检测器接收输出信号的报警电路。

[0019] 在所述接地故障电路中断器系统中，所述信号电路可以包括振荡器，所述电路抑制信号可以是具有第一长度和第一周期的方波，并且所述测试信号可以是具有第二长度和第一周期的另一方波。所述第一长度可以等于或大于所述第二长度，并且可以使所述电路抑制信号和所述测试信号同步，以便在输出测试信号的整个时间期间，还输出电路抑制信号。

[0020] 在所述接地故障电路中断器系统中，所述信号电路还可以适合于周期性地输出模拟接地中性情况的第二测试信号，并且所述测试信号和第二测试信号可以是从主测试信号接合的交替信号。电路抑制信号和主测试信号两者可以适合于以第一周期循环，并且可以至少在输出测试信号和第二测试信号时输出电路抑制信号。

[0021] 在所述接地故障电路中断器系统中，可以在接地故障检测器可操作时响应于第二测试信号从接地故障检测器接收输出信号。

[0022] 所述接地故障电路中断器系统可以包括电耦合到所述接地故障检测器并用于通过比较电路的中性线电流和负载线电流来测量电路的接地故障的变压器。所述接地故障检测器可以包括耦合到测试电路的振荡器电路，并且第二变压器可以通过测试电路电耦合到接地故障检测器以完成振荡器电路。所述第二变压器可以适合于通过针对振荡信号比较对象电路和测试电路来测量对象电路的接地中性情况。

[0023] 在所述接地故障电路中断器系统中，所述报警电路在所述接地故障检测器不可操作时不响应于测试信号从接地故障检测器接收输出信号。

[0024] 在所述接地故障电路中断器系统中，所述报警电路可以包括电耦合到所述接地故障检测器的检测器电路和电耦合到所述检测器电路的可再触发单稳态。所述可再触发单稳态可以包含增大直至所述检测器电路接收到输出信号为止的电压。包含在所述可再触发单稳态中的电压可以以预定的速率增大，使得其从所述检测器电路接收到输出信号时起花费第二周期以达到预定电压，所述第二周期长于所述测试信号的第一周期。所述可再触发单稳态的报警输出可以是低的，除非所述电压超过预定电压，并且所述报警电路可以包括适合于从所述可再触发单稳态接收报警输出并适合于在所述报警输出为高时激活的报警器。

[0025] 所述接地故障电路中断器系统可以包括电路中断器，该电路中断器被电耦合到所述接地故障检测器并用于在接地故障检测器检测到电路的接地故障且未从信号电路输出电路抑制信号时从所述接地故障检测器接收中断信号。所述电路中断器可以包括用于接收中断信号的螺线管，其中，所述螺线管适合于使所述电路断电。

[0026] 提供了一种方法，其包括周期性地向接地故障检测器输出电路抑制信号以抑制来自所述接地故障检测器的中断信号。以第一周期输出所述电路抑制信号。所述方法还包括只有输出了电路抑制信号才向所述接地故障检测器输出测试信号。所述测试信号测试所述接地故障检测器。所述方法还包括当所述接地故障检测器可操作时响应于测试信号从接地故障检测器接收输出信号，并且如果在长于第一周期的第二周期之后未接收到输出信号则激活报警器。

[0027] 所述方法可以包括只有输出了电路抑制信号才向所述接地故障检测器输出第二测试信号，并响应于第二测试信号向测试电路施加振荡。所述方法还可以包括针对由接地故障检测器的振荡信号比较对象电路和测试电路，并且如果该比较指示接地中性情况，则从接地故障检测器接收输出信号。

[0028] 通过参考以下详细说明和附图，本发明的这些及其它优点对于本领域的技术人员来所将是显而易见的。

附图说明

[0029] 图1说明常规接地故障中断器电路；

[0030] 图2用GFCI自动自检(GAST)电路的示例性实施例的示意图说明图1的接地故障中断器电路；

[0031] 图3用GFCI自动自检(GAST)电路的另一示例性实施例的示意图说明图1的接地故障中断器电路；

[0032] 图4用GFCI自动自检(GAST)电路的三比较器实施例的示意图说明图1的接地故障中断器电路；

[0033] 图5说明测试信号和电路抑制信号的时序波形；

[0034] 图6说明检测器电路和可再触发单稳态的时序波形；

[0035] 图7是说明根据本发明的示例性方法的流程图；

[0036] 图8用包括用于接地中性短路的自动测试的GFCI自动自检(GAST)电路的另一示例性实施例的示意图说明图1的接地故障中断器电路；

[0037] 图9连同电路抑制信号一起说明接合到用于测试GAST的第一测试信号和用于测试接地中性故障指示器的第二测试信号中的测试信号的时序波形。

具体实施方式

[0038] 本发明向住宅GFCI断路器产品提供自动自检功能。一种完全独立的电路(GAST)自动地生成用于GFCI电路的实际周期性接地故障信号。GFCI必须用正确的跳闸信号进行响应以防止激励连续可见或可听报警。GFCI自动自检(GAST)将不会导致发生实际断路器跳闸情况。

[0039] 本发明的GAST自动地检查接地故障检测电路的功能并发出可见、可听、可见且可听、或其它适当的指示。GAST被实现为自动地周期性地产生实际接地故障错误信号(与PTT行动相同)和/或模拟接地中性情况的独立看门狗电路。GAST电路还在自检序列期间禁用跳闸SCR 150。这防止自动自检期间的任何乱真跳闸(nuisance trip)情况。除非GFCI电路用有效的跳闸信号(在本文中也称为中断信号或输出信号)进行响应，否则GAST将独立地引起可听、可见、可听且可见、或其它指示。所述自动自检序列被配置为用于但不限于每分钟三次的频率。

[0040] 图2是示出GAST的一般功能块的GAST实现的示例性型式。图2说明被电耦合到GFCI电路的GAST 200(在本文中也称为GFCI自动自检电路200)。此GAST实现可以由分立元件、线性功能元件、或分立元件所支持的微处理器配置。图2包括包括接地故障检测器100的常规接地故障电路中断器。GAST 200包括信号电路210和报警电路220。信号电路
210具有两个输出，线230上的第一输出连接到按下测试按钮110的输出。信号电路210的第二输出在线240上并被电耦合到SCR 150的栅极。线250连接到接地故障检测器100的输出。报警电路220在线250上接收来自GAST 200的输入。

[0041] 图3说明具有基本功能块的附加结构细节的图2所示的电路，所述基本功能块即为电源300、不稳定多谐振荡器310、GFCI响应检测器350、可再触发单稳态360、驱动器370、可听报警390和可见报警380。图3包括连接到作为火线的线175并为GAST 200提供功率的电源300。所述电源可以是直接来源于断路器的功率连接器的半波二极管类型。因此，其可以不取决于任何GFCI电路元件的功能状态。例如，如果螺线管线圈130或二极管桥135表现出开路情况，则GAST可以不受影响并可以继续正常地操作。在本实现中，电源被配置为供应12V直流，但不限于此电平。

[0042] 信号电路210包括输出两个信号的不稳定多谐振荡器310。从不稳定多谐振荡器310输出的第一信号穿过驱动器320到达线230。不稳定多谐振荡器310的第二输出被发射到驱动器330并连接到线240。图3的信号电路可以输出SCR抑制信号510，其被显示在图5中，并且其可以在线240上发送。低频不稳定多谐振荡器310还提供具有相同频率但具有较窄宽度的伴随脉冲(称为测试信号520并显示在图5中)，其用来在线230上产生自检功能。因此不稳定多谐振荡器310连续地产生两个周期性同步信号，测试信号520和SCR抑制信号。为了保证在GAST操作期间不产生乱真跳闸，SCR抑制信号510延长等于或大于测试信号520的持续时间。此时序关系保证当SCR抑制被释放(release)时，不存在自检跳闸情况。

[0043] 线230上的测试信号520的产生引起应被接地故障检测器100检测到的接地故障电流不平衡。在对此接地故障进行正确响应时，接地故障检测器100发出中断信号。此中断信号将对SCR 150没有影响，因为SCR 150的栅极已被线240上的SCR抑制信号510有效地接地。然而，此中断信号将在线250上送往报警电路220。由于接地故障检测器100可能在任一种输出状态下出现故障，所以报警电路220仅检测输出信号的变化、而不是独立电平可能是优选的。例如，与检测预定电压电平相反，报警电路220可以检测由电容器340、电阻器424、和二极管425(图4所示)成形的低至高转变。以这种方式，示例性系统可以检测其中检测器100在线250上输出连续的“高”输出的故障。

[0044] 报警电路220在图3中被示为包括线250上的电容器340。线250从电容器340连接到GFCI响应检测器250的输入端。GFCI响应检测器350连接到可再触发单稳态360。可再触发单稳态输出到驱动器370(在本文中也称为报警驱动器370)。报警驱动器370电耦合到可以提供指示接地故障检测器100中的故障的报警的报警器390和LED 380。在线
250上接收到的信号提供输入转变，引起实际上使可再触发单稳态360内的电容充电重新启动(在图6中被示为斜坡电压620)的放电脉冲。接地故障检测器100的成功自检将周期性地使电容器340放电，防止其充电至预定报警阈值630(如图6所示)。如果超过上述电平，则报警驱动器370将被连续地开启，引起可见、可听、可见且可听、或其它报警指示，直到在检测器电路350处接收到在线250上接收到的复位信号为止。

[0045] 图4说明接地故障电路中断器自动自检的三比较器实施例。如前所述，GAST电路的实施例不限于此三比较器构思，并且可以替换地使用微处理器来配置。然而，所述三比较器实施例可以提供高可靠性、低成本、低工作电流、和低RF发射和敏感性。还可以使用通用运算放大器来实现本文所讨论的每个专用电压比较器。

[0046] 在图4中，齐纳二极管电源400包括独立半波整流的、齐纳调节的+12V电压源。低频不稳定多谐振荡器310包括第一比较器410。此级产生0.0476Hz或具有0.9％的占空比的或每分钟约3个脉冲的自激振荡频率。因此，对于小于总有效GFCI监视时间的1％的时间执行此自检功能。电容器411和充电/放电元件412、413、414和415形成低频时间常数。二极管414和电阻器412可以将占空比减小至小于1％。电阻器416、417和418形成用于第一比较器410的电压基准和滞后网络。使得可从低频不稳定多谐振荡器310获得两个输出。线240上的第一输出是SCR抑制信号510，其被施加于SCR 150的栅极，防止其导通。此脉冲的持续时间可以约为191ms。驱动器330提供开关功能。线230上的第二输出提供测试信号520并被有效地施加在按下测试按钮100两端。因此，此输出在电学上复制按下测试按钮110的功能，引起接地故障不平衡。此脉冲故意地窄于SCR抑制信号510。测试信号520可以是持续时间约为80ms的脉冲。该较窄的脉宽由元件401、402和403的微分网络产生。驱动器320提供开关功能。

[0047] 第二比较器420检测接地故障检测器100的响应。由于接地故障检测器100可以在各种固定电压电平的输出的情况下出现故障，所以GFCI响应检测器(图3中的元件350)仅对从接地故障检测器100输出的线250上的低至高转变作出反应。元件421、422和423形成用于第二比较器420和第三比较器430的电压基准源。电容器340将线250耦合到第二比较器420的输入端中。电阻器424和二极管425使此信号发展至适当的电平。如果此信号超过被输入到第二比较器420的线426处的电压阈值电平，则第二比较器420的输出将转入低状态。这将有效地使电容器427放电，迫使其电荷状态到约为零伏。当接地故障检测器100输出脉冲被完全耦合地通过电容器340时，第二比较器420关断，消除来自电容器427的低放电路径。因此，电容器427通过电阻器428自由地充电至电源电压(例如+12v)。电阻器429安全地将电容器放电电流限制到比较器输出级中。成功的周期性自检GFCI输出检测有效地将电容器427的充电电压限制于约+4伏。

[0048] 如果GFCI的自检由于GFCI电路内的有缺陷的部件而出现故障，从而导致线250上的输出实际上未被中断，则将允许电容器427充电至+12v的电源电压电平。第三比较器430将检测到此事件，因为其监视电容器427上的电压电平。当此电压电平超过线431上的+8伏的参考值或另一适当报警阈值电平630时，第三比较器430将开启报警驱动器370。
此双极驱动器可以提供用于LED 380的工作电流、可听报警390、这两者，或者可以提供任何其它适当报警。可听报警设备可以是压电型蜂鸣器。此报警状态将保持连续，因此向房主报警，GFCI断路器有缺陷，并且必须替换。如果接地故障检测器100输出指示其可操作的中断信号，则该报警在测试信号520的后续循环时将被取消。

[0049] 图5和6说明时序波形。图5说明图3的信号电路210的输出500，其可以包括由低频不稳定多谐振荡器310发射的SCR抑制信号510。低频不稳定多谐振荡器310可以在约0.0476Hz、或每21秒一个脉冲(每分钟约3个脉冲，在图5中被示为周期550)的频率下工作，或并且可以发射191ms宽(在图5中被示为宽度540)的SCR抑制信号510。低频不稳定多谐振荡器310还可以提供具有相同的频率但具有80ms的更窄宽度(在图5中被示为宽度530)的伴随脉冲(称为测试信号520)。

[0050] 图6说明在报警电路220内工作的波形。中断信号610是在信号电路210的影响下的接地故障检测器100的示例性输出。因此，周期640可以具有与图5所示的周期550相同的周期，图5说明测试信号520、以及SCR抑制信号510的周期。信号610在接地故障检测器100响应于测试信号520而适当地操作时在线250上输出，并进行操作以使经受斜坡电压620的电容器放电。斜坡电压620表示电容器427上的电压及到可再触发单稳态360和报警驱动器370的输入。斜坡电压620从低压斜升(ramp up)至高电压，直至如以信号610的形式在线250上接收到低压至高压的信号为止。然而，如果信号610未被检测器350接收到且被传递至可再触发单稳态360，则斜坡电压620将继续增加超过在线431上载送的报警阈值630。在达到报警阈值630之后，斜坡电压信号620进行操作以促使可再触发单稳态360激活报警驱动器370。

[0051] 图7说明根据本发明的示例性实施例的方法。可以由电路或系统来执行权利要求7的方法，并且具体而言可由分立元件、集成电路、微处理器、或其任何组合所组成的电路来执行。图7的方法在圆圈710处开始并继续至操作720，其指示向接地故障检测器输出抑制信号以抑制由接地故障检测器输出的中断信号使电路断电。该流程从操作720继续至操作730，操作730指示输出测试信号以测试接地故障检测器。该流程随后继续至操作740，操作740指示停止输出抑制信号和测试信号。该流程从操作740继续至判定750，判定750问“接地故障检测器输出中断信号？”如果向判定750的响应是肯定的，则流程继续至操作
760，操作760指示从接地故障检测器接收中断信号。从操作760，流程继续至操作770，操作770指示使报警电路的斜坡电压复位并等待一个时间段。流程从操作770返回至起始圆圈710。如果对判定750的响应是否定的，则流程继续至操作780，操作780指示如果在所述时间段之后未接收到输出信号则激活报警器。流程从操作780继续至起始圆圈710。

[0052] 在本发明的另一示例性实施例，可以将测试信号(在本文中也称为主测试信号或ST_OUT)接合到接地故障测试信号(在本文中也称为测试信号或GF_ST_OUT)和接地中性故障测试信号(在本文中也称为第二测试信号或GN_ST_OUT)以交替地测试接地故障(不平衡电流)检测电路和接地中性检测(休眠(dormant)振荡器)电路。GN_ST_OUT信号通过变压器120和第二变压器160来闭合低电阻路径(例如通过继电器开关、图8中的开关820)，模拟接地中性故障。闭合路径从第二变压器160到变压器120的耦合完成振荡器电路。一旦路径被开关820和线830闭合，则从变压器160到变压器120的相互耦合在接地故障检测器100(例如RV4141A)中的感测放大器周围形成正反馈并开始振荡。还可以用用来通过感测放大器检测过大接地故障电流的同一比较器电路在接地故障检测器100中检测振荡。RV4141A向SCR 150输出中断信号以跳闸，这在其它情况下将激活螺线管130以激活柱塞140以使断路器跳闸。然而，此处线240上的SCR_INH信号抑制SCR导通，从而促使此中断信号将被GFCI响应检测器350检测。

[0053] 图8说明包括用于接地中性故障的自动测试的接地故障中断器电路的本示例性实施例。图8将此附加功能添加到图3所示的GAST。图8在来自不稳定多谐振荡器310的输出端处包括接合器(splicer)800。接合器800进行操作以将在图3的实施例中被输出到驱动器320并随后被输出到线230的测试信号划分成两个信号。如关于图3所讨论的，这两个信号中的一个继续在线230上被输出并通过驱动器320到达线230，并进行操作以引起应由接地故障检测器100检测的接地故障电流不平衡。从接合器800输出的另一信号在操作开关820的线810上被输出。开关820完成线830所示的电路，其模拟接地中性情况。接地故障检测器100包括振荡器，该振荡器测试接地中性情况，并且其在可操作时将检测器电路830的完成。接地故障检测器100在其可操作时且在检测到接地中性情况时输出中断信号。图8的不稳定多谐振荡器310还输出无论何时两个测试信号中的任一个被输出时输出的SCR抑制信号510，从而保证自检不导致跳闸情况。图8所示的电路的其余部分以与图3所示的电路相同的方式操作。

[0054] 图9说明经修改的时序波形900。经修改的时序波形900包括被接合到用于测试GFCI的第一测试信号910和用于测试接地中性故障指示器的第二测试信号920中的测试信号530(在本文中也称为主测试信号)。图9还示出具有宽度540和周期550的SCR抑制信号510。测试信号530可以通过简单地针对每个测试信号使脉冲交替来接合到第一测试信号910和第二测试信号920中。以这种方式，测试信号530可以具有与SCR抑制信号510相同的周期，并且第一测试信号910和第二测试信号920可以具有测试信号530两倍长的周期。同样地，第一测试信号910的宽度930可以等于第二测试信号920的宽度940，第二测试信号920的宽度940可以等于测试信号520的宽度530。

[0055] 本发明涉及一种独立的GFCI自动自检电路，其提供可见、可听、可见且可听、或其它报警功能，其基于识别对周期性地引发的测试信号进行响应的有效接地故障检测器转变输出。独立GFCI自动自检电路可以由不稳定多谐振荡器、GFCI响应检测器、可再触发单稳态多谐振荡器、报警驱动器和半波电源组成。独立GFCI自动自检电路还可以基于三个比较器和支持电路元件的配置。替换地，可以用微处理器来实现所述独立GFCI自动自检功能。

[0056] 应将前述详细说明理解为是在每个说明性和示例性而不是限制性方面，并且不应通过该详细说明、而是通过根据专利法许可的全部宽度所解释的权利要求来确定本文所公开的本发明的范围。应理解的是本文所示和所述的实施例仅仅说明本发明的原理，并且在不脱离本发明的范围和精神的情况下本领域的技术人员可以实现各种修改。