專利名稱：有源的接地故障斷開的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路，所說電路對于電子儀器中可能損壞測試電路或者傷害操作人員的接地故障電流提供保護。更具體地說涉及提供多級保護的此類電路。
使用正溫度系數(shù)(PTC)電路元件和機械式繼電器及開關(guān)，已經(jīng)完成了在存在潛在的危險性的或傷害性的故障接地電流的情況下用于操作人員和測試電路保護的現(xiàn)有的設(shè)計。雖然這種保護通過限制極大的電流可以防止火災(zāi)和爆炸，但它們不能足夠快地響應(yīng)能量的臨界量或瞬變量，不能在所有情況下完全保護操作人員的安全和測試電路。
現(xiàn)在參照

圖1A，雖然“浮動”(不接地)操作相當(dāng)簡單并且便宜，但在故障條件下，從一個相當(dāng)小的電壓就可以產(chǎn)生極大的電流流動，這是因為從一個公共(接地)探針到另一個探針的阻抗極低的緣故。一旦儀器“浮動”，偶然連接一個公共端到高壓的錯誤就可能使所有的其它的露在外邊的公共端都意外地“發(fā)熱”，不管是操作人員還是測試電路都有潛在的危險。
即使用戶通過接觸意外“發(fā)熱”的引線或儀器的露在外邊的浮動區(qū)沒有受到震動，連接第二個公共端到大地的接地點，可能引起爆炸似的嚇人的閃光和電弧。用戶可能被燒傷，或者引起二次傷害，即由未曾預(yù)料到的突然的爆炸性的大電流流動產(chǎn)生的驚嚇的反應(yīng)。
向一般情況下接近零伏的用戶電路部分引入一個未曾料到的高壓也可能傷害測試電路。即使這種接觸是偶然發(fā)生的，對于測試電路的未加保護的元件來說，效果也可能是災(zāi)難性的。即使跌落或拖拉這個浮動“發(fā)熱”的公共線使其與另一個電路元件接觸，也可能產(chǎn)生未曾料到的結(jié)果用戶電路產(chǎn)生了永久性的損壞。非浮動的大地接地的操作，仍舊可能導(dǎo)致不幸的令人驚奇的結(jié)果，影響操作人員的安全和測試電路的整個元件。
下面參照圖1B，通過接入一個與接地路徑串聯(lián)連接的PTC電阻器來保護公共引線，使其不得超過瞬時限制電壓。現(xiàn)在，未曾預(yù)料的電流浪涌提高了PTC電阻器的電阻，并且極大的限制了可能流過的最大電流，至少對于任何明顯的時間長度是這樣的。這個電路仍舊是十分簡單的，但它還是能夠防止先前討論過的現(xiàn)有技術(shù)電路產(chǎn)生電弧和爆炸。若給這個電路提供二級保護，則要求采取其它步驟限制所有的儀器公共端暴露到突然的和未曾預(yù)料的電流。探針必須是特殊絕緣的。這實現(xiàn)真正的雙隔離，還必須保護所有的其它的輸入／輸出功能部件和外露的導(dǎo)線不要受到未曾預(yù)料的高壓的作用。
這里參照引用的授予Howell的美國專利第4583146號“故障電流斷路器”公開了一種故障電流斷路器，它是通過并聯(lián)連接一個PTC電阻器和一個電壓相關(guān)電阻器實現(xiàn)的，電壓相關(guān)電阻器跨接在一對機械式觸點的兩端，從而允許在觸點分開期間流動的電流中斷而不產(chǎn)生電弧。對于PTC電阻器進行選擇，使其在室溫時有一個相當(dāng)?shù)偷碾娮柚担⑶以谳^高的溫度有一個明顯較高的電阻值。這就允許電流從觸點經(jīng)PTC電阻器流走，直到電壓相關(guān)電阻器兩端的電壓使這個電壓相關(guān)電阻器變?yōu)閷?dǎo)通，并因此從PTC電阻器流走電流。
這里參照引用的授予Horsma等人的美國專利第4967176號“PTC電路保護器件的組件”公開了一種器件組件，其中串聯(lián)連接多個PTC電路保護器件。這種類型的組件在提供單個器件不夠用的情況下的保護方面是有用的。在一個優(yōu)選的系統(tǒng)中，器械組件與一個電路斷路器串聯(lián)連接。
這里參照引用了授予Miller等人的美國專利第5644461號“高壓直流電流限幅器”。這個專利描述了一個電流限幅器，用于保護一個電路，它的預(yù)定驅(qū)動電壓不得超過50伏。多個PTC電阻器串聯(lián)連接，一個齊納二極管與每個PTC電阻器并聯(lián)連接。所有的PTC電阻器加在一起，并且所有的齊納二極管加在一起，有一個電壓范圍，這個電壓范圍大于這個預(yù)定的驅(qū)動電壓。
這里參照引用的授予Duffy等人的美國專利第5864458號“包括PTC器件和開關(guān)的組合的過流保護電路”公開了一種電流保護安排，在正常電路操作中PTC器件轉(zhuǎn)接電壓和電流，其中，機械開關(guān)和PTC器件的電壓和／或電流額定值比這個電路的正常操作電壓和電流小得多。和在這種電路要求的機械開關(guān)和PTC器件相比，這一特征允許使用較小的和較便宜的機械開關(guān)和PTC器件。開關(guān)和PTC器件的這種安排還允許PTC器件限制通過電路的故障電流的幅度。
這里參照引用的授予Harnden的美國專利第4068281號“熱響應(yīng)金屬氧化物可變電阻器瞬時抑制電路”公開了一種溫度響應(yīng)電阻器，這個電阻器熱連接到金屬氧化物可變電阻器材料的主體上，用于瞬時抑制和其它應(yīng)用。一旦變電阻器的能量消耗過大，熱響應(yīng)電阻器的溫度升高，向可控硅開關(guān)或其它可以用來提供報警的類似電子開關(guān)提供一個觸發(fā)信號，使可變電阻器主體更加冷卻，改變或限制自可變電阻器的電流流動?？梢詮慕饘傺趸锟勺冸娮杵鞯牡谌颂峁┐┻^溫度響應(yīng)電阻器的電流流動。在這種情況下，電路響應(yīng)于可變電阻器中的總能量消耗和峰值能量消耗水平。
這里參照引用了授予Bacon等人的美國專利第5379176號“儀器的輸入保護電路”。這個專利描述了一種用于多功能測量儀的輸入端的保護電路，它設(shè)有串聯(lián)連接的熱敏電阻，熱敏電阻部分地由一個可變電阻器分流，借此使過載的電壓在熱敏電阻之間分配，可以對較高的電壓電平進行保護。并聯(lián)連接的可變電阻器主要對瞬時過載電壓進行保護，并且熱耦合到上述的熱敏電阻上，使熱敏電阻能更加迅速地到達(dá)它的高阻值條件，從而避免了對于可變電阻器的損壞，并且可提供連續(xù)的保護。
這里參照引用的授予Gambill等人的美國專利第5250893號“數(shù)字電壓表”描述了一種電壓測量儀器，它一般來說包括耦合到輸入探針的信號調(diào)節(jié)電路，用于對過壓進行保護并且處理輸入電壓信號。一個VAC／VDC控制電路確定是存在交流電壓還是存在直流電壓，并且還能可靠地表示在測試電路中什么時候不存在電壓。這個發(fā)明的測量電路借此可以自動地確定對于測試電路中存在的電壓的類型是正確的操作方式，從而可以不再需要用戶選擇操作參數(shù)，并且可以消除可能的誤差。此外，這個測量電路適于針對測量的電壓自動地產(chǎn)生一個正確的基準(zhǔn)電壓，仍舊是不需要用戶選擇電壓范圍。一個電源監(jiān)測電路適于在以預(yù)定的時間長度過后自動地關(guān)閉測量儀器，并且一旦可利用的電池功率下降到低于一個指定的水平時將自動地關(guān)閉電源。
這里參照引用的授予Gross的美國專利第4031431號“接地故障電路斷路器”公開了一種儀器，它包括極性檢測裝置和一個開關(guān)，例如可控硅開關(guān)，用于為一個電負(fù)荷(如一個手持式設(shè)備)提供接地故障電路斷路器系統(tǒng)?？煽毓栝_關(guān)在一個完整的電路中與電負(fù)荷相連，并且與一個交流電壓源的電網(wǎng)火線串聯(lián)地可靠定位。
這里參照引用的授予Shimp的美國專利第3959695號“具有接地故障的斷路控制的電路斷路器”描述了一種電路斷路器，它具有一個相關(guān)的控制系統(tǒng)，這個控制系統(tǒng)檢測過載電流，或接地故障電流，并且引起電路斷路器的適當(dāng)斷路。從故障電流本身導(dǎo)出使電路斷路器在標(biāo)稱故障條件下開路所需的斷路能量。此外，從接地故障電流導(dǎo)出由于接地故障條件使電路斷路器開路的斷路能量。
這里參照引用了授予Bowling等人的美國專利第4109226號“具有復(fù)位機構(gòu)的斷路開關(guān)”。這個專利描述了一種斷路開關(guān)或者熱線繼電器，它在一個至負(fù)荷(例如一個電灶，)的電源電路中和一個接地故障電路斷路器一起使用，對于這個電灶的任何電路提供接地故障保護。這個開關(guān)具有常閉的開關(guān)觸點，一個偏置的致動器短路插棒，和一個可調(diào)節(jié)的熱線，用于在電路過載時釋放閂鎖并因此釋放這個短路插棒。這個開關(guān)的短路插棒可以手動地從遠(yuǎn)端位置復(fù)位。這個復(fù)位機構(gòu)具有一個抗松脫特性，防止操作人員在電路存在故障時夾緊已經(jīng)斷開的觸點。
這里參照引用了授予Kato等人的美國專利第5637990號“高速大電流電源控制設(shè)備”。它公開了一種電源控制設(shè)備，用于保護電流不受過大電流的作用，特別是保護電路不受由電流的極性變化引起的大的快速瞬時脈沖的作用。在電源和負(fù)載之間至少串聯(lián)連接或并聯(lián)連接兩個開關(guān)器件。響應(yīng)于過大電流的檢測，產(chǎn)生一個選通信號，從而將開關(guān)器件從導(dǎo)通狀態(tài)改變到非導(dǎo)通狀態(tài)。將選通信號延遲一個預(yù)定的時間周期，以便在所有的開關(guān)器件都飽和后把開關(guān)器件改變成非導(dǎo)通狀態(tài)，從而消除了電流極性的快速轉(zhuǎn)變。
這里參照引用的授予Tate等人的美國專利第4375660號“具有保護電路的接地隔離監(jiān)測設(shè)備”描述了一種具有保護電路的接地隔離監(jiān)測設(shè)備，用有交流電源和一個應(yīng)用設(shè)備(如電子儀器)之間。保護電路允許應(yīng)用設(shè)備在大地的接地斷開的情況下進行操作，如果在設(shè)備的外殼或外露金屬部分上出現(xiàn)有傷害性的電壓或電流，可以自動地斷開大地的接地。如果大地的接地開路，或者，如果它的阻抗增大，這個保護電路還要監(jiān)測中性點-大地接地的連續(xù)性，并且將交流電源分流到應(yīng)用設(shè)備。還可以提供各種其它功能以保證設(shè)備的安全操作。
這里參照引用了授予Hughes等人的美國專利第4087846號“保護電路設(shè)備”。這個專利描述了一個保護電路，當(dāng)檢測到一個預(yù)定的條件時，例如，在接地線中的電流超過了預(yù)定的水平時，或者在電源中或在熱線上的電流超過預(yù)定的水平時，斷開流向電設(shè)備的電源電流。在一個優(yōu)選實施例中，檢測接地線中過大電流的電路或檢查數(shù)字熱線中過大電流的電路與一個2線變3線的變換器電路串聯(lián)連接，這個變換器電路可以保證和一個電能源的正確連接。
工業(yè)安全要求規(guī)定一個“浮動”儀器應(yīng)該有“雙重隔離”，或者至少有一個裝置可以限制可能使操作人員受到?jīng)_擊傷害的故障電流。這就意味著，從內(nèi)部的金屬部件到外部表面或者到“標(biāo)準(zhǔn)手指”能夠接觸到的任何地方的分開的所有距離都要大于一個額定值。不同的額定值確定了哪一個分開的距離是合適的。一般來說，具有單個溝道和雙層絕緣就不再需要多余的(內(nèi)部)保護了，因為和任何允許的電壓進行單個連接將簡單地浮動整個儀器的內(nèi)部到這個電位。這是足夠安全的，這是因為，即使探針公共端錯誤地連接到高壓，也沒有任何電流可以流到用戶的外露金屬。
一個競爭對手的產(chǎn)品采用了圖1B所示的處理方法。它使用了一個與公共引線串聯(lián)連接的PTC電阻器。這種處理方法可以解決火災(zāi)問題，因為PTC電阻器加熱足夠快，并且在存在嚴(yán)重的公共電流的情況下可以劇烈地改變阻值。增加電阻值，將限制引起故障期間測試電路損壞或儀器損壞的可以得到的電流和能量。不幸的是，由這種技術(shù)提供的能量限值不是足夠地低，不能在所有的條件下保證人員和設(shè)備的安全。通過使用特殊的探針可以尋找出現(xiàn)這種條件的位置，所說的探針具有額外的絕緣塑料，屏蔽用戶不和接地夾的金屬接觸，并且規(guī)定使用單個接地線系統(tǒng)。如果用戶恢復(fù)使用沒有額外絕緣的探針，并且如果這個探針錯誤地連接到升高的電壓上，則傷害是可能存在的。
全隔離技術(shù)可提供優(yōu)秀的安全特性，但實施起來一般來說是很昂貴的。對于全隔離，每個通道都有某種形式的電隔離，這就是說，沒有任何一個導(dǎo)體會直接捆綁輸入級到儀器的“核心部件”。相反，信號從一個部分傳送到另一部分都是經(jīng)過磁耦合或光耦合，或者經(jīng)過它們的組合。
全隔離技術(shù)有兩個優(yōu)點。一是完全沒有直流泄漏，只有極小的交流泄漏。就沒有直流泄漏路徑而論，不管用戶對于輸入探針做了什么，都根本不存在電流流動的任何路徑。交流泄漏是極小的，其原因只是耦合隔離的輸入級到儀器的核心部件以及再回到其它的單個隔離通道的寄生電容。還有，對于全隔離，每個通道仍舊可以進行正常的和準(zhǔn)確的測量，和探針接地夾之間的任何差別無關(guān)(至少在隔離設(shè)備擊穿限值之前是這樣的)。
當(dāng)然，這些優(yōu)點是有價值的。許多特別的部件一般都需要實現(xiàn)全隔離。并且，需要電隔離的光學(xué)的和磁的部件也有變得相當(dāng)昂貴的趨勢。然而，為了覆蓋需要隔離的振蕩器的頻率范圍，一般采取光和磁耦合的組合以覆蓋頻譜。(從直流到到幾個兆赫茲光耦合是有效的，而磁耦合可以覆蓋的頻率從幾百千赫茲到幾百兆赫茲。)在現(xiàn)有技術(shù)THS7XO系列的隔離的觀測設(shè)備的情況下，有一個專利保護的電路，這個電路可以一齊進行光和磁的耦合，從而產(chǎn)生從直流到200兆赫茲的平直的不間斷的頻譜。這里參照引用了授予Barker等人的美國專利第5517154號“分裂路徑線性隔離電路的設(shè)備和方法”。這個專利描述了一個分裂路徑隔離放大器，這個放大器在高頻路徑中使用一個變壓器，在低頻路徑中使用一個單輸入、雙輸出的閉合回路光耦合器。這就實現(xiàn)了平直的寬頻率響應(yīng)，不需要頻率補償調(diào)節(jié)。
在低頻路徑中，光耦合器提供所有的或者絕大多數(shù)的到輸出端的信號。隔離放大器利用了明顯重疊的交叉頻率區(qū)，其中的高路徑信號加到變壓器的初級繞組，低路徑信號按差分方式加到變壓器的次級繞組。在低于交叉頻率范圍的頻率，來自光耦合器的信號占優(yōu)勢，因為從初級繞組耦合的信號發(fā)生了衰落。在高于交叉頻率范圍，從初級繞組耦合的信號占優(yōu)勢，因為從初級繞組耦合的信號發(fā)生了滾降。在交叉頻率范圍內(nèi)的那些頻率，由變壓器的初級繞組和次級繞組產(chǎn)生的磁通分量共同發(fā)生作用，提供具有平直頻率響應(yīng)的一個組合的輸出信號。唯一需要調(diào)節(jié)的是匹配低通道的增益和高通道的增益并且補償?shù)屯ǖ赖娜魏纹睢?br> 除了這些相當(dāng)昂貴的磁和光部件以外，此外還需要電源隔離。簡單地隔離信號路徑是不夠的，因為如果這些通道共享相同的電源，這些通道相互之間實際上是不能隔離的。因此，必須有這樣的電路，它可以把電源通到各個通道。需要一個轉(zhuǎn)接調(diào)節(jié)器電路以產(chǎn)生通到每個通道的電源變壓器的交流，并且將這個交流轉(zhuǎn)換回去，到每個通道上的一個精細(xì)調(diào)節(jié)的電源。全隔離的部件的總成本是相當(dāng)高的。
當(dāng)前所需要的是一個公共端(接地)系統(tǒng)，這個系統(tǒng)對于有損傷的和有危險的故障有雙重保護，并且它是由相當(dāng)便宜的部件構(gòu)成的。
本發(fā)明提供冗余的電安全性和相對于全隔離技術(shù)的低得多的部件成本。這個電路檢測在任何公共路徑上的過多電流，即超過預(yù)定安全水平的電流，并且當(dāng)檢測的這些公共路徑的任何一個的電流太大時自動地打開固體開關(guān)，以斷開所有的公共路徑。一個正溫度系數(shù)(PTC)電阻元件與每個固體開關(guān)串聯(lián)連接，可提供自動的冗余保護。
圖1A和1B是現(xiàn)有技術(shù)的兩個電路的示意圖。圖1A表示在通道地和儀器地之間直接連接的一個電路。圖1B表示通道的公共端通過PTC器件耦合到一個被保護的儀器地的電路。
圖2是按照本發(fā)明的一個電路的示意圖，通過與PTC器件串聯(lián)連接的固體開關(guān)提供特別的保護，這些開關(guān)是由電流檢測和控制電路控制的。
圖3是按照本發(fā)明的另一個電路的詳細(xì)示意圖。這個圖以它特有的詳細(xì)說明了電流檢測和開關(guān)控制是如何實施的。
圖4A和4B表示具有大量通道的本發(fā)明的電路型式，所有的通道都由在任何一個通道中檢測的過大電流斷開。
圖5按照本發(fā)明的一個電路的示意圖，其中的控制反饋是經(jīng)過非電隔離裝置傳遞的。
圖2是按照本發(fā)明的一個電路的示意圖，通過與器件PTC1和PTC2串聯(lián)連接的固體開關(guān)Q1和Q2提供特別的保護，電流檢測和控制電路10具有來自于每個通道的公共端的檢測輸入端。當(dāng)檢測到一個接地電流故障時，電路10操作開關(guān)控制信號打開Q1和Q2。相同的BNC通用連接器通過一對低阻抗路徑還耦合到儀器的內(nèi)部地，其中一個低阻抗路徑包括串聯(lián)連接的元件PTC1和Q1，另一個低阻抗路徑包括串聯(lián)連接的元件PTC2和Q2。通過Q1和Q2的連通是由電流檢測和開關(guān)控制電路10的開關(guān)控制輸出控制的。在正常操作中，兩個晶體管是導(dǎo)通的，以提供低阻抗直流接地路徑。
圖3是按照本發(fā)明的另一個電路的詳細(xì)示意圖。這個圖說明了電流檢測和開關(guān)控制是如何實施的。BNC通用連接分別通過高頻旁路電容器C1和C2耦合到儀器的內(nèi)部地。相同的BNC接地連接還通過一對低阻抗路徑還耦合到儀器的內(nèi)部地，其中一個低阻抗路徑包括串聯(lián)連接的元件PTC1和Q1，另一個低阻抗路徑包括串聯(lián)連接的元件PTC2和Q2。通過Q1和Q2的連通是由U2的／Q輸出控制的，并且在正常操作中，兩個晶體管是導(dǎo)通的，以提供低阻抗直流路徑。
雖然U2的／Q輸出控制晶體管Q1和Q2，但U2的Q輸出卻用于交換控制電路狀態(tài)。高電平輸出表示安全電路已經(jīng)斷路，即公共端引線斷開。低電平輸出表示允許安全電路操作，即在正常方式操作。向U2的CLR輸入通過重新連接通道和儀器的地響應(yīng)于一個有效低電平信號。U2通過U1的輸出計時，當(dāng)它從低到高過渡時，已經(jīng)檢測到一個接地故障。U2的Q輸出然后變高，同時U2的／Q輸出變低。
由于在BNC連接器外露公共端的兩端電壓電位升高，所以在PTC1兩端產(chǎn)生電壓，并且在PTC2兩端產(chǎn)生相反的電壓。這個電壓分別通過限流電阻器R1和R2耦合到D1和D2，然后通過D1和D2將這些電阻器的輸出節(jié)點耦合到檢測電路輸入端。取決于外露的BNC通用連接器兩端的電壓的極性，二極管D1和D2中的一個或另一個變?yōu)檎蚱?，并且向C3的上端施加一個電壓。這個電壓和Tt進行比較，當(dāng)二極管耦合的電壓大于Tt時，U1的輸出進行從低到高的過渡變化。
當(dāng)C3上的電壓大于Tt時，Tt即由分壓器R5和R6設(shè)定的電壓，U1的輸出從低到高的過渡變化，給U2計時。由于U2的D輸出連接到一個正電壓，定時信號輸入端使U2置位，產(chǎn)生一個高Q輸出和一個低／Q輸出。U2的低／Q輸出使Q1和Q2斷開，有效地斷開了外露連接器和儀器內(nèi)部地之間的路徑。
一旦斷開U2將要通過外露的接地連接器的唯一的直流是由R1或R3限制的電流。交流仍舊有一個通過C1和C2的路徑，但對于大多數(shù)有潛在危險的電壓的應(yīng)用來說，它的頻率是足夠低的，因而穿過C1和C2的電流不會引起傷害。對于電容器C1和C2進行選擇，使其電容值最小，這個電容最小值是在加入設(shè)備的信號輸入路徑的快速上升階躍電壓期間維持信號整體性所要求的。這樣，就可以維持瞬變響應(yīng)，使的不會因在接地節(jié)點中插入了電阻而使信號路徑(一個或多個)的效果變差。旁路電容器C1和C2還為靜電放電產(chǎn)生一個路徑，用于保護開關(guān)Q1和Q2以及系統(tǒng)的整體。
電容器C3過濾電噪聲和尖峰信號，它的數(shù)值在防止有效接地斷路電路的虛假(有害)斷開當(dāng)中是很重要的。企圖應(yīng)用的場合以及限流電阻R1和R2確定了適宜的電容數(shù)值。
進一步參照附圖3，部件C1、C2、R1、R3、Q1、Q2、PTC1、和PTC2的值必須全都適合于最大的期望峰值故障電壓。U1和U2以及它們的相關(guān)電路只是實施檢測和控制電路10的一種形式，但不是唯一的形式。用分立的晶體管可以實現(xiàn)相同的功能，并且通過幾乎是任何類型的微處理器或簡單的邏輯都可以提供這種控制。Q1和Q2在這個例子中是具有邏輯值選通閾值的加強型MOS場效應(yīng)晶體管。PTC電阻器在它們的(正常)冷狀態(tài)一般是從500歐姆到1千歐姆。R1和R3的阻值是根據(jù)在斷路條件下期望的最大直流泄漏電流確定的。
PTC電阻器的功能主要是用作在控制電路或開關(guān)失效的情況下的一個冗余保護阻抗。由于UL和CSA是國際上公認(rèn)的安全測試組織，它們已經(jīng)同意將只使用PTC電阻器的測量設(shè)備用作保護，為了信號的整體性可以具有旁路電容器，所以任何控制電路或開關(guān)設(shè)備的故障在最壞的情況下將恢復(fù)到已認(rèn)同的保護水平。
如果經(jīng)過足夠長的公共引線施加一個接地故障電位使其穿過短干擾脈沖濾波器R1或R3／C3并且引發(fā)一個斷路條件，則需要用于復(fù)位這個系統(tǒng)的裝置。安全證書要求由用戶明確確認(rèn)這個故障，隨后進行手動復(fù)位，而后用戶才能著手進行下一步測量。這一部分可由設(shè)備的用戶接口通過使用顯示屏上的信息去完成，所說的顯示屏上的信息指示用戶為完成AGD系統(tǒng)或具有相關(guān)的復(fù)位按鈕(很像可復(fù)原的熔斷器)的某些斷路指示器設(shè)備的復(fù)位操作需要作什么。在圖3所示的實施方案中，微處理器監(jiān)視U2的狀態(tài)輸出，并且，當(dāng)已經(jīng)采取了正確的用戶行動時，程序可以使CLR線脈動變低，從而使接地路徑重新連接。當(dāng)加到測量儀器上的電源斷開時，在Q1和Q2上的選通電壓下降到0，從根本上斷開公共(接地)路徑，使其在所有的條件下都是安全的。
現(xiàn)在參照附圖4，可以將本發(fā)明的相同的一般原理應(yīng)用到多個通道環(huán)境。如在這個圖的底部看見的，通過R3…Rn可以監(jiān)視附加的晶體管開關(guān)組如Q3…Qn以及PTC電阻器組如PTC3…PTCn的在Q3／PTC3…Qn／PTCn兩端的電壓降。對于其它外露的浮動導(dǎo)電節(jié)點，也可以使用和這里對于外露的通用連接器使用的相同的基本原理，借此改進了設(shè)備的安全性和可靠性。
現(xiàn)在參照附圖5，這個電路的操作很像圖3所示的電路，只是光隔離器PV1將控制信號反向耦合到固體開關(guān)Q1、Q2、Q3、Q4，這些開關(guān)現(xiàn)在是成對出現(xiàn)的。二極管D1和D2現(xiàn)在每一個都是一對二極管。在這個例中，每個光隔離器支持兩個通道的控制。
雖然已經(jīng)表示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見的是，在廣義方面不偏離本申請的情況下，還可以進行許多變化和改進。因此后附的權(quán)利要求書旨在涵蓋本申請被授予專利的國家的專利法能夠允許的所有此類變化和改進。
權(quán)利要求
1.一種具有至少一個通道的電測儀器，這個通道具有一個信號路徑和一個公共路徑，這個公共路徑包括無源的保護裝置；有源的保護裝置，有源的保護裝置與無源的保護裝置串聯(lián)設(shè)置；和控制裝置，控制裝置監(jiān)視通過接地路徑的電流流動，并且在檢測到在公共路徑中有過大電流時激勵有源的保護裝置。
2.權(quán)利要求1的電測儀器，其特征在于無源的保護裝置包括一個PTC電阻器。
3.權(quán)利要求1的電測儀器，其特征在于無源的保護裝置包括一個PTC熱敏電阻器。
4.權(quán)利要求1的電測儀器，其特征在于有源的保護裝置包括一個電子開關(guān)，在檢測到在公共路徑中有過大的電流時這個電子開關(guān)打開。
5.權(quán)利要求1的電測儀器，其特征在于控制電路包括包括一個電阻器的檢測裝置；和控制電路，所說控制電路有一個檢測輸入節(jié)點和一個控制輸出節(jié)點，對檢測輸入節(jié)點進行耦合以響應(yīng)于電壓檢測裝置的輸出節(jié)點，并且對控制輸出節(jié)點進行耦合以便按照在檢測輸入節(jié)點存在的電壓控制有源的保護裝置。
6.權(quán)利要求1的電測儀器，其特征在于這個儀器是電隔離的和“浮動”的。
7.權(quán)利要求6的電測儀器，其特征在于無源的保護裝置包括一個PTC電阻器。
8.權(quán)利要求6的電測儀器，其特征在于有源的保護裝置包括一個電子開關(guān)，在檢測到在公共路徑中有過大的電流時這個電子開關(guān)打開。
9.權(quán)利要求6的電測儀器，其特征在于控制裝置包括電壓檢測裝置，包括一個電阻器，用作限流阻抗；和控制電路，所說控制電路有一個檢測輸入節(jié)點和一個控制輸出節(jié)點，對檢測輸入節(jié)點進行耦合以響應(yīng)于電壓檢測裝置的輸出節(jié)點，并且對控制輸出節(jié)點進行耦合以便按照在檢測輸入節(jié)點存在的電壓控制有源的保護裝置。
全文摘要
一種低成本的可替換的產(chǎn)品,用于檢測和自動響應(yīng)接地故障。一個無源的保護PTC電阻器與一個有源的保護開關(guān)串聯(lián)耦合,有源的保護開關(guān)是由一個控制電路控制的,以便在檢測到在通道之一中有過大電流流動時打開這個開關(guān)。描述了浮動和接地的產(chǎn)品變型。
文檔編號H02H7/20GK1292561SQ0011864
公開日2001年4月25日 申請日期2000年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月17日
發(fā)明者R·D·辛普森 申請人:特克特朗尼克公司