專利名稱：電流故障檢測器和電路斷流器及其組件的制作方法
電流故障檢測器和電路斷流器及其組件本申請是2002年9月13日提交的名稱為"電流故障檢測器和電 路斷流器及其組件"的中國專利申請02822501.5的分案申請。發(fā)明背景 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明通常涉及電氣控制系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種飛機(jī)電氣 控制系統(tǒng)，其監(jiān)控電流通路中的電流狀態(tài)，并且一旦檢測到電流故障， 就中斷該電流通路。
背景技術(shù)：
在電子機(jī)械領(lǐng)域中，電流不平衡表現(xiàn)出可能導(dǎo)致災(zāi)難性結(jié)果的嚴(yán) 重問題，諸如在燃油泵內(nèi)的電弧放電。由于燃油泵通常被安裝在一個(gè) 燃料容器內(nèi)，以便直接從該容器當(dāng)中泵送燃料，在燃油泵內(nèi)的電弧放 電可能導(dǎo)致燃料空氣混合氣的爆炸和隨后該燃料容器的破裂，這可能 是災(zāi)難性的。由于這樣一個(gè)事件的嚴(yán)重的結(jié)果，需要一種裝置或者方 法，其可以解決這種類型的電弧放電以及其他相關(guān)問題。目前飛機(jī)上 正在使用的通常類型的電路保護(hù)裝置是一種熱斷路器。但是，電弧放 電通常不會導(dǎo)致熱斷路器起動(dòng)。因此，長久以來迫切需要在飛機(jī)中有 一種電流不平衡檢測功能。電流不平衡的一種非常重要的形式是接地 故障，在此故障中電流流動(dòng)于電路或者電氣裝置至地之間，而這種電 流是不希望有的。在現(xiàn)有技術(shù)中，借助單獨(dú)的接地故障中斷單元已經(jīng) 解決了接地故障的檢測。但是，上述的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)是有局限性的， 包括必須使飛機(jī)重新布線。除了使飛機(jī)重新布線的要求之外，還必須 需求額外的空間以容納接地故障中斷系統(tǒng)。一種由Autronics(型號2326-l)制造的現(xiàn)用的接地故障中斷單元己 在大型商用飛機(jī)中使用，以供燃油泵的接地故障保護(hù)。這種Autronics 單元檢測接地故障，并通過利用電流互感器來輸出一個(gè)表示故障的信 號，而且起到取消對燃油泵控制繼電器供電的作用。用于接地故障檢測的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)有助于減少在飛機(jī)電力系統(tǒng)中，包括航空燃料泵中的電弧放電。這個(gè)問題己經(jīng)變成美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)的一個(gè)主要關(guān)注的問題，并且近來的研究已經(jīng)發(fā)表了各種 各樣的研究項(xiàng)目和規(guī)定，以求防止燃料箱起爆。由FAA于2001年6 月20和21日在SEAT交流Airport Hilton主辦了一個(gè)有關(guān)防止燃料箱 起爆的會議，以便更好地了解SFARNo.88的規(guī)定和有關(guān)驗(yàn)證措施以及 用于運(yùn)輸類飛機(jī)的適航性標(biāo)準(zhǔn)。此外在這點(diǎn)上，2001年5月7日(星 期一)的美國聯(lián)邦公報(bào)包括一個(gè)與SFAR No.88有關(guān)的章程"燃料箱 容錯(cuò)系統(tǒng)估算要求和有關(guān)的適航性和驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)(Fuel Tank System Fault Tolerance Evaluation Requirements and Related Airworthiness and Certification Standard)"。這些資料和FAA會議強(qiáng)調(diào)了檢測接地故障、 和在電路操作上盡最大可能防止在燃油泵內(nèi)以及可能暴露給可燃原料 的類似裝置內(nèi)產(chǎn)生電弧放電的重要性。除了前述的Autronics公司型號No. 2326-1系列的接地故障電流檢 測器之外，還有一種由PRIMEX航天公司作為部件型號437,437銷售 的接地故障檢測系統(tǒng)。該P(yáng)RIMEX系統(tǒng)使用電流互感器檢測在三相400 赫茲電動(dòng)機(jī)中的接地故障電流。但是，如果這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)被廣泛 應(yīng)用于飛機(jī)中，無論作為原始裝置或者作為改裝裝置，它們都有嚴(yán)重 的局限性，因?yàn)樗鼈冃枰诋?dāng)前現(xiàn)有裝置之外的單獨(dú)布線和空間。本 發(fā)明提供許多操作和功能方面的優(yōu)點(diǎn)，其中有適于裝入現(xiàn)有的繼電器 底板上的可用空間內(nèi)，利用其所監(jiān)控系統(tǒng)的電源進(jìn)行操作，并且在檢 測接地故障以及從被監(jiān)控系統(tǒng)取消供電時(shí)從功能上看更快和更有效。對于飛機(jī)來說，需要一種改進(jìn)的電路保護(hù)裝置。進(jìn)一步地希望該 電路保護(hù)裝置可被包括在飛機(jī)中現(xiàn)有裝置內(nèi)，或者與一個(gè)現(xiàn)有裝置封 裝在一起，共用對現(xiàn)有電氣電路的相同連線，這是因?yàn)樵谌魏我环N飛 機(jī)中用于電子裝置和控制系統(tǒng)的空間是有限的，而且增加布線以適用 于新的裝置是非常困難的。本發(fā)明致力于解決這些問題和其他問題。發(fā)明內(nèi)容簡要地和從一般意義上說，本發(fā)明致力于這樣的裝置和方法其 用于監(jiān)控在一個(gè)電路的線路端和負(fù)載端之間的電流通路內(nèi)的電流狀 態(tài)，并當(dāng)檢測到電流故障狀態(tài)的時(shí)候中斷該電流通路。本發(fā)明涉及一種對飛機(jī)特別有吸引力的電流不平衡檢測和電路中 斷器，用以保護(hù)一個(gè)具有線路端和負(fù)載端的電路。在一個(gè)當(dāng)前的實(shí)施例中，本發(fā)明在現(xiàn)有的飛機(jī)電力控制繼電器組件內(nèi)加入了電流不平衡 檢測和電路中斷器。例如，在一個(gè)燃料供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用中，電流不平衡 檢測和電路斷流器被加入到燃料泵控制繼電器組件內(nèi)。因此，本發(fā)明 可針對現(xiàn)有的飛機(jī)進(jìn)行更新，或者可以在新制造的飛機(jī)和己經(jīng)加入繼 電器系統(tǒng)的新型飛機(jī)設(shè)計(jì)中使用。所述電流不平衡檢測和故障電路斷 路器包括外殼、電源、被監(jiān)控電路、傳感器、邏輯控制器和電源控制 器(例如繼電器、接觸器、固態(tài)繼電器等等)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明 還可包括故障指示器、按壓測試開關(guān)和復(fù)位開關(guān)。電源被配置成用于 給傳感器、邏輯控制器和電源控制器提供電力。傳感器被配置成用于 檢測在被監(jiān)控電路中的電流不平衡。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)控電流不平 衡的傳感器是霍爾效應(yīng)傳感器。邏輯控制器被配置成用于監(jiān)控繼電器 控制輸入信號以及處理來自傳感器的輸入。在另一個(gè)實(shí)施例中，邏輯控制器比較傳感器信號與預(yù)定的表示可 接受操作的極限值，并且當(dāng)傳感器信號在可接受的極限值之外的時(shí)候， 輸出一個(gè)表示電路電流不平衡的信號。電源控制器被配置成用以接收 來自邏輯控制器的輸入，并且當(dāng)檢測到電流不平衡的時(shí)候，取消對電 路的負(fù)載端供電。在一個(gè)實(shí)施例中，由于檢測到電流不平衡，保持對 電路的負(fù)載端取消供電的狀態(tài)，直到電流不平衡檢測和電路斷流器的 電源被循環(huán)為止。在另一個(gè)實(shí)施例中，在復(fù)位開關(guān)被觸發(fā)以前保持取 消供電狀態(tài)。在又一個(gè)實(shí)施例中，故障指示器提供一個(gè)是否已出現(xiàn)電 流不平衡狀態(tài)的指示?？梢园ò磯簻y試開關(guān)，用以檢查在保持期間 的單元的操作。用故障復(fù)位開關(guān)使故障指示器復(fù)位。本發(fā)明也提供了一種中斷用于電力負(fù)載的電路的方法，所述電路 具有一個(gè)線路端和一個(gè)負(fù)載端而產(chǎn)生接地故障。概括地說，該方法包 括提供電力供應(yīng)，持續(xù)地監(jiān)控和檢測電路的線路端的電流不平衡，持 續(xù)地監(jiān)控繼電器的控制輸入，接收來自一邏輯控制器的輸入，而當(dāng)檢 測到電流不平衡的時(shí)候，中斷繼電器控制輸入信號，并且起動(dòng)故障指 示器。在所述方法的一個(gè)方面，當(dāng)檢測到電流不平衡的時(shí)候，在電源 被循環(huán)以前保持使電路中斷。典型的是，所要監(jiān)控的被供以電流的負(fù) 載是電動(dòng)機(jī)。在另一方面，電流不平衡檢測和電路斷流器不需要額外 的信號、輸入、布線或者電源，而是從所要監(jiān)控的電路取得其電力。在所述方法的一種應(yīng)用中，電路的負(fù)載端被連接到燃油泵，并且在該 燃料泵內(nèi)結(jié)束電弧放電。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明被配置用于執(zhí)行接地故障檢測和電路中
斷(GFI)，并且提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的重要優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楸景l(fā)明的GFI 系統(tǒng)被封裝在與現(xiàn)有繼電器系統(tǒng)相同的外殼中，其易于對應(yīng)現(xiàn)有飛機(jī) 而被改裝。因?yàn)槠湟子谝越涣骰蛑绷麟娐凡僮?，包括由被監(jiān)控的電路 為其自身電源供電，其可用于以交流或直流布線的飛機(jī)，而無需在該 飛機(jī)中作其他改變或重新布線。此外，因?yàn)楸景l(fā)明的GFI系統(tǒng)直接作 用于被監(jiān)控的電路并且是被監(jiān)控電路的一部分，就避免了與現(xiàn)有技術(shù) 系統(tǒng)相關(guān)的一個(gè)主要問題，即必須分別地連接到被監(jiān)控電路。本發(fā)明 的另一個(gè)實(shí)質(zhì)性優(yōu)點(diǎn)是，它在故障情況下從電路斷電更加迅速，這是 因?yàn)闄z測和控制處于獨(dú)立位置，這樣就提供了就地檢測和控制。
目前服務(wù)的大多數(shù)飛機(jī)都使用具有先前討論過的局限性的斷路 器。雖然本發(fā)明的電子和機(jī)電方面均對于由這類斷路器所提供的保護(hù) 給予了額外保護(hù)，但理想的是能以某種形式組裝本發(fā)明，使其便于對 于現(xiàn)有的、最新制造的飛機(jī)和新的飛機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行改裝，從而使本發(fā)明 的優(yōu)點(diǎn)具有更廣應(yīng)用范圍。因此，在本發(fā)明的另一個(gè)方面，所述電流 不平衡檢測和電路斷流器的電子和機(jī)電單元被安裝在一個(gè)外殼內(nèi)，該 外殼具有與現(xiàn)有技術(shù)電源控制器相同的形狀因數(shù)。本發(fā)明經(jīng)由現(xiàn)有的 電源控制器電接插件與被監(jiān)視和控制的電路連接，且其從被控制電路 取得電力。雖然有許多形狀因數(shù)可對由這類斷路器所提供的保護(hù)給予 額外保護(hù)，但最希望的形狀因數(shù)與飛機(jī)中所用的電源控制器有關(guān)。
在一個(gè)目前的優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明是一種用于中斷在電路的線 路端和負(fù)載端之間的電流通路的裝置。所述裝置包括電源，其在線路 端或者負(fù)載端被電連接到上述電流通路。所述裝置還包括一電源控制 器，其被置于電流通路內(nèi)。所述電源控制器適于在有控制供電的情況 下接通電流通路，并且在沒有控制供電的情況下，斷開電流通路。所 述外殼裝置進(jìn)一步包括傳感器系統(tǒng)和邏輯控制器。傳感器系統(tǒng)從電源 接收電力，監(jiān)控在電流通路中的電流，并輸出一個(gè)表示在電流通路內(nèi) 的電流狀態(tài)的傳感器信號。邏輯控制器也從電源接收電力，接收上述 傳感器信號，并且當(dāng)傳感器信號不滿足一個(gè)規(guī)定判據(jù)的時(shí)候，從電源控制器取消控制供電。
在所述裝置的詳細(xì)方面，控制供電是由電源提供的，并且該電源 適于當(dāng)電源控制器被斷開且傳感器信號滿足規(guī)定判據(jù)的時(shí)候，在第一 時(shí)間量輸出具有第一電壓的控制供電，該第一電壓足以使得電源控制 器接通電流通路。在第一時(shí)間量之后，電源輸出具有第二電壓的控制 供電，該第二電壓小于第一電壓，而足以保持電源控制器處于接通位 置。在所述裝置的另一個(gè)詳細(xì)方面，傳感器系統(tǒng)包括與三相交流系統(tǒng) 的三根輸電線或者直流系統(tǒng)的兩根線路有關(guān)的單一一個(gè)傳感器，用于 提供各線路中的電流平衡測量值，或者包括一些獨(dú)立的傳感器，其各 自與電流通路中的一根輸電線有關(guān)，用于對于每個(gè)輸電線提供獨(dú)立的 電流測量值，或者使上述二者結(jié)合。
在另一個(gè)目前的優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明是一種集成的電流故障檢 測/斷路器，其包括一個(gè)適于被置于具有線路端和負(fù)載端的電流通路內(nèi) 的斷路器，和一個(gè)電連接到該電流通路的電源。所述裝置還包括一 個(gè)傳感器系統(tǒng)，其從電源接收供電、監(jiān)控在電流通路中的電流、并輸 出表示電流通路內(nèi)的電流狀態(tài)的傳感器信號。所述裝置進(jìn)一步包括一 個(gè)控制器，其從電源接收供電、接收傳感器信號并且當(dāng)該傳感器信號 不滿足一個(gè)規(guī)定判據(jù)時(shí)打開斷路器。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種中斷在電路的線路端和負(fù)載端之 間的電流通路的方法，該電路具有與其電連接的電源。所述方法包括 在電流通路中設(shè)置一種電源控制器。該電源控制器適于當(dāng)提供控制供 電的時(shí)候，處于接通位置，并且否則處于斷開位置。使用傳感器系統(tǒng) 監(jiān)控在電流通路中的電流，并且輸出表示該電流通路內(nèi)的電流狀態(tài)的 傳感器信號，并且僅當(dāng)該傳感器信號滿足一個(gè)規(guī)定判據(jù)時(shí)，給電源控 制器提供控制供電。
在一個(gè)詳細(xì)方面，所述方法進(jìn)一步包括監(jiān)控由電源提供給傳感 器系統(tǒng)的供電電壓電平，并且當(dāng)對傳感器系統(tǒng)的電壓電平小于一個(gè)預(yù) 定值的時(shí)候，忽略傳感器信號。通過忽略傳感器信號，所述系統(tǒng)的電 流故障檢測特性實(shí)際上受到禁止，直到供電電壓處于預(yù)定值或高于預(yù) 定值為止。在一個(gè)相關(guān)的詳細(xì)方面，所述方法進(jìn)一步包括監(jiān)控一外 部通/斷電源開關(guān)，并且當(dāng)出現(xiàn)下列任一狀態(tài)的時(shí)候，即傳感器信號不滿足規(guī)定判據(jù)或者外部電源開關(guān)是斷開的時(shí)候，從電源控制器取消控 制供電。在又一個(gè)詳細(xì)的方面，上述規(guī)定判據(jù)取決于連接到負(fù)載端的 電力負(fù)載的工作電流，其可以具有用于第一時(shí)間量的第一工作電流， 和用于第二時(shí)間量的第二工作電流。在這種情況下，所述方法進(jìn)一步 包括基于在第一時(shí)間量期間的第一工作電流，將規(guī)定判據(jù)設(shè)定為第 一電平，并且基于在第二時(shí)間量期間的第二工作電流，將規(guī)定判據(jù)設(shè) 定為第二電平。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控穿過一個(gè)電路的電流通 路的裝置，該電路具有線路端和負(fù)載端以及處于它們之間的電源控制 器。所述電源控制器在有控制供電的情況下接通電流通路，并且在沒 有控制供電的情況下斷開電流通路。所述電路被安裝在一個(gè)殼體內(nèi)， 并且所述裝置包括一個(gè)同樣被安裝在殼體內(nèi)并被電連接到電流通路的 電源。所述裝置還包括一個(gè)傳感器系統(tǒng)和一個(gè)邏輯控制器，二者均同 樣被安裝在該殼體內(nèi)。傳感器系統(tǒng)從電源接收電力、監(jiān)控在電流通路 中的電流并輸出表示在電流通路內(nèi)的電流狀態(tài)的傳感器信號。邏輯控 制器也從電源接收電力、接收傳感器信號，并且當(dāng)傳感器信號不滿足 一個(gè)規(guī)定判據(jù)的時(shí)候，從電源控制器取消控制供電。在一個(gè)詳細(xì)的方 面，所述裝置進(jìn)一步包括 一個(gè)被置于電源控制器周圍的柔性印制電 路板，并且電路包括以下至少一個(gè)安裝在該板上的電源、傳感器系 統(tǒng)和邏輯控制器。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種替換現(xiàn)有的電源控制器的方法， 該現(xiàn)有的電源控制器位于電流通路的負(fù)載端和線路端之間、并被安裝 在一個(gè)具有特定形狀因數(shù)的殼體內(nèi)。所述方法包括從電流通路斷開 現(xiàn)有的電源控制器，并且提供一個(gè)裝置，該裝置適于監(jiān)控經(jīng)過電流通 路的電流狀態(tài)，并且當(dāng)電流狀態(tài)不滿足一個(gè)規(guī)定判據(jù)時(shí)中斷電流通路。 所述裝置安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，該殼體具有與被斷開的電源控制器基本 上相同的形狀因數(shù)。所述方法進(jìn)一步包括在電流通路內(nèi)以前設(shè)置被 斷開的電源控制器的位置上安裝所述裝置。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于接通在一個(gè)電路的線路端和 負(fù)載端之間的電流通路的裝置。該裝置包括一個(gè)具有斷開位置和接通 位置的電源控制器。該電源控制器被設(shè)置在電流通路內(nèi)，并且在有第一控制供電的情況下，從斷開位置切換到接通位置，而在有第二控制 供電的情況下，保持該接通位置。所述裝置進(jìn)一步包括一個(gè)電源，該 lti源當(dāng)l乜源控制器被斷開的吋候，在第一時(shí)間量輸出具有第一電壓的 第-控制供屯，而在第一時(shí)間量之后輸出具有第二電壓的控制供電， 其屮第二電壓小于第一電壓并足以使電源控制器保持在接通位置。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于中斷在電路的線路端和負(fù)載 端之間的電流通路的裝置，該電路的負(fù)載端被連接到一個(gè)具有相關(guān)的 第一工作電流和第二工作電流的電力負(fù)載，其中第一工作電流用于第 一時(shí)間量，而第二工作電流用于第二時(shí)間量。所述裝置包括一個(gè)位于 電流通路內(nèi)的電源控制器。該電源控制器在有控制供電的情況下接通 電流通路，并且在沒有控制供電的情況下斷開電流通路。所述裝置還 包括一個(gè)傳感器系統(tǒng)，其監(jiān)控在電流通路中的電流，并且輸出表示在 電流通路內(nèi)的電流狀態(tài)的傳感器信號。所述裝置進(jìn)一步包括一個(gè)邏輯 控制器，其接收傳感器信號，并且在第一時(shí)間量期間，比較傳感器信 號與第一工作電流所限定的第一規(guī)定判據(jù)，而且如果傳感器信號不滿 足第一規(guī)定判據(jù)，就從電源控制器取消控制供電。而該邏輯控制器在 第二時(shí)間量期間，比較傳感器信號與第二工作電流所限定的第二規(guī)定 判據(jù)，且如果傳感器信號不滿足第二規(guī)定判據(jù)，就從電源控制器取消 控制供電。
借助下面舉例說明本發(fā)明特點(diǎn)的詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的上述 這些方面和其他方面及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。


圖1是一個(gè)按照本發(fā)明配置的系統(tǒng)的概括性方框圖，包括一個(gè)電 源、 一個(gè)傳感器系統(tǒng)、一個(gè)邏輯控制器和一個(gè)電源控制器；
圖2是一個(gè)系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個(gè)電源、 一個(gè)由電流不平 衡傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、 一個(gè)邏輯控制器、 一個(gè)外部直流泵輸入 幵關(guān)和一個(gè)由直流繼電器構(gòu)成的電源控制器； 圖3-1至3-3組成圖2所示電源的示意圖； 圖4是一個(gè)圖2所示電流不平衡傳感器的示意圖； 圖5a-l至5c-4組成圖2所示邏輯控制器的示意圖圖6是另一個(gè)系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個(gè)電源、 一個(gè)由一個(gè)電流不平衡傳感器和三個(gè)過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、 一個(gè)邏輯控制器、 一個(gè)外部直流泵輸入開關(guān)和一個(gè)由直流繼電器構(gòu)成的電源控制
器；
圖7-1至7-3組成圖6所示電源的示意圖8a-l至8c-4組成圖6所示邏輯控制器的示意圖9是另一個(gè)系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個(gè)電源、 一個(gè)由電流不
平衡傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、 一個(gè)外部交流泵輸入開關(guān)和一個(gè)由直
流繼電器構(gòu)成的電源控制器；
圖10a和10b組成圖9所示電源的示意圖11是圖9所示電流不平衡傳感器的示意圖12-1和12-2組成圖9所示邏輯控制器的示意圖13是另一個(gè)系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個(gè)電源、 一個(gè)由一個(gè)電
流不平衡傳感器和三個(gè)過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、 一個(gè)邏輯控
制器、 一個(gè)外部交流泵輸入開關(guān)和一個(gè)由直流繼電器構(gòu)成的電源控制
器；
圖14是另一個(gè)系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個(gè)電源、 一個(gè)由電流不平衡傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、 一個(gè)邏輯控制器、 一個(gè)外部交流泵輸入開關(guān)和一個(gè)由交流繼電器構(gòu)成的電源控制器；圖15是圖14所示電源的示意圖；圖16是圖14所示電流不平衡傳感器的示意圖；圖17-1和17-2組成圖14所示邏輯控制器的示意圖；圖18是另一個(gè)系統(tǒng)配置的方框圖，包括一個(gè)電源、 一個(gè)由一個(gè)電流不平衡傳感器和三個(gè)過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、 一個(gè)邏輯控制器、 一個(gè)外部交流泵輸入開關(guān)和一個(gè)由交流繼電器構(gòu)成的電源控制器；
圖19a是一個(gè)裝置的立體圖，該裝置按照本發(fā)明配置并且適于在
典型的波音737/747和空中客車飛機(jī)中使用；
圖19b至19d分別是圖19a所示裝置的俯視圖、前視圖和仰視圖；圖19e是圖19a所示裝置的立體圖，帶有一個(gè)剖面示出各組成部
分，包括所述電源控制器、傳感器系統(tǒng)和一個(gè)在其上安裝有系統(tǒng)部件的柔性印制電路板；
圖19f是圖19e所示柔性印制電路板的平面圖20a是一個(gè)裝置的立體圖，該裝置按照本發(fā)明配置并且適于在波音747-400、 757和767飛機(jī)中使用；
圖20b至20d分別是圖20a所示裝置的俯視圖、前視圖和仰視圖20e是圖20a所示裝置的立體圖，帶有一個(gè)剖面示出各組成部分，包括電源控制器、傳感器系統(tǒng)和一個(gè)在其上安裝有系統(tǒng)部件的柔性印制電路板；
圖21a是一個(gè)裝置的立體圖，該裝置按照本發(fā)明配置并且適于在DC-IO、 MD 10和MD 11飛機(jī)中使用；
圖21b至21d分別是圖21a所示裝置的俯視圖、前視圖和仰視圖21e是圖21a所示裝置的立體圖，帶有一個(gè)剖面示出各組成部分，包括電源控制器、傳感器系統(tǒng)和一個(gè)在其上安裝有系統(tǒng)部件的柔性印制電路板；
圖21f是圖21e所示柔性印制電路板的平面圖22是一個(gè)所述系統(tǒng)的電流故障檢測器/斷路器配置的方框圖，包括一個(gè)電源、 一個(gè)由電流不平衡傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、 一個(gè)螺線管驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)由斷路器和螺線管構(gòu)成的電源控制器；
圖23是圖22所示系統(tǒng)的示意圖24a是一個(gè)按照本發(fā)明配置的電流故障檢測器/斷路器的立體
圖24b至24d分別是圖24a所示裝置的俯視圖、前視圖和仰視圖；圖24e是圖24a所示裝置的剖視圖，其示出各組成部分，包括斷
路器和螺線管、傳感器系統(tǒng)和在其上安裝有系統(tǒng)部件的柔性印制電路
板；
圖25是一個(gè)所述系統(tǒng)的直流獨(dú)立電流故障檢測器配置的方框圖，包括一個(gè)電源、 一個(gè)由電流不平衡傳感器和過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)、和一個(gè)由直流繼電器構(gòu)成的電源控制器；
圖26是圖25所示電源的示意圖27a-l至27c-4組成圖25所示邏輯控制器的示意圖28是一個(gè)所述系統(tǒng)的交流獨(dú)立電流故障檢測器配置的方框圖，
14包括一個(gè)電源、 一個(gè)由電流不平衡傳感器和三個(gè)過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)以及一個(gè)由交流繼電器構(gòu)成的電源控制器；
圖29是一個(gè)所述系統(tǒng)的固態(tài)電路獨(dú)立電流故障檢測器配置的方框圖，包括一個(gè)電源、 一個(gè)由電流不平衡傳感器和三個(gè)過電流傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)以及一個(gè)由固態(tài)繼電器構(gòu)成的電源控制器；
圖30a是一個(gè)按照本發(fā)明配置的獨(dú)立電流故障檢測器裝置的立體圖；而
圖30b和30c分別是圖30a所示裝置的俯視圖和前視圖；圖30d是圖30a所示裝置的立體圖，帶有一個(gè)剖面示出各組成部分，包括電源控制器和一個(gè)在其上安裝有系統(tǒng)部件的印制電路板。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，它們供說明之用而不供用于限定，尤其參考圖l，其示出了一個(gè)按照本發(fā)明構(gòu)成的系統(tǒng)10，用于一旦在電路內(nèi)檢測到電流故障狀態(tài)時(shí)，就中斷在該電路的線路端24和負(fù)載端26之間的電流通路20。電流故障狀態(tài)可以是在電路內(nèi)的電流不平衡狀態(tài)或者過電流狀態(tài)的結(jié)果。
在一種其最基本的形式中，系統(tǒng)10包括電源30、傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50和電源控制器60。電源30給邏輯控制器50、傳感器系統(tǒng)40和電源控制器60提供電力。電源控制器60可以是一個(gè)機(jī)電繼電器(或?yàn)榻涣骶€圈或?yàn)橹绷骶€圈)，或者一個(gè)固態(tài)器件。線圈型繼電器是由上述電源提供的控制供電32進(jìn)行供電的?？刂乒╇?2的返回通路34穿過邏輯控制器50。在其他實(shí)施例中，控制供電32代替電源30，經(jīng)由一個(gè)外部開關(guān)而直接被饋送給電源控制器60。
傳感器系統(tǒng)40監(jiān)控穿過電流通路20的電流，并且輸出一個(gè)或多個(gè)表示在該電流通路中的電流狀態(tài)的傳感器信號42。邏輯控制器50從傳感器系統(tǒng)40接收該一個(gè)或多個(gè)傳感器信號42，并且當(dāng)至少一個(gè)傳感器信號不滿足一個(gè)規(guī)定判據(jù)的時(shí)候，取消從電源控制器60供電。該規(guī)定判據(jù)將在下面進(jìn)一步描述，但其大體上定義了在電路內(nèi)可接受的電流不平衡和過電流狀態(tài)的界限。當(dāng)傳感器信號不滿足規(guī)定判據(jù)的時(shí)候，邏輯控制器50中斷控制供電32的返回通路34。這使電源控制器60去中斷電流通路20，從而取消對電路的負(fù)載端26供電。邏輯控制器50包括與故障指示和系統(tǒng)測試和復(fù)位相關(guān)的電路和外部開關(guān)。當(dāng)中斷電流通路20時(shí)，邏輯控制器50提供一個(gè)故障指示，其可以是一個(gè)發(fā)光LED或者機(jī)械指示器(未示出)。機(jī)械指示器的有利之處在于它們不需要電力，因此如果對系統(tǒng)的電源斷路，故障仍然被表示。
本發(fā)明的系統(tǒng)10可適應(yīng)于供各種各樣的飛機(jī)和在該飛機(jī)內(nèi)的各種各樣的系統(tǒng)使用。例如，該系統(tǒng)可以被結(jié)合進(jìn)波音737、 747、 757、 767、DC-IO、 MD 11和空中客車航空燃料系統(tǒng)的其中任何一個(gè)之內(nèi)，作為監(jiān)控在該飛機(jī)燃料系統(tǒng)中被用于給泵供電的電源電路的手段。系統(tǒng)10還可以在采用機(jī)電裝置或者固態(tài)開關(guān)諸如制動(dòng)系統(tǒng)和飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的其他飛機(jī)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，上述制動(dòng)系統(tǒng)包括液壓泵/電動(dòng)機(jī)和截止閥，上述飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)包括由開關(guān)控制的燈、電風(fēng)扇、烤爐等等。
本發(fā)明的系統(tǒng)可以被分類為三種常規(guī)的配置。第一種常規(guī)配置是集成的電流故障保護(hù)/電源控制器。這種配置將電流故障保護(hù)結(jié)合到電力控制繼電器之內(nèi)，并且預(yù)定用于替換現(xiàn)有的飛機(jī)系統(tǒng)繼電器。第二種常規(guī)配置是集成的電流故障保護(hù)/斷路器。這種配置將電流故障保護(hù)結(jié)合到斷路器之內(nèi)，并且預(yù)定用于替換現(xiàn)有的飛機(jī)系統(tǒng)斷路器。第三種常規(guī)配置是獨(dú)立的電流故障保護(hù)裝置。這種配置并不替代現(xiàn)有的飛機(jī)系統(tǒng)組成部分，反之，是一種附加的裝置，預(yù)定設(shè)置在現(xiàn)有的飛機(jī)斷路器和飛機(jī)負(fù)載之間。這三種配置中的每一種均在下面在飛機(jī)燃料系統(tǒng)的環(huán)境下進(jìn)行描述。但是，這些系統(tǒng)的應(yīng)用不局限于燃料供應(yīng)系統(tǒng)。
集成的電流故障保護(hù)/電源控制器
一個(gè)燃料供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)泵通常經(jīng)由一個(gè)機(jī)電繼電器從三相交流電源接收其能量。雖然可以使用交流線圈繼電器，典型地該繼電器本身是直流線圈繼電器。目前直流線圈繼電器是優(yōu)選的，這是因?yàn)樗鼈冇休^快的響應(yīng)時(shí)間，其最大值大約為10-15毫秒(ms)。 一個(gè)典型的交流線圈繼電器具有大約15-50毫秒的響應(yīng)時(shí)間。但是，當(dāng)前在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)正在開發(fā)逼近直流線圈繼電器的響應(yīng)時(shí)間的交流 圈繼電器方案。取決于繼電器的類型，以交流控制供電或者直流控制供電對繼電器提供電力。這些控制供電有時(shí)被稱為泵輸入。輸入到繼電器的電源典型 地是可借助于駕駛員座艙開關(guān)用開關(guān)控制的。
本發(fā)明的系統(tǒng)預(yù)定用于代替在典型的航空燃料系統(tǒng)中使用的繼電 器。為此目的，取決于在現(xiàn)有的飛機(jī)系統(tǒng)中使用的繼電器的類型和可 用丌關(guān)控制的泵輸入的類型，所述系統(tǒng)可以采用若干配置中的任何一
種。例如，波音757和DC-10飛機(jī)采用直流繼電器線圈和交流泵輸入。 波音737、 747和767以及空中客車飛機(jī)則采用直流繼電器線圈和直流 泵輸入。對于這些現(xiàn)有的飛機(jī)配置中的每一種，所述系統(tǒng)包括對繼電 器供電是必需的相應(yīng)的繼電器和電路。本發(fā)明的系統(tǒng)不局限于這些現(xiàn) 有的飛機(jī)系統(tǒng)配置，而是完全適合在各種各樣預(yù)期的系統(tǒng)中使用。例 如，所述系統(tǒng)可以配置成包括交流繼電器，以供交流泵輸入或者直流 泵輸入中的任一個(gè)使用。下面是各種各樣的系統(tǒng)配置的描述。為了便 于描述這些結(jié)構(gòu)，基于其繼電器類型和泵輸入類型，而對它們加以分 類。
具有直流泵輸入的直流繼電器
參考圖2，其中示出了一個(gè)供航空燃料系統(tǒng)使用的系統(tǒng)10，該系 統(tǒng)具有直流泵輸入80和直流線圈繼電器60，與目前的波音737/747型 飛機(jī)相同。系統(tǒng)10包括電源30，其在電路的輸入側(cè)24上分接到115V 交流三相線路中的每條線路。電源30給傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器 50和直流繼電器60提供電力。對邏輯控制器50的直流泵輸入80是由 駕駛員座艙泵開關(guān)82提供的，該開關(guān)從飛機(jī)直流電源接收供電。
參考圖3-1至3-3,在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述電源是具有兩個(gè)線 性電源U14和U15的回描型開關(guān)電源。電源U14給電流傳感器U7(圖 4)提供7V直流以便得到該電流傳感器的最大增益，同時(shí)電源U15給邏 輯控制器電路(圖5a-l至5c-3)提供5V直流。如稍后在下面所解釋的， 該電源還給電源控制器提供28V直流或者16V直流的控制供電。
在電源的輸入側(cè)，二極管CR12、 CR13、 CR14、 CR15、 CR16和 CR17形成一個(gè)全波三相電橋。對于由電橋產(chǎn)生的接近300V的峰值電 壓，電容器C17和C18起到存儲裝置的作用。電阻器R42、 R43提供 濾波功能，其中電阻器R42和電容器C17作為一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)工作，而電阻器R43和電容器C18作為兩極濾波器的另一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)工作。電 阻器R44和R45提供電磁干擾(EMI)保護(hù)，防止噪聲通過二極管CR15、 CR16和CR17中的任何一個(gè)返回。二極管VR2和VR3保護(hù)控制電路 U12和晶體管Q8,防止超出它們各自的工作容量(在一種配置中是 450V和800V )的電壓尖脈沖。
控制電路U12檢測變壓器L2的初級繞組至晶體管Q8的兩端間的 電壓。電阻器R49和電容器C22濾除通向控制電路U12的檢測輸入端 的噪聲。如果控制單元U12檢測到輸出電壓為低，則其接通并保持接 通，直到通過變壓器L2的電流達(dá)到一個(gè)預(yù)先確定的量為止。電阻器 R50允許流過變壓器L2的電流增加到該預(yù)先確定的量。 一旦達(dá)到了該 預(yù)定量，該裝置就關(guān)斷，并且能量被傳送給變壓器L2的次級側(cè)。在次 級側(cè)，電容器C26濾去高頻噪聲，同時(shí)電容器C25存儲大部分能量。 來自變壓器L2的次級側(cè)的能量然后被提供給線性電源U14和U15。
返回到圖2，傳感器系統(tǒng)40包括環(huán)繞三根三相輸電線的單個(gè)傳感 器，這三根輸電線形成了電流通路20。傳感器系統(tǒng)40通過提供--個(gè)表 示在輸電線中的電流平衡的輸出傳感器信號42，確定在電流通路20 中的電流狀態(tài)。
參考圖4，在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器40是霍爾效應(yīng)傳感器，如 AmplocPro5霍耳效應(yīng)線性電流傳感器。在替換實(shí)施例中，傳感器40 可以是電流互感器或者巨磁阻(GMR)器件。傳感器40當(dāng)工作于10V時(shí) 具有233mV/A的輸出。接地故障檢測是通過以單個(gè)電流傳感器監(jiān)控所 有三相的電流來實(shí)現(xiàn)的。電流傳感器40用代數(shù)方式求和由三相電流產(chǎn) 生的磁通量，并且產(chǎn)生一個(gè)與結(jié)果成正比的輸出信號42。由于三相交 流燃油泵通常具有一個(gè)不接地中性線，系統(tǒng)是"封閉的"，要求流向燃 油泵的電流與返回電流大小相等而方向相反。因此，當(dāng)不存在接地故 障狀態(tài)時(shí)，在電流傳感器上測量到的磁通量是零。而當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)接地 故障狀態(tài)時(shí)，電流流向地(不返回至傳感器)，破壞了閉環(huán)系統(tǒng)，并導(dǎo)致 在傳感器上測量到的磁通量不平衡。由于磁通量不平衡與電流成正比， 傳感器的輸出即提供了電流損失的數(shù)直。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施(列中，對于 ;'殳有實(shí)測到的不平衡，傳感器的輸出大約是供電電壓的一半。
返回到圖2，來自傳感器系統(tǒng)40的傳感器信號輸出42是由邏輯控制器50接收的。邏輯控制器50對照一個(gè)規(guī)定判據(jù)比較傳感器信號42， 如果該判據(jù)未被滿足，則中斷電源32的返回通路34。這也就是除去對 電源控制器60的驅(qū)動(dòng)信號，并使直流繼電器鎖定到跳閘狀態(tài)，而且中 斷對負(fù)載端26的電流通路20。邏輯控制器50包括與故障指示和系統(tǒng) 測試及復(fù)位相關(guān)的電路和外部開關(guān)，為說明清晰起見沒有在圖2中顯 示出這些開關(guān)。
參考圖5a-l至5a-3，傳感器輸出被輸入給放大器U1A，該放大器 調(diào)整傳感器輸出信號的增益。放大器U1A還起到低通濾波器的作用， 用于防止電磁干擾或者放電的威脅。電阻器R6、 R7和R8設(shè)定了規(guī)定 判據(jù)，對照該規(guī)定判據(jù)來比較傳感器輸出信號。具體地說，這些電阻 器設(shè)定了在U1B的引腳6和U1C的引腳10上的基準(zhǔn)電壓電平，使得 一個(gè)電壓對應(yīng)于較高閾值電壓，同時(shí)另一電壓則對應(yīng)于較低閾值電壓。 這些電壓電平依次對應(yīng)于較高和較低的電流不平衡閾值，而上述電流 不平衡閾值在一個(gè)實(shí)施例中分別是+1.5ARMS和-1.5ARMS。
如果來自放大器U1A的電壓大于引腳6的較高閾值電壓，或者小 于引腳10的較低閾值電壓，相應(yīng)的放大器U1B、U1C的輸出就變成高， 起到故障信號的作用。來自這些放大器中任何一個(gè)的高輸出使得晶體 管Q1的柵極成為高，而這又依次驅(qū)動(dòng)晶體管Q2的輸出為高，晶體管 Q2輸出通過放大器U2A。放大器U2A的輸出被輸入給邏輯門U10B(圖 5b-3)。
邏輯門U10B接收兩個(gè)其他的輸入。 一個(gè)來自控制供電電路而另 一個(gè)來自傳感器電力監(jiān)控電路。為了使邏輯門U10B工作，它的每個(gè) 輸入都必須是邏輯低。對于控制供電電路(圖5b-l)，外部的直流控制供 電穿過光耦合器U3、放大器U2B和邏輯門U4A。在一種替換結(jié)構(gòu)中， 通過從4.99k到49.9k改變電阻器R12和R13的值，控制供電電路可以 適應(yīng)于支持一個(gè)外部交流控制供電。當(dāng)控制供電為高即控制開關(guān)接通 的時(shí)候，U4A的輸出為低，并且邏輯門U10B被允許工作(假定對該 門的其他輸入為低)。
至于傳感器電力監(jiān)視器電路(圖5b-3)，晶體管Q7監(jiān)控供給電流傳 感器的7V直流電源，并且當(dāng)電壓饋送降低到傳感器正常工作的電平之 下時(shí)，禁止傳感器輸出以免影響電源控制器操作。當(dāng)供電電壓降低到工作電平之下時(shí)，晶體管Q7導(dǎo)通，其依次禁止邏輯門U10B工作。系 統(tǒng)實(shí)質(zhì)上在電壓饋送處于或高于預(yù)定值(此時(shí)邏輯門U10B重新開始 工作)之前忽略傳感器信號。
邏輯控制器被設(shè)計(jì)成使系統(tǒng)在通電時(shí)處于故障狀態(tài)，在此期間系 統(tǒng)不給負(fù)載輸送電力。在系統(tǒng)起動(dòng)和穩(wěn)定之后，假如不存在故障，系 統(tǒng)切換到工作模式。在復(fù)位期間，來自復(fù)位電路(圖5b-3)中的邏輯門 U9A的信號經(jīng)過U11A，并且進(jìn)入到一個(gè)由邏輯門U9C和U9D組成的 鎖存器(圖5b-4)，使得該鎖存器取決于電阻器R31和電容器C9的值(圖 5b-3)以及監(jiān)控電路U8的延遲時(shí)間(該時(shí)間為140至560毫秒)，而對 于開始的60毫秒(ms)至100毫秒處于故障狀態(tài)。較長的延遲控制著復(fù) 位時(shí)間。使用這兩種方案是因?yàn)槠涓髯杂芯窒扌浴?br> 鎖存器U9C/U9D也可以被一個(gè)來自邏輯門U10B(圖5b-3)的故障 信號置于故障狀態(tài)。這樣的故障會永久設(shè)定鎖存器。必須有復(fù)位功能 以便從鎖存器除去故障。 一旦通電復(fù)位，就對歷史鎖存狀態(tài)存在禁止。 如果經(jīng)歷一個(gè)故障，鎖存器U9C/U9D即進(jìn)入鎖存狀態(tài)，并且其輸出進(jìn) 入到U10C(圖5b-4)。所有的輸入必須是低以便使U10C正常工作。如 果邏輯門U9C的輸出為高，則存在故障狀態(tài)，并且門U10C的輸出為 低。這樣一種輸出將晶體管Q3的柵銜圖5c-l)設(shè)定成為低，該柵極使 控制供電至接地的通路中斷，并使繼電器斷開亦即使繼電器開路。來 自U9C的輸出也輸入給邏輯門U5B、 U5C和U5D(圖5c-4)，它們依次 在邏輯門U9C的輸出是高的時(shí)候使LED CR6導(dǎo)通。
邏輯門U11C和U11D(圖5c-3)和電源內(nèi)的電路一起形成一個(gè)上托 電源(pop-up power supply)。當(dāng)繼電器U6(圖5c-l)從其斷開位置變到其 接通位置的時(shí)候，該上托電源就給該繼電器提供第一控制供電電壓。 一旦繼電器接通一定時(shí)間，正如電容器C13和電阻器R40的值所限定 的.該電源就提供小于第一電壓的第二電壓給繼電器U6，以便使該繼 電器保持接通。這樣降低了在電源和繼電器線圈中的熱耗散。
當(dāng)門UC10(圖5b-4)的輸出是高的時(shí)候，晶體管Q3導(dǎo)通。這樣就 通過對于控制供電提供一個(gè)經(jīng)由晶體管Q3的返回通路，形成了對繼電 器的28V直流控制供電。該控制供電的存在給繼電器U6提供能量， 并使其接通。在開始命令繼電器接通時(shí)，邏輯門U11D的輸出變?yōu)楦撸⑶冶环答伒竭壿嬮TU11C。當(dāng)門U11D的輸出變?yōu)楦叩臅r(shí)候，電源中 的晶體管Q9(圖3-3)導(dǎo)通并且它使電流流經(jīng)電阻器R54 (該電阻器是電 阻器R52的旁路)。這使得在電阻器R53頂端的電壓達(dá)到28V直流 當(dāng)電阻器R52沒有旁路的時(shí)候，在電阻器R52和R53兩端間的電壓大 約是16V直流。因此，所述上托電源提供了 28V直流來接通繼電器， 亦即使其從斷開位置轉(zhuǎn)換到接通位置，并提供了 16V直流以將繼電器 U6保持在接通位置。在開始命令接通繼電器之后，在一個(gè)由電阻器 R40和電容器C13(圖5c-3)所決定的時(shí)刻，門U11D的輸出變成低，其 依次斷幵Q9而使電壓恢復(fù)到16V直流。
對于不具有過電流保護(hù)的裝置，本方案將是保持第一電壓，直到 電源控制器接通為止，并且如果電源控制器斷開就恢復(fù)到第一電壓-否則，只要電源控制器接通，其將保持第二電壓。對于過電流，這一 方案可由在最小的第一時(shí)間量上的第一電壓來補(bǔ)充。
在故障狀態(tài)期間，邏輯門UC9(圖5b-4)的輸出是高。隨著這個(gè)輸 出通過邏輯門U5B和U5C(圖5c-4)， U5C的輸出被設(shè)置為高。這使得 晶體管Q6導(dǎo)通，并且使LED CR6發(fā)光。門U5C的高輸出被輸入給邏 輯門U10A(圖5c-2)，邏輯門U10A起到非門的作用，并且輸出一個(gè)邏 輯低給門U4D的引腳11。門U4D的引腳12也是低。因此，門U4D 的輸出驅(qū)動(dòng)晶體管Q5，該晶體管依次驅(qū)動(dòng)自鎖繼電器U7。該自鎖繼 電器的引腳3切換到接觸引腳2，從而提供5V直流給門U4D的引腳 12，引腳12使得U4D的輸出變成低。當(dāng)門U4D的輸出成為低的時(shí)候， 晶體管Q5截止，節(jié)省邏輯供電。
處于故障狀態(tài)中時(shí)，可用復(fù)位開關(guān)S2(圖5b-l)使邏輯控制器復(fù)位。 當(dāng)開關(guān)S2被接通的時(shí)候，放大器U2C的輸出變成高而U4B(圖5c-l) 的輸出變成低。在門U4C(圖5c-2)處，兩個(gè)輸入均為低，因此輸出是高。 來自門U4C的高輸出使晶體管Q4導(dǎo)通，該晶體管依次驅(qū)動(dòng)自鎖繼電 器U7從引腳3和2切換觸點(diǎn)至引腳3和1 。這使得門U4C的輸出變?nèi)?低而使晶體管Q4截止。
邏輯控制器包括各種各樣的維護(hù)電路，包括前述的復(fù)位開關(guān)S2和 故障指示LED CR6。還包括按壓測試電路(圖5c-l)，其包括線圈Ll、 電阻器R25和R26以及開關(guān)Sl。上述線圈圍繞電流傳感器(未示出)纏繞足夠次數(shù)，使得當(dāng)開關(guān)S1被接通時(shí)，該傳感器就輸出一個(gè)表示電流 不平衡的信號。在一種配置中，線圈圍繞傳感器纏繞25次。
上述系統(tǒng)監(jiān)控用于電流不平衡的電流通路20，并且對負(fù)載提供接 地故障檢測和電路中斷(GFI)保護(hù)。但是，在電路中可能存在用單個(gè)傳 感器無法檢測到的電流故障狀態(tài)。例如，如果處于單個(gè)傳感器下游的 三根輸電線中的任何兩根出現(xiàn)短路，流過該傳感器的電流總和仍然會 是零。因此，上述短路將不會被檢測到。而按照本發(fā)明，通過將過電 流傳感器包括進(jìn)來作為傳感器系統(tǒng)的一部分就避免了前述情況。
參考圖6，其中示出了一個(gè)供航空燃料系統(tǒng)用的系統(tǒng)10，其具有 直流泵輸入80和直流線圈繼電器60,例如存在于波音747-400或者波 音767飛機(jī)中。系統(tǒng)10包括電源30，其在電路的輸入側(cè)24上分接115V 交流三相線路的每個(gè)線路。電源30給傳感器系統(tǒng)40中的每個(gè)傳感器、 邏輯控制器50和直流繼電器60提供電力。
該電源是一種回描型開關(guān)電源，其結(jié)構(gòu)和操作與上文參考圖3-1 至3-3所描述的類似。該電源包含兩個(gè)線性電源U14、 U15。電源U14 給傳感器系統(tǒng)中的每個(gè)電流傳感器提供7V直流，同時(shí)電源U15給邏 輯控制器電路提供5V直流。所述電源還起上托電源的作用，給直流繼 電器提供28V直流或者16V直流的控制供電。對邏輯控制器50的直 流泵輸入80是由駕駛員座艙泵開關(guān)82提供的，該泵開關(guān)從一個(gè)飛機(jī) 直流電源接受供電。在圖7-1至7-3中提供一個(gè)示范性電源的詳細(xì)示意 圖。
傳感器系統(tǒng)40包括環(huán)繞三根三相輸電線的單個(gè)不平衡傳感器44， 這三根三相輸電線構(gòu)成電流通路20。傳感器系統(tǒng)40還包括三個(gè)過電流 傳感器46。每個(gè)過電流傳感器46圍繞三根構(gòu)成電流通路20的輸電線 的其中一根。不平衡傳感器44和過電流傳感器46均可以是霍爾效應(yīng) 傳感器，如以上參考圖4描述的。不平衡傳感器44用代數(shù)方式求和由 流經(jīng)三相輸電線的三相電流所產(chǎn)生的磁通量，并且產(chǎn)生一個(gè)與結(jié)果成 正比的輸出信號42。每個(gè)過電流傳感器46輸出一個(gè)表示流過其相關(guān)輸 電線的電流量的信號48。在替換結(jié)構(gòu)中，傳感器44、 46還可以是電流 互感器或者巨磁阻(GMR)傳感器。
繼續(xù)參考圖6，來自不平衡傳感器44和過電流傳感器46的信42、 48被提供給邏輯控制器50，這里它們被對照各自的預(yù)定判據(jù)進(jìn)行 比較。對于不平衡傳感器44，該判據(jù)類似于以上參考圖2進(jìn)行的描述， 即-1.5A RMS至+1.5A RMS。對于過電流傳感器46，該判據(jù)隨連接到 電路的負(fù)載端26的電力負(fù)載而變。在--個(gè)實(shí)施例中，閾值是1.25x負(fù) 載的工作電流。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，邏輯是以硬件實(shí)現(xiàn)的。做為選 擇，該邏輯可以由可編程的固件提供。在兩種情況下，邏輯都是如 果傳感器信號42、 48的其中任何一個(gè)不滿足預(yù)先規(guī)定的判據(jù)，控制供 電32的返回通路34即被中斷。這樣就消除了對電源控制器60的驅(qū)動(dòng) 信號，并且使直流繼電器鎖定到斷路狀態(tài)，并且中斷至負(fù)載端26的電 流通路20。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述系統(tǒng)被配置成提供用以檢測過電流故 障狀態(tài)的雙重閾值判據(jù)。 一個(gè)判據(jù)適用于負(fù)載的正常操作期間，而另 一個(gè)則適用于負(fù)載的通電操作期間。對每個(gè)判據(jù)的過電流閾值是不同 的。在正常操作中，直流繼電器是接通的，并且115V交流被提供給具 有相應(yīng)穩(wěn)態(tài)工作電流的泵電動(dòng)機(jī)。在正常操作期間，系統(tǒng)使用一個(gè)基 于該穩(wěn)態(tài)工作電流的閾值檢測過電流狀態(tài)。例如，如果電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài) 工作電流是5A，則規(guī)定閾值是1.25x5ARMS。
在起動(dòng)操作過程中，負(fù)載是斷開的，此時(shí)通過接通直流繼電器供 電。在起動(dòng)操作期間，系統(tǒng)使用一個(gè)基于負(fù)載的起動(dòng)電流而規(guī)定的閾 值檢測過電流狀態(tài)。例如，如果起動(dòng)電流是20A,則規(guī)定閾'直是 1.25x20ARMS。在轉(zhuǎn)換到正常閾值之前，系統(tǒng)在一段特定時(shí)間即起動(dòng) 階段內(nèi)使用這個(gè)起動(dòng)閾值。起動(dòng)階段的持續(xù)時(shí)間取決于負(fù)載要用于加 電和穩(wěn)定的時(shí)間，并且咧如可以達(dá)到大約80ms。因此，如果在起動(dòng)時(shí) 間階段中系統(tǒng)檢測到電流超過起動(dòng)閾值，繼電器即被斷開而取消對負(fù) 載供電。所述雙重閾值系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，它防止了在負(fù)載起動(dòng)期間的誤 動(dòng)作.并且允許在正常操作期間的密切監(jiān)控。
參考圖8a-l至8c-4，邏輯控制器的傳感器控制電路類似于先前參 號-圖5a-l至5c-4所描述的。不平衡傳感器輸出被輸入給放大器UlA(圖 Sa-l), K調(diào)整該傳感器輸出信號的增益。電阻器R6、 R7和R8(圖8a-2> 設(shè)定對照比較傳感器輸出信號的規(guī)定判據(jù)。具體地說，電阻器設(shè)定在 U1B的引腳6和UIC的引腳10上的基準(zhǔn)電壓電平，使得一個(gè)電玉對應(yīng)于較高的閾值電壓，而另一個(gè)對應(yīng)于較低的閾值電壓。這些電壓電 平依次對應(yīng)于較高和較低的電流不平衡閾值，在一個(gè)實(shí)施例中，它們
分別是+1.5ARMS和-1.5ARMS。
如果來自放大器U1A的電壓高于引腳6的較高閾值電壓，或者低 于引腳IO的較低閾值電壓，則相應(yīng)放大器U1B、 U1C的輸出成為高。 來自這些放大器中的任一個(gè)的高輸出使得晶體管Q2(圖8a-4)的柵極為 低，其依次驅(qū)動(dòng)晶體管Q4輸出為高。晶體管Q3的輸出流過放大器 U4D。放大器U4D的輸出被輸入給邏輯門U8。
每個(gè)過電流傳感器輸出被輸入給放大器U2A、 U3A、 U4A(圖8a-l 和8a-3)，其調(diào)整該傳感器輸出信號的增益。每個(gè)放大器輸出被輸入給 —對比較器U2B/U2C、 U3B/U3C、 U4B/U4C(圖8a-2和8a-4)，它們起 到三相電流通路中的每個(gè)線路A、 B和C的過電流檢測器的作用。
如上所述，邏輯控制器被配置成提供用于過電流檢測器的一個(gè)起 動(dòng)閾值和一個(gè)正常閾值。這些閾值是由電阻器R76和R77設(shè)定的。在 正常操作期間，部件U5A(圖8a-3)是接通的，使電阻器R77(圖8a-4)短 路。形成于電阻器R76兩端的電壓很小，這樣就設(shè)定了對應(yīng)于正常閾 值的過電流閾值。在一種配置中，R76是24.3k而正常閾值是15A。如 果三個(gè)過電流放大器U2A、 U3A、 U4A中的任何一個(gè)輸出一個(gè)信號， 該信號具有大于相應(yīng)正常閾值電壓的電壓，則與該放大器相關(guān)的過電 流檢測器的輸出變成高。來自這些過電流檢測器中的任一個(gè)的高輸出 使得晶體管Q2的柵極成為低，其依次將晶體管Q3的輸出驅(qū)動(dòng)為高。 晶體管Q2的輸出流過放大器U4D。放大器U4D的輸出被輸入給邏輯 門U8。
在起動(dòng)操作期間，部件U5A是斷開的，并且形成于電阻器R76和 R77兩端的電壓較高，這樣就設(shè)定了對應(yīng)于起動(dòng)值的過電流閾值。在 一種配置中，電阻器R76是24.3k而電阻器R77是127k，并且起動(dòng)閾 值是60A。部件U5A的接通/斷開操作與先前描述的上托電源通過晶體 管Ql和Q9(圖8a-3和7-3)的操作有關(guān)系。起動(dòng)操作的持續(xù)時(shí)間，亦即 部件U5A被斷開的時(shí)間，是由電容器C53(圖8c-3)和電阻器R111確定 的。例如，使用1微法的電容器C53和lOOK的電阻器Rlll，起動(dòng)時(shí) 間就大約是70毫秒。如圖8b-l至8c-4所示，邏輯控制器電路的其余部分類似于先前參 考圖5b-l至5c-4所描述的。雖然在上述示意圖中未示出，但邏輯控制 器可以包括各種各樣的維護(hù)電路，包括復(fù)位開關(guān)和按壓測試開關(guān)以及 電路，類似于先前參考圖5b-l和5c-l所描述的。
具有交流泵輸入的直流繼電器
參考圖9，其中示出了一個(gè)供航空燃料系統(tǒng)用的系統(tǒng)，其具有交流 泵輸入80和直流線圈繼電器60，諸如存在于波音757飛機(jī)中。該系統(tǒng) 包括電源30，其在電路的輸入側(cè)24分接115V交流三相線路中的每個(gè) 線路。電源30給傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50和直流繼電器60提供 電力。對邏輯控制器50的交流泵輸入80是由駕駛員座艙泵開關(guān)82提 供的，該泵開關(guān)分接上述三相線路的其中之一。
參考圖10a和10b,電源包括10V電源(圖10a)和20V電源(圖10b)。 電源包括二極管CR1、 CR2、 CR3、 CR4、 CR5禾Q CR6，它們構(gòu)成一個(gè) 全波三相電橋。電容器C1對于由電橋產(chǎn)生的281V峰值電壓起到存儲 器件的作用。調(diào)節(jié)器是裝配架式(buck-type)配置，其為在下方擁有電感 器的不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。這是可以接受的，因?yàn)殡娐窡o需一定以大地為基 準(zhǔn)。實(shí)際上，對于10V和20V電源，機(jī)載電學(xué)地線大約分別比大地高 270V和260V。
優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)換開關(guān)以非常規(guī)的方式工作。如果其檢測到一個(gè)輸 出電壓為低，在流過電感器L1或者L1A的電流達(dá)到一個(gè)預(yù)定量之前， 相應(yīng)的控制器起動(dòng)并保持為起動(dòng)。否則，跳過該循環(huán)。能量被存儲在 電感器Ll或者L1A中，并且經(jīng)由二極管CR7或者CR7A傳送給輸出 電容器C3或者C3A。由齊納二極管(Zener)VRl或VR1A以及光耦合 器U2或U2A確定恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。電容器C2或者C2A用于存儲少量能 量，g卩，每個(gè)相應(yīng)調(diào)節(jié)器用于操作其內(nèi)部電路。
返回到圖9,傳感器系統(tǒng)40包括環(huán)繞三根三相輸電線的單個(gè)傳感 器，這三根三相輸電線形成電流通路20。通過提供一個(gè)表示輸電線中 的電流平衡的輸出傳感器信號42，傳感器40確定在電流通路20中的 電流狀態(tài)。
參考圖ll，在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器40是一個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器，如Amploc Pro 5霍耳效應(yīng)線性電流傳感器。在替換性實(shí)施例中，傳感 器40可以是電流互感器或者巨磁阻(GMR)器件。傳感器40在工作于 10V的時(shí)候具有233mV/A的輸出。接地故障檢測是通過以單個(gè)電流傳 感器監(jiān)控所有的三相電流實(shí)現(xiàn)的。電流傳感器40用代數(shù)方式求和三相 電流流經(jīng)三相輸電線所產(chǎn)生的磁通量，并且產(chǎn)生與結(jié)果成正比的輸出 信號42。由于三相交流燃油泵典型地具有不接地的中性線，系統(tǒng)是"封 閉的"，要求流向燃油泵的電流與返回電流大小相等而方向相反。因 此，當(dāng)不存在接地故障狀態(tài)的時(shí)候，在電流傳感器處測量出的磁通量 是零。當(dāng)出現(xiàn)接地故障狀態(tài)的時(shí)候，電流流向地(不經(jīng)由傳感器返回)， 破壞了該閉環(huán)系統(tǒng)，并導(dǎo)致在傳感器上測量到的磁通量不平衡。由于 磁通量不平衡與電流成正比，傳感器的輸出提供了電流損失的數(shù)值。 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，對于沒有實(shí)測到的不平衡，傳感器的輸出大約 是供電電壓的二分之一。
返回到圖9，來自傳感器系統(tǒng)40的傳感器信號輸出42是由邏輯控 制器50接收的。邏輯控制器50相對一個(gè)規(guī)定判據(jù)比較傳感器信號42， 如果該判據(jù)未被滿足，則中斷電源32到電源控制器的返回通路34。這 也就是除去對該電源控制器的驅(qū)動(dòng)信號，并使直流繼電器鎖定到跳閘 狀態(tài)，而且中斷對負(fù)載端26的電流通路20。
參考圖12-1和12-2，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，對于沒有實(shí)測到的不 平衡，傳感器的輸出大約是供電電壓的二分之一。放大器U3A以系數(shù) IO放大信號。該增益是由電阻器R5和R3的比值設(shè)定的。3db點(diǎn)是電 容器C4的電抗等于R5電阻的點(diǎn)，這出現(xiàn)于3386Hz上。電阻器R1、 R2和R4使放大器偏置，并且經(jīng)過選擇而使得需要電阻器R4有1兆歐 的最大值，以便在傳感器處于其指定的惡劣情況高輸出時(shí)，將放大器 輸出調(diào)整為中間供給(mid supply)。易于實(shí)現(xiàn)對應(yīng)于傳感器的惡劣情況 低輸出的校準(zhǔn)。
設(shè)置放大器U3B和U3C，以及電阻器R6、 R7和R8，以檢測超出 較高及較低電流閾值的電流不平衡，上述電流閾值在一個(gè)實(shí)施例中分 別是+1.5ARMS和-1.5ARMS。來自放大器U3B或者U3C的高輸出表 示出現(xiàn)了超出上述電流閾值的不平衡。門U4A對來自放大器U3B和 U3C的輸出進(jìn)行"或"操作。在其輸出端的一個(gè)邏輯0表示總有一個(gè)故障狀態(tài)出現(xiàn)。同時(shí)發(fā)生的不平衡輸入是可以被處理的，但這實(shí)際上是 不可能的，因?yàn)楫?dāng)存在負(fù)值不平衡時(shí)，無法同時(shí)存在正值不平衡。
如果發(fā)生故障狀態(tài)，則其通過門U5A將一個(gè)邏輯1送至由門U4B 和U4C組成的鎖存器。在引腳5上，邏輯1迫使輸出端引腳4為低， 使晶體管Q1截止，該晶體管中斷電源到直流繼電器的返回通路，從而 實(shí)際上消除了對于直流繼電器的驅(qū)動(dòng)信號，導(dǎo)致其斷開和中斷到負(fù)載 端26的電流通路20。該鎖存器的另一個(gè)輸入端引腳9通常是處于邏輯 0。這使引腳10變?yōu)楦撸ㄟ^將一個(gè)邏輯1送至引腳6設(shè)定鎖存器。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通電程序使電源控制部分初始化為非工作 模式。這是通過將一個(gè)邏輯0送至門U5A的引腳2以模擬一種電流不 平衡狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。由門U5B、電阻器R13、電容器C5和二極管CR8 產(chǎn)生的通電復(fù)位脈沖典型地是7微秒。復(fù)位是由經(jīng)由電阻器R13將電 容器C5充電到閾值所用的時(shí)間來確定的，該閾值由門U5B設(shè)定。二 極管CR8提供快速復(fù)位。
參考圖13，圖9的系統(tǒng)可以被修改為包括一個(gè)傳感器系統(tǒng)40，該 傳感器系統(tǒng)具有用于監(jiān)控相間電流的過電流傳感器46。這樣一種系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)類似于先前參考圖6所作描述。
具有交流泵輸入的交流繼電器
參考圖14，其中示出了一個(gè)供航空燃料系統(tǒng)用的系統(tǒng)，其具有一 個(gè)交流泵輸入和一個(gè)交流線圈繼電器60。該系統(tǒng)包括電源30，其在電 路的輸入側(cè)24上分接115V交流三相線路中的每個(gè)線路。電源30給傳 感器系統(tǒng)40和邏輯控制器50提供電力。用于繼電器60的交流泵輸入 80是由駕駛員座艙泵開關(guān)82提供的，該泵開關(guān)分接三相線路的其中之
參考圖15，在電源30的一個(gè)實(shí)施例中，二極管CR1、 CR2、 CR3、 CR4、 CR5和CR6構(gòu)成一個(gè)全波三相電橋。電容器Cl對于由該電橋 產(chǎn)生的281V峰值電壓起到存儲器件的作用。調(diào)節(jié)器最好是裝配架式 (budc type)配置，其為在下方擁有電感器的不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。這是可以接 受的，因?yàn)殡娐窡o需一定以大地為基準(zhǔn)。實(shí)際上，機(jī)載電學(xué)地線大約 比大地高270V。優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)換開關(guān)以非常規(guī)的方式工作。如果其檢測到輸出電
壓為低，在流過電感器L1或者L1A的電流達(dá)到一個(gè)預(yù)定量之前，其 接通并保持為接通。否則，跳過該循環(huán)。能量被存儲在電感器L1中， 并且經(jīng)由二極管CR7傳送給輸出電容器C3。由齊納二極管VR1以及 光耦合器U2確定恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。電容器C2用于存儲少量能量，調(diào)節(jié)器 以此操作其內(nèi)部電路。
返回到圖14，傳感器系統(tǒng)40包括環(huán)繞三根三相輸電線的單個(gè)傳感 器，這三根三相輸電線形成電流通路20。通過提供一個(gè)表示在輸電線 中的電流平衡的輸出傳感器信號42，傳感器40確定在電流通路20中 的電流狀態(tài)。
參考圖16，在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器40是一個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器， 如一個(gè)AmplocPro5霍耳效應(yīng)線性電流傳感器。在替換實(shí)施例中，傳 感器40可以是電流互感器或者巨磁阻(GMR)器件。當(dāng)工作在10V的時(shí) 候，傳感器40具有233mV/A的輸出。接地故障檢測是通過以單個(gè)電 流傳感器40監(jiān)控所有的三相電流來實(shí)現(xiàn)的。電流傳感器40用代數(shù)方 式求和三相電流流經(jīng)三相輸電線所產(chǎn)生的磁通量，并且產(chǎn)生一個(gè)與結(jié) 果成正比的輸出信號42。由于三相交流燃油泵典型地具有一個(gè)不接地 的中性線，系統(tǒng)是"封閉的"，要求流向燃油泵的電流與返回電流大小 相等而方向相反。因此，當(dāng)不存在接地故障狀態(tài)的時(shí)候，在電流傳感 器40上測量到的磁通量是零。當(dāng)出現(xiàn)接地故障狀態(tài)的時(shí)候，電流流向 地(不經(jīng)由傳感器返回)，破壞了閉環(huán)系統(tǒng)，并且導(dǎo)致在傳感器40上測 量到的磁通量不平衡。由于磁通量不平衡與電流成正比，傳感器40的 輸出即提供了電流損失的數(shù)值。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，對于沒有實(shí)測 到的不平衡，傳感器40的輸出大約是供電電壓的二分之一。
返回到圖14，來自傳感器系統(tǒng)40的傳感器信號輸出42是由邏輯 控制器50接收的。邏輯控制器50對照一個(gè)規(guī)定判據(jù)比較傳感器信號 40,如果該判據(jù)未被滿足，則中斷電源32到電源控制器的返回通路34。
參考圖17-1、 17-2，邏輯控制器50的放大器U3A接收傳感器信 號42，并且以系數(shù)IO放大該信號。該增益是由電阻器R5和R3的比 誼沒定的。3db點(diǎn)是電容器C4的電抗等于R5電阻的點(diǎn)，這出現(xiàn)于 3386Hz上。電阻器R1、 R2和R4使放大器偏置，并且經(jīng)過選擇而使得需要電阻器R4有1兆歐的最大值，以便在傳感器處于其指定的惡劣 情況高輸出時(shí)，將放大器輸出調(diào)整為中間供給。易于實(shí)現(xiàn)對應(yīng)于傳感 器的惡劣情況低輸出的校準(zhǔn)。
設(shè)置放大器U3B和U3C，以及電阻器R6、 R7禾QR8，以檢測超出 較高及較低電流閾值的電流不平衡，上述電流閾值在一個(gè)實(shí)施例中分 別是+1.5ARMS和-1.5ARMS。來自放大器U3B或者U3C的高輸出表 示出現(xiàn)了超出1.5ARMS閾值的不平衡。IC(集成電路)U4A對來自放大 器U3B和U3C的輸出進(jìn)行"或"操作。在其輸出端的一個(gè)邏輯0表示 總有一個(gè)故障狀態(tài)出現(xiàn)。同時(shí)發(fā)生的不平衡輸入是可以被處理的，但 這實(shí)際上是不可能的，因?yàn)楫?dāng)存在負(fù)值不平衡時(shí)，無法同時(shí)存在正值 不平衡。
如果發(fā)生故障狀態(tài)，則其通過IC U5A將一個(gè)邏輯1送至由IC U4B 和U4C組成的鎖存器。在引腳5上，邏輯1迫使輸出端引腳4為低， 使晶體管Ql截止，該晶體管中斷控制供電32到電源控制器60的返回 通路34，從而消除了對于電源控制器的驅(qū)動(dòng)信號，并導(dǎo)致交流繼電器 鎖定到跳開即斷開狀態(tài)，而且中斷到負(fù)載端26的電流通路20。該鎖存 器的另一個(gè)輸入端引腳9通常是處于邏輯0上。這使引腳10變?yōu)楦撸?通過將一個(gè)邏輯1送至引腳6設(shè)定該鎖存器。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通電程序使電源控制部分初始化為非工作 模式。這是通過將一個(gè)邏輯0送至IC U5A的引腳2以模擬一種電流不 平衡狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。由ICU5B、電阻器R13、電容器C5和二極管CR8 產(chǎn)生的通電復(fù)位脈沖典型地是7微秒。復(fù)位是由經(jīng)由電阻器R13將電 容器C5充電到閾值所用的時(shí)間來確定的，該閾值由ICU5B設(shè)定。二 極管CR8提供快速復(fù)位。
參考圖18，圖9的系統(tǒng)可以被修改為包括一個(gè)傳感器系統(tǒng)40，該 傳感器系統(tǒng)具有用于監(jiān)控相間電流的過電流傳感器46。這樣一種系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)類似于先前參考圖6所作描述。
組裝
目前正在使用中的大多數(shù)飛機(jī)利用具有前述局限性的斷路器。雖 然本發(fā)明的電子和機(jī)電方面對這類斷路器所提供的保護(hù)給予了額外保護(hù)，但希望能夠以一種形式組裝本發(fā)明，其允許方便地對于現(xiàn)有的、 新制造的飛機(jī)和新的飛機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行改裝，因此而使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)具有 史廣的應(yīng)用范圍。因此，在本發(fā)明的另一個(gè)目前優(yōu)選的方面，所述系 統(tǒng)的電子和機(jī)電元件被安裝在一個(gè)外殼內(nèi)，該外殼具有與現(xiàn)有的電源 控制器相同的形狀因數(shù)。該系統(tǒng)通過現(xiàn)有的電源控制器電接插件與所 要監(jiān)視和控制的電路連接，并且從所要維護(hù)的電路取得電力。雖然對 于這類斷路器所提供的保護(hù)有許多形狀因數(shù)可以給予額外保護(hù)，但集 成的電流故障斷路器的各種變形是基于繼電器和電流故障斷路器電 路，或者固態(tài)開關(guān)裝置和電流故障斷路器電路。集成電流故障斷路器 對于特定的飛機(jī)裝置是定制的。其裝配和構(gòu)造經(jīng)設(shè)計(jì)適應(yīng)于在飛機(jī)中 特定的繼電器裝置需要。
參考圖19a-19d，其中一些上述的集成電流故障保護(hù)/電源控制器可 以被配置成與波音737型、747型和空中客車飛機(jī)中使用的現(xiàn)有電源控 制器殼體90的形狀因數(shù)一致。這樣的殼體90典型地包括接插件部分 92、安裝用法蘭94和外罩96。殼體90的概略尺寸如下從頂部98 到底部100大約為2.65英寸(約6.73cm)，沿其側(cè)面102大約為1.50英 寸(約3.81cm)寬，從安裝用法蘭94的前側(cè)104到該安裝用法蘭的后側(cè) 106大約為2.0英寸(約5紙m)。
接插件部分92包括電接插件裝置，如接線板或者說接插件板108， 典型地具有八個(gè)螺旋式電接插件Al、 A2、 XI、 Bl、 B2、 Cl、 C2和 X2，不過其他常規(guī)類型的接線器也可能是適宜的。參考圖19d，引腳 Al和A2容納第一線路A和負(fù)載A，引腳Bl和B2容納第二線路B 和負(fù)載B，而引腳C1和C2容納第三線路C和負(fù)載C。
參考圖19c和19f，組成電源30、傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50 和電源控制器60的電路被安裝在柔性電路板110上。柔性電路板110 包括由柔性部分114連接到一起的剛性電路板112部分。電路板110 被折疊成長方形以便裝配到殼體外罩96內(nèi)，如圖19e所示。利用該柔 性電路板，使系統(tǒng)電路得以裝配到具有與其所替換部件的形狀因數(shù)相 同的殼體內(nèi)。故障指示器il6和復(fù)位及測試按鈕位于外罩的頂端外部。
參考圖20a-20f，上述的一些集成電流故障保護(hù)/電源控制 可以被 配置成與波音747-400、 757和767飛機(jī)中使用的現(xiàn)有電源控制器殼體120的形狀因數(shù)一致。這樣的殼體120典型地包括接插件部分122、安 裝用法蘭124和外罩126。殼體120的概略尺寸如下從頂部128到底 部130大約3.28英寸(約8.33cm)，沿其短邊132大約1.53英寸(約3.89cm) 寬，而沿其長邊134大約2.51英寸(大6.38cm)。
接插件部分122包括電接插件裝置，如接線板或者說接插件板 136，典型地具有八個(gè)螺旋式電接插件Al、 A2、 XI、 Bl、 B2、 Cl、 C2和X2，不過其他常規(guī)類型的接線器也可能是適宜的。參考圖20d， 接插件Al和A2容納第一線路A和負(fù)載A，接插件Bl和B2容納第 二線路B和負(fù)載B，而接插件Cl和C2容納第三線路C和負(fù)載C。
參考圖20e，形成電源30和邏輯控制器50的電路被安裝在兩個(gè)電 路板138、 140上，電路板138、 140被設(shè)置在傳感器系統(tǒng)40和電源控 制器60的上方。故障指示器142和復(fù)位及測試按鈕被設(shè)置在外罩的頂 端外部。
參考圖21a-21d，上述的一些集成電流故障保護(hù)/電源控制器可以被 配置成與DC-10飛機(jī)中使用的現(xiàn)有電源控制器殼體150的形狀因數(shù)一 致。這樣的殼體150典型地包括接插件部分152、安裝用法蘭154和外 罩156。殼體150的概略尺寸如下從頂端158到底部160大約3.25 英寸(約8.26cm)，而沿其各邊162則大約為2.5英寸(約6.35cm)寬。
接插件部分152包括電接插件裝置，如接線板或者說接插件板 164，典型地具有八個(gè)螺旋式電接插件Al、 A2、 XI、 Bl、 B2、 Cl、 C2和X2，不過其他常規(guī)類型的接線器也可能是適宜的。
參考圖21e和21f，形成電源30和邏輯控制器50的電路被安裝到 柔性電路板166上。柔性電路板166包括由柔性部分170結(jié)合到一起 的剛性電路板168部分。電路板166被折疊成長方形以便裝配到殼體 外罩156內(nèi)。該維護(hù)系統(tǒng)電路被設(shè)置在外罩的頂端附近，并且與位于 外罩的頂端外部的故障指示器172和復(fù)位及測試按鈕連接。
集成的電流故障保護(hù)/斷路器
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種集成電流故障保護(hù)斷路器， 在此處稱為故障保護(hù)斷路器(FPB)。 FPB將上述的集成電流故障保護(hù)/ 電源控制器的電流故障保護(hù)方式結(jié)合到一個(gè)斷路器中，該斷路器預(yù)定 用于取代現(xiàn)有的飛機(jī)系統(tǒng)斷路器。FPB由檢測和控制電子及機(jī)電部件組成，這些部件在單個(gè)裝置中與斷路器結(jié)合，用以提供附加的接地故
障和/或過電流檢測，同時(shí)保持現(xiàn)有三相115V交流斷路器的性能和功 能。 一個(gè)增設(shè)的按拉式鍵(在此處稱為FPB按拉式鍵)被附著于內(nèi)部 電路斷路器按拉式鍵上，并且當(dāng)這個(gè)增設(shè)按鍵被機(jī)電式跳開的時(shí)候， 它就拉開斷路器按拉式鍵。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，機(jī)電式的跳開是借 助用以提供拉開斷路器所必需的強(qiáng)制力的螺線管和平衡彈簧完成的。 還可以實(shí)施FPB按拉式鍵的手工操作，以斷開和閉合斷路器觸點(diǎn)從而 對燃油泵取消供電或者提供供電。
參考圖22，在一種配置中，F(xiàn)PB包括電源100、電流傳感器110、 控制器或者說螺線管驅(qū)動(dòng)器120、螺線管130、具有相關(guān)的按拉式鍵(未 示出)的機(jī)械式斷路器140以及測試開關(guān)150。 FPB按拉式鍵被機(jī)電式 地跳開以鎖定接地故障狀態(tài)，取消對燃油泵的三相供電并且提供FPB 指示。FPB是一個(gè)完全獨(dú)立的單元，從負(fù)載端三相電源獲得其電子部 件的電力，并且使用與斷路器相同的飛機(jī)線路接口。
參考圖23， FPB使用單個(gè)電流傳感器L2檢測由三相電流產(chǎn)生的 凈磁通量。磁通量信號被輸入給螺線管驅(qū)動(dòng)器Q1，該信號在此受到調(diào) 節(jié)和濾波以消除誤動(dòng)作，并且檢測任一極性的凈磁通量。 一旦出現(xiàn)接 地故障，螺線管驅(qū)動(dòng)器Q1即使得螺線管L1觸發(fā)一個(gè)按拉式鍵機(jī)電式 地動(dòng)作，取消三相供電。FPB按拉式鍵保持在鎖定的故障狀態(tài)，直到 該按拉式鍵被手動(dòng)復(fù)位為止。當(dāng)FPB處于故障狀態(tài)中的時(shí)候，使泵控 開關(guān)160(115V交流或者28V直流)循環(huán)對于燃油泵的控制沒有作用。
在一種配置中，當(dāng)發(fā)生電流不平衡也就是說超出一個(gè)預(yù)定范圍的 時(shí)候，F(xiàn)PB檢測接地故障狀態(tài)，該預(yù)定范圍在一種配置中是-1.5ARMS 至+1.5ARMS。這個(gè)范圍允許足夠的裕度，以防止燃油泵電動(dòng)機(jī)漏電流 (其隨電動(dòng)機(jī)繞組絕緣和受污染的燃料而變)造成誤動(dòng)作。
在確定故障檢測閾值的情況下，當(dāng)選擇故障檢測速度時(shí)，誤動(dòng)作 也是一個(gè)關(guān)心的因素。對接地故障的FPB響應(yīng)可以被分為檢測和反應(yīng) 吋間。反應(yīng)時(shí)間取決于按拉式鍵的機(jī)電動(dòng)作，而檢測時(shí)間取決于將誤 動(dòng)作減到最少。FPB包括一個(gè)濾波系統(tǒng)，用以衰減通常大多由噪聲、 EMI、雷電和HIRF所引起的高頻效應(yīng)。通常這些高頻信號導(dǎo)致錯(cuò)誤的 指示。系統(tǒng)的頻帶寬度和工作范圍受到限制以將誤動(dòng)作減到最小，同時(shí)保持最寬的可允許的檢測頻譜。選擇具有恰當(dāng)靈敏度范圍的傳感器
110以便測量在感興趣范圍內(nèi)的信號。
當(dāng)對FPB的線路端的三相電源供電中斷時(shí)，就損失了 FPB操作。 但是，任意持續(xù)時(shí)間的供電中斷都不會導(dǎo)致鎖定的FPB故障狀態(tài)，或 者鎖定FPB故障狀態(tài)的復(fù)位。當(dāng)中斷終止的時(shí)候，F(xiàn)PB即返回到其中 斷之前的工作模式。
接地故障狀態(tài)跳開位于FPB頂端的FPB按拉式鍵，使該按鍵伸出 到一定高度以提供FPB狀態(tài)的可見指示。處于斷路狀態(tài)的FPB只能通 過手動(dòng)地復(fù)位在FPB上的按拉式鍵142來復(fù)位。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)行一種檢驗(yàn)FPB的端對端測試。 這是借助于一個(gè)位于FPB外殼頂部的按壓測試開關(guān)150實(shí)現(xiàn)的。這個(gè) 開關(guān)的動(dòng)作通過使剛好超出最大閾值的電流流過傳感器旁路，來模擬 接地故障狀態(tài)。這種手控的測試導(dǎo)致鎖定FPB，從負(fù)載端觸點(diǎn)取消供 電，并使按拉式鍵伸出以提供可見指示。該按拉式鍵必須被復(fù)位(推入) 以清除FPB故障狀態(tài)。
組裝
參考圖24a-24e，上述的集成電流故障保護(hù)/斷路器可以被配置成與 在波音700系列飛機(jī)及類似飛機(jī)中使用的現(xiàn)有15A和20A斷路器外殼 180的形狀因數(shù)一致。這樣的外殼180典型地包括接插件部分182、機(jī) 蓋184和按下/彈出鈕142。 15A斷路器外殼180的概略尺寸如下從 頂端188到底部190大約為4.00英寸(約10.16cm)，沿其長邊192大約 為2.O0英寸(約5.08cm)，而沿其短邊194大約為1.38英寸(約3.51cm)。
接插件部分182包括電接插件裝置，如具有六個(gè)端子Al、 A2、 Bl、 B2、 Cl和C2的接線板或者說接插件板。參考圖24d，接插件A1 和A2容納第一線路A和負(fù)載A,接插件Bl和B2容納第二線路B和 負(fù)載B，而接插件Cl和C2容納第三線路C和負(fù)載C。傳感器系統(tǒng)110 被置于接插件部分182的上方。輸入線A、B和C穿過傳感器系統(tǒng)110， 并被輸入至一個(gè)起到電源控制器140作用的斷路器。輸出線A、 B和C 返回到聽述接插件部分。
形成電源100和螺線管驅(qū)動(dòng)器120的電路被安裝在電路板196上。電源100和螺線管驅(qū)動(dòng)器120與螺線管130連接。
獨(dú)立的電流故障保護(hù)裝置
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述系統(tǒng)被配置成為一個(gè)獨(dú)立裝置， 只要與負(fù)載有關(guān)的電源線路和返回線路對該裝置是可使用的，它就可 以被安裝到斷路器和負(fù)載之間電路中的任何地方。與前述的系統(tǒng)配置 相同，該獨(dú)立裝置從被監(jiān)控的電源線的線路端取得其工作電力。因此 該裝置不需要額外電源。
直流結(jié)構(gòu)
參考圖25，所述系統(tǒng)適于監(jiān)控在直流電源和由該電源供電的負(fù)載 之間的電流通路。該系統(tǒng)包括電源30，其在電路的輸入側(cè)24分接直流 線路和返回線路。電源30給傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50和電源控 制器60提供電力。傳感器系統(tǒng)40包括不平衡傳感器44和過電流傳感 器46。
參考圖26，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述電源具有兩個(gè)線性電源U1 和U2。電源U1給電流傳感器44、 46(圖25)提供7V直流，以便由上 述電流傳感器得到最大增益，同時(shí)電源U2給邏輯控制器電路提供5V 直流。
在電源的輸入側(cè)，從飛機(jī)接收28V直流。二極管CR1起阻塞二極 管的作用。電容器Cl則起到二極管CR1所輸出的大約26V直流的存 儲裝置的作用。電阻器R2和R3起分壓器的作用，以將電源U1的輸 出設(shè)定為7V直流。二極管CR13與電容器C15和C17配合工作，將 電源U2的輸出設(shè)定為5V直流。
返回到圖25，電源接地故障保護(hù)是通過以不平衡傳感器44監(jiān)控 28V直流電源和負(fù)載返回電流的信號實(shí)現(xiàn)的。該電流傳感器44用代數(shù) 方式求和上述電源和返回電流所產(chǎn)生的磁通量，并且產(chǎn)生一個(gè)與結(jié)果 成正比的輸出信號42。借助于28V直流電源和流過接地故障傳感器的 燃油泵的負(fù)載反饋信號，所述系統(tǒng)是"封閉的"，要求流向燃油泵的電 流與返回電流大小相等而方向相反。因此，當(dāng)不存在接地故障狀態(tài)時(shí)， 在傳感器上測量到的磁通量是零。而當(dāng)出現(xiàn)接地故障狀態(tài)時(shí)，電流流向地(不經(jīng)由傳感器返回)，破壞了閉環(huán)系統(tǒng)，并導(dǎo)致在傳感器上測量到
的磁通量不平衡。由于磁通量不平衡與電流成正比，傳感器的輸出42 即提供了電流損失的數(shù)值。
雖然術(shù)語接地故障意思是對地電弧放電/短路，但所述檢測方案檢 測由電流損失導(dǎo)致的或者由電源對所述閉環(huán)系統(tǒng)外部任何其他飛機(jī)布 線系統(tǒng)導(dǎo)致的電流不平衡狀態(tài)，其中該電流損失是電源對地通路的結(jié) 果。因此所述系統(tǒng)可供檢測其下游裝置的所有錯(cuò)誤接線。
對負(fù)載-返回電弧放電/短路的28V直流不會被檢測為接地故障，這 是因?yàn)?8V對于負(fù)載-返回電流而言是標(biāo)準(zhǔn)的，并且所述閉環(huán)系統(tǒng)不會 導(dǎo)致電流損失。雖然這種電弧放電-短路使電流幅值超出正常水平以外， 但這不是一致不平衡狀態(tài)，并且在接地故障傳感器處的相應(yīng)凈磁通量 總和是零。
為了檢測這種不受歡迎的故障狀態(tài)，以過電流傳感器46監(jiān)控28V 直流電源信號的電流電平從而實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)。流過上述傳感器46的 電流所產(chǎn)生的磁通量產(chǎn)生一個(gè)與電流幅值成正比的輸出信號。當(dāng)電流 幅值超過一個(gè)預(yù)定的閾值限度的時(shí)候，產(chǎn)生過電流狀態(tài)。與接地故障 檢測類似，過電流檢測鎖定一致斷路狀態(tài)。用于過電流檢測的閾值限 度經(jīng)過選擇，具有足夠裕度以免燃油泵最大起動(dòng)電流和泵最大工作電 流導(dǎo)致誤動(dòng)作。由于在起動(dòng)電流和工作電流中的差別，對于過電流方 案采用兩個(gè)閾值限度，其方式類似于先前相對于本發(fā)明其他實(shí)施例所 作論述。
在操作中，對于不受歡迎的接地故障和過電流狀態(tài)，所述系統(tǒng)監(jiān) 控在線路端24和負(fù)載端26之間的電路20。由傳感器44、 46產(chǎn)生的上 述磁通量信號被輸入給邏輯控制器50。邏輯控制器50調(diào)節(jié)并傳送信號 通過濾波器，以消除任一極性的噪聲磁通量。當(dāng)出現(xiàn)接地故障或者過 電流狀態(tài)的時(shí)候，邏輯控制器50中斷繼電器電源輸入32的返回通路 34。這使得繼電器60鎖定斷開，從而中斷對負(fù)載端26的電流通路20。 LED 52表示檢測出的故障。繼電器60保持鎖定，直到通過按下在系 統(tǒng)外殼上的復(fù)位按鈕54而手動(dòng)地復(fù)位為止。在邏輯控制器60中的獨(dú) 立的自鎖繼電器(下面將進(jìn)一步描述)被用于存儲故障狀態(tài)，導(dǎo)致故障狀 態(tài)的不確定保持。因此，借助于控制開關(guān)82循環(huán)燃油泵28V直流電源不會使系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)不處于故障狀態(tài)時(shí)，燃油泵的控制是通過飛
機(jī)泵控制開關(guān)82完成的。
手動(dòng)復(fù)位開關(guān)54防止飛機(jī)座艙開關(guān)82和斷路器84的循環(huán)，避免 再對現(xiàn)有的接地故障或者過電流狀態(tài)施加電源。手動(dòng)復(fù)位強(qiáng)行施加一 個(gè)有意識的維護(hù)動(dòng)作，該維護(hù)動(dòng)作是在實(shí)施了必要的針對故障的維修 故障查找從而排除了故障之后應(yīng)被執(zhí)行的。
用以檢驗(yàn)系統(tǒng)完好性的定期維修檢査是通過按壓兩個(gè)設(shè)置在外殼 上的按壓測試開關(guān)實(shí)施的。 一個(gè)開關(guān)提供接地故障測試56，而另一個(gè) 開關(guān)提供過電流測試58。示出裝置正確運(yùn)行的確定可見指示是由LED 52提供的。
在一個(gè)獨(dú)立的電流故障保護(hù)裝置的配置中，當(dāng)出現(xiàn)超出-1.5ARMS 至+1.5A RMS可接受范圍的電流不平衡時(shí)，完成接地故障檢測。這一 范圍對于防止漏電流提供了足夠裕度以免造成誤動(dòng)作，漏電流通常發(fā) 生于浸入燃料的各部件中。
過電流檢測是用單獨(dú)的傳感器監(jiān)控28V直流電源的電流電平實(shí)現(xiàn) 的。流過該傳感器的28V直流電流所產(chǎn)生的磁通量產(chǎn)生一個(gè)與電流幅 值成正比的輸出信號，當(dāng)電流幅值超過預(yù)定閾值時(shí)就導(dǎo)致過電流狀態(tài)。 類似于接地故障狀態(tài)，過電流檢測鎖定斷路狀態(tài)。如同以前描述的實(shí) 施例，用于過電流檢測的閾值限制經(jīng)過選擇具有足夠的裕度，以防止 正常的起動(dòng)和操作狀態(tài)產(chǎn)生誤動(dòng)作。因此，過電流設(shè)計(jì)具有雙重閾值， 一個(gè)是在起動(dòng)期間的閾值而另一個(gè)是用于操作的閾值，類似于以前參 考本發(fā)明其他實(shí)施例所描述的。
按下接地故障測試開關(guān)56，通過使剛好超出最大閾值的電流流過 不平衡傳感器44來模擬接地故障狀態(tài)。手控測試通過使LED 52發(fā)光、 鎖定故障狀態(tài)和使繼電器60斷開而提供接地故障檢測的可見指示。復(fù) 位開關(guān)必須被按下以清除鎖定的接地故障狀態(tài)、LED，并且允許繼電 器60接通。過電流測試開關(guān)58通過使剛好超出閾值的電流流過過電 流傳感器46來模擬過電流狀態(tài)。過電流檢測的可見指示是通過使LED 52發(fā)光、鎖定故障狀態(tài)并使繼電器60斷開來提供的。再次按下復(fù)位開 關(guān)54清除裝置和完成端對端測試，使該裝置重整以供正常使用。當(dāng)執(zhí) 行端對端測試時(shí)，可以用任意順序按壓接地故障測試開關(guān)56和過電流測試開關(guān)58。上述開關(guān)受到以防止意外的按壓。在一致替換配置中， 所述系統(tǒng)配備有兩個(gè)LED， 一個(gè)用于提供接地故障狀態(tài)的指示，而另 一個(gè)用于提供過電流狀態(tài)的指示。
在真實(shí)的故障狀態(tài)情況下，所述裝置切斷其繼電器并且取消對泵 的供電。所述裝置對飛機(jī)警報(bào)系統(tǒng)沒有任何直接輸出，因此機(jī)組人員 借助現(xiàn)有的被保護(hù)部件的報(bào)警方案而受到針對故障狀態(tài)的報(bào)警。當(dāng)電 動(dòng)機(jī)被斷電的時(shí)候，泵失去壓力，并且增壓泵壓力開關(guān)警告機(jī)組人員 該增壓泵不能工作了。任何再次起動(dòng)增壓泵的努力都沒有結(jié)果。在故 障狀態(tài)之后使所述裝置是復(fù)位由地面維修人員在執(zhí)行必要的故障排除 措施之后完成的。
參考圖27a至27c，邏輯控制器包括類似于先前參考本發(fā)明其他實(shí) 施例所描述的電路。具體地說，傳感器控制電路(圖27a)包括放大器U3 A 和放大器U4A，放大器U3A調(diào)節(jié)從不平衡傳感器接收的不平衡信號， 放大器U4A調(diào)節(jié)從過電流傳感器接收的過電流信號。過電流傳感器的 輸出被輸入給放大器U4B和U4C。元件U6與晶體管Q7和電阻器R19 以及R20配合，以類似于參考圖8a所描述的方式，將過電流閾值設(shè)定 為正常操作閾值或者起動(dòng)閾值。
維護(hù)電路(圖27c)包括三個(gè)開關(guān)Sl、 S2和S3。開關(guān)Sl起復(fù)位開關(guān) 的作用，類似先前參考圖5b所作描述。開關(guān)S2、電阻器R41和線圈 Ll起到相應(yīng)于不平衡傳感器的按壓測試電路的作用，同時(shí)開關(guān)S3、電 阻器R42和線圈L2起到相應(yīng)于過電流傳感器的按壓測試電路的作用。 在任一情況下，線圈都圍繞其相關(guān)的電流傳感器纏繞足夠次數(shù)，使得 當(dāng)其相關(guān)開關(guān)被接通的時(shí)候，該傳感器輸出一個(gè)表示電流故障狀態(tài)的 信號。如圖27b和27c所示的其余邏輯電路，則與先前參考圖5b和5c-4 所作描述類似。
交流配置
參考圖28，在另一種配置中，所述系統(tǒng)適于監(jiān)控在一個(gè)交流電源 和由該電源供電的負(fù)載之間的電流通路。所述系統(tǒng)包括電源30，其在 該電路的輸入側(cè)24分接115V交流三相線路中的每個(gè)線路。電源30給 傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50和電源控制器60提供電力。傳感器系統(tǒng)40包括單個(gè)傳感器44和三個(gè)過電流傳感器46。通過提供一個(gè)表示 輸電線中的電流平衡的輸出傳感器信號42，該單個(gè)傳感器44確定在電 流通路20中的電流狀態(tài)。每個(gè)過電流傳感器46輸出一個(gè)表示流過其 相關(guān)輸電線的電流量的信號48。
這些信號被提供給邏輯控制器50，它們在此被以類似于參考圖 8a-l至8c-4所描述的方式對照最大可接受閾值進(jìn)行比較。如果傳感器 信號42、 48中的任何一個(gè)不滿足預(yù)先規(guī)定的判據(jù)，電源32到交流繼 電器60的返回通路34即被中斷。
固態(tài)配置
參考圖29，在另一種配置中，所述系統(tǒng)適于監(jiān)控在一個(gè)交流電源 和由該電源供電的負(fù)載之間的電流通路。所述系統(tǒng)包括電源30，其在 該電路的輸入側(cè)24分接115V交流三相線路中的每個(gè)線路。電源30給 傳感器系統(tǒng)40、邏輯控制器50和電源控制器60提供電力。傳感器系 統(tǒng)40包括單個(gè)傳感器44和三個(gè)過電流傳感器46。通過提供一個(gè)表示 在輸電線之中的電流平衡的輸出傳感器信號42，單個(gè)傳感器44確定在 電流通路20中的電流狀態(tài)。每個(gè)過電流傳感器46輸出一個(gè)表示流過 其相關(guān)輸電線的電流量的信號48。
這些信號被提供給邏輯控制器50，它們在此被以類似于參考圖 8a-l至8c-4所描述的方式對照最大可接受閾值進(jìn)行比較。如果傳感器 信號42、 48中的任何一個(gè)不滿足預(yù)先規(guī)定的判據(jù)，邏輯控制器50切 換該固態(tài)元件到斷開位置，從而中斷對負(fù)載端26的電流通路。
組裝
參考圖30a-30d，上述的獨(dú)立電流故障保護(hù)裝置可以被包含在相應(yīng) 的外殼200中，在一個(gè)實(shí)施例中，外殼200具有以下尺寸從頂部202 到底部204大約為2.50英寸(約6.35cm)，而沿著其邊206則大約為4.00 英寸(約10.16cm)。聽述外殼還包括線路輸入接插件208和線路輸出接 插件210，用于與現(xiàn)有的飛機(jī)布線系統(tǒng)連接。
參考圖25和30d，輸入連接器208容納來自飛機(jī)的直流輸入線路， 同時(shí)輸出連接器210容納接到飛機(jī)負(fù)載的直流線路。形成電源30、邏輯控制器50和維護(hù)系統(tǒng)70的電路被安裝在電路板212上。維護(hù)系統(tǒng) 70電路與位于外殼180頂部的測試按鈕連接。傳感器系統(tǒng)(不可見)被 置于電路板212的下方。輸入線路A和B經(jīng)過傳感器系統(tǒng)，并且被輸 入給電源控制器60。
從上述可知，本發(fā)明提供了一種用于在飛機(jī)中的電氣裝置中保持 電流狀態(tài)的方法和裝置，其可適用于各種各樣的系統(tǒng)和部件。因而， 本發(fā)明可供對現(xiàn)有系統(tǒng)額外可靠而迅速地?cái)嚅_電源，因此減少了電路 中來源于接地故障或者過電流狀態(tài)的損壞。雖然己經(jīng)舉例說明和描述 了本發(fā)明的特定方式，但顯而易見的是，不脫離本發(fā)明的精神和范圍 尚可進(jìn)行各種各樣的改進(jìn)。因此，本發(fā)明僅僅受限于所附的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控并中斷連接至電負(fù)載的電源電路的飛機(jī)電流不平衡檢測和電路斷流器，所述電源電路具有線路端和負(fù)載端，該負(fù)載端向外部負(fù)載和繼電器控制信號線提供電能，所述繼電器控制信號線承載用于激活電源控制器的繼電器控制信號，所述電源控制器用于控制電能向所述外部負(fù)載的流動(dòng)，所述電流不平衡檢測和電路斷流器包括一傳感器系統(tǒng)，用于感測所述電源電路中的電流不平衡并且輸出傳感器信號；一電源，其連接到正被監(jiān)控的所述電源電路的所述線路端或所述繼電器控制信號線；一邏輯控制器，其由所述電源供電，用于輸出表示故障的故障信號，所述故障與響應(yīng)電流不平衡而由所述傳感器系統(tǒng)輸出的所述傳感器信號有關(guān)；所述電源控制器被配置成為響應(yīng)所述故障信號而取消對所述電路的所述負(fù)載端的供電；和用于所述傳感器系統(tǒng)、所述邏輯控制器、所述電源和所述電源控制器的殼體，所述殼體的尺寸和形狀允許直接更換飛機(jī)中的現(xiàn)有電源控制器并與所述現(xiàn)有電源控制器的機(jī)殼兼容，所述殼體包括一電連接器裝置，該電連接器裝置對所述現(xiàn)有電源控制器具有等效的電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述 繼電器控制信號線承載一交流信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述 繼電器控制信號線承載一直流信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述 電源控制器被配置成由所述繼電器控制信號提供能量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述繼電器控制信號包括交流信號，而所述電源控制器包括交流繼電器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述繼電器控制信號包括直流信號，而所述電源控制器包括直流繼電器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述 繼電器控制信號包括交流信號，而所述電源控制器包括直流繼電器。
8. —種用于中斷連接至電負(fù)載的電路的飛機(jī)電流不平衡檢測和電路 斷流器，所述電路具有線路端和負(fù)載端，所述電流不平衡檢測和電路斷 流器包括-一殼體，其具有與現(xiàn)有飛機(jī)電源控制器兼容的機(jī)殼，并且其具有電 連接，該電連接與所述現(xiàn)有飛機(jī)電源控制器的電路連接等效，所述電路 連接包括對至少電路電源輸出線連接和輸入電連接的連接，所述輸入電 連接包括電路電源輸入線連接和繼電器控制信號輸入連接；至少一個(gè)電源，其被置于所述殼體中并且由所述電流不平衡檢測和 電路斷流器的所述輸入電連接中的一個(gè)輸入電連接供電；一傳感器系統(tǒng)，其被置于所述殼體中并配置成用于感測電路中的電 流不平衡并且用于提供傳感器信號，該傳感器信號基于對所述電流不平 衡的所述感測而指示所述電路內(nèi)電流不平衡的存在；一邏輯控制器，其被置于所述殼體中并配置成由所述至少一個(gè)電源 供電，用以接收來自所述繼電器控制信號輸入連接的外部繼電器控制信 號以及來自所述傳感器系統(tǒng)的所述傳感器信號，并且用以比較所述傳感 器信號和所述電路的可接受操作的預(yù)定范圍，以及在所述傳感器信號超 出所述預(yù)定范圍時(shí)中斷所述繼電器控制信號；以及一電源控制器，其被置于所述殼體中并且被配置為由所述繼電器控 制信號提供能量并且當(dāng)所述繼電器控制信號被中斷時(shí)取消對所述電路的 所述負(fù)載端的供電。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述電源由所述電源輸入線連接供電。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述 電源輸入線連接與所述電路接合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所 述電路包括交流電路。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述 電源由所述繼電器控制信號輸入連接供電。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所 述繼電器控制信號輸入連接包括一交流信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所 述繼電器控制信號輸入連接包括一直流信號。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述 電路的所述電源部分包括三根電線，并且所述傳感器系統(tǒng)包括與所述電 線有關(guān)的單個(gè)傳感器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述 外部繼電器控制信號包括一交流信號，并且所述電源控制器包括一交流 繼電器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述 外部繼電器控制信號包括一直流信號，并且所述電源控制器包括一直流 繼電器°
18. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述 外部繼電器控制信號包括一交流信號，并且所述電源控制器包括一直流繼電器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，其中所述 邏輯控制器被配置成在上電序列期間測試以確定單元是否正適當(dāng)?shù)剡\(yùn) 行。
20. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，進(jìn)一步包 括一故障指示器，其被配置成從所述邏輯控制器接收所述故障信號并且 指示電流不平衡條件已經(jīng)發(fā)生。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電流不平衡檢測和電路斷流器，進(jìn)一步 包括一復(fù)位開關(guān)，用以在故障發(fā)生后使所述電流不平衡檢測和電路斷流 器復(fù)位。
全文摘要
電源控制器被置于電路的線路端與負(fù)載端之間的電流通路內(nèi)。該電源控制器在有控制供電的情況下接通該電流通路，并在沒有該控制供電的情況下斷開該電流通路。一電連接到該電流通路的電源提供控制供電。傳感器系統(tǒng)從該電源接收供電、監(jiān)控在該電流通路中的電流并輸出表示該電流通路中電流狀態(tài)的傳感器信號。邏輯控制器也從該電源接收供電、接收該傳感器信號，并當(dāng)傳感器信號不滿足規(guī)定判據(jù)時(shí)，從電源控制器取消該控制供電。傳感器系統(tǒng)可以包括不平衡傳感器和過電流傳感器的其中之一或兩者均包括，不平衡傳感器用于監(jiān)控在兩個(gè)或更多個(gè)輸電線中的電流平衡，而過電流傳感器用于監(jiān)控在個(gè)別線路中的電流。
文檔編號H02H1/06GK101677181SQ200910179760
公開日2010年3月24日 申請日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月14日
發(fā)明者R·A·巴克斯, R·H·魯薩利, T·E·金 申請人:海卓-艾爾公司