ПРЕРЫВАТЕЛЬ ЦЕПИ ДУГОВОГО ЗАМЫКАНИЯ И ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СДВОЕННОГО ADC Российский патент 2019 года по МПК H02H3/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, относятся к способам и системам для защиты от замыканий на землю и дуговых замыканий и, в частности, к способу и системе для защиты от замыканий на землю и дуговых замыканий, которые используют микроконтроллер и отдельные аналого-цифровые преобразователи (ADC).

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Прерыватели цепей замыкания на землю (GFCI) и прерыватели цепей дугового замыкания (AFCI) хорошо известны в технике. GFCI предназначен для обнаружения замыкания на землю, которая представляет собой непреднамеренную проводящую дорожку между незаземленным токоведущим проводником и землей. Термин «замыкания на землю», в общем, включает в себя как «замыкания на землю», так и «замыкания на заземленную нейтраль». Замыкания на землю могут быть обнаружены путем дискретизации тока в чувствительной схеме на вторичной стороне трансформатора в течение указанного временного интервала и сравнения выборок с опорным значением. Дискретизация тока, как правило, осуществляется посредством ADC и предусматривает преобразование тока из непрерывного аналогового сигнала в цифровые данные. Замыкания на заземленную нейтраль могут быть обнаружены путем ввода тока в чувствительную схему в течение отдельного временного интервала, чтобы сформировать затухающий синусоидальный сигнал в чувствительной схеме, и затем дискретизации синусоидального сигнала, чтобы определить присутствие замыкания на заземленную нейтраль.

[0003] AFCI, с другой стороны, предназначен для обнаружения образования электрической дуги или дуговых замыканий. Дуговые замыкания обычно являются прерывистыми и не генерируют устойчивых токов достаточной величины, чтобы расцеплять обычный прерыватель цепи, так что входные сигналы, например, от полосовых фильтров, датчиков линейного тока и датчиков напряжения должны дискретизироваться с регулярными интервалами, чтобы обнаружить дуговое замыкание. В настоящее время существуют комбинированные прерыватели цепей дугового короткого замыкания (CAFI), которые могут обнаруживать как параллельное дугообразование (т.е. дугообразование между двумя проводниками или между проводником и землей), так и последовательное дугообразование (то есть дугообразование на разрыве в проводнике, таком как поврежденный электрический шнур).

[0004] Попытки интегрировать CAFI и GFCI в единый двух-функциональный прерыватель цепи CAFI/GFCI соответствуют потребностям со смешанными результатами. Это объясняется тем, что, как общее правило, стратегии проектирования акцентируются на использовании минимального количества компонентов, чтобы реализовать желательную функцию. Соответственно, большинство двух-функциональных прерывателей цепей используют микроконтроллер и один ADC, чтобы выполнять как дискретизацию замыкания на землю, так и дискретизацию дугового замыкания. Однако в то время как дискретизация замыкания на землю и дискретизация д замыкания на заземленную нейтраль могут иметь место в течение отдельных временных интервалов, дискретизация дугового замыкания может перекрываться как с дискретизацией замыкания на землю, так и дискретизацией замыкания на заземленную нейтраль. Такое перекрытие может создать конфликты, требующие строгих ограничений синхронизации, а также других мер предотвращения конфликтов в микроконтроллере.

[0005] В качестве примера, двух-функциональные прерыватели цепей используют комплексную схему, предусматривающую временное сегментирование, где микроконтроллер назначает доступ к ADC в соответствии с точным графиком для требуемых дискретизаций. В этой схеме, ADC совместно используется среди множества алгоритмов детектирования, каждый работает в своем собственном интервале детектирования, и для каждого требуется различные последовательности сигналов датчиков, подлежащих дискретизации. Множество вложенных по приоритету прерываний, таймеров и конечных автоматов требуется для управления хода выполнения программы в такой схеме, которая может сделать работу различных алгоритмов детектирования менее детерминированной и более трудной для подержания.

[0006] Соответственно, таким образом, необходим способ для минимизации или устранения конфликтов синхронизации и ресурсов в двух-функциональном прерывателе цепи CAFI/GFCI.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Раскрытые варианты осуществления обеспечивают способ и систему для выполнения обнаружения дугового замыкания и замыкания на землю в двух-функциональном прерывателе цепи CAFI/GFCI, который может минимизировать или исключать конфликты синхронизации и ресурсов. Способ и система обеспечивают двух-функциональный прерыватель цепи, который использует два отдельных ADC, один для выполнения дискретизации по отношению к обнаружению дугового замыкания и один для выполнения дискретизации по отношению к обнаружению замыкания на землю и замыкания на заземленную нейтраль. Каждый ADC работает независимо от другого ADC и может быть доступным для контроллера по мере необходимости, не создавая помех работе другого ADC. Такое одновременное использование нескольких ADC минимизирует или устраняет необходимость в сложном временном сегментировании или подобных схемах управления, тем самым освобождая контроллер для других операций и задач, связанных с обнаружением коротких замыканий.

[0008] В некоторых вариантах осуществления, ADC могут быть в форме индивидуальных модулей ADC, интегрированных или иным образом встроенных в контроллер, который может быть микроконтроллером, FPGA, ASIC и т.п. Каждый из модулей ADC может быть предназначен для дискретизации отдельного датчика короткого замыкания прерывателя цепи. Например, один модуль ADC может иметь свой входной канал, соединенный с датчиком дугового замыкания, в то время как другой модуль ADC может иметь свой входной канал, соединенный с датчиком замыкания на землю. Каждый модуль ADC может быть сконфигурирован, чтобы дискретизировать свой датчик с отличающейся частотой дискретизации, зависящей от потребностей соответствующих алгоритмов обнаружения. Это позволяет каждому модулю ADC работать независимо и параллельно с другим модулем ADC, тем самым обеспечивая большую гибкость для контроллера.

[0009] В некоторых вариантах осуществления, когда модуль ADC закончил дискретизацию своего датчика короткого замыкания согласно своей соответствующей частоте дискретизации, прерывание программного обеспечения может быть инициировано, чтобы сохранить цифровые данные, полученные в результате дискретизации, в буфере для последующего использования микроконтроллером. Альтернативно, в микроконтроллере может быть обеспечен модуль прямого доступа к памяти (DMA), который может непосредственно обращаться и получать результирующие цифровые данные из модулей ADC и сохранять данные для последующего использования микроконтроллером.

[0010] В вариантах осуществления, где каждый модуль ADC сконфигурирован, чтобы дискретизировать одиночный датчик замыкания на землю или дугового замыкания, модуль ADC может иметь один вход и один выход, как в случае однополюсного прерывателя цепи. В некоторых вариантах осуществления, однако, каждый модуль ADC может быть сконфигурирован, чтобы дискретизировать множество датчиков замыканий на землю или множество датчиков дуговых замыканий, как в случае многополюсного прерывателя цепей. В этих вариантах осуществления, каждый модуль ADC может иметь два или более входов и два или более выходов, которые используются (или не используются), как это необходимо. Также возможно, что имеется третий модуль ADC, например, чтобы разделять дискретизацию для замыканий на землю на отдельную дискретизацию для замыкания на землю и дискретизацию для замыкания на заземленную нейтраль, или чтобы выполнять некоторую другую операцию для поддержки однополюсного или многополюсного прерывателя цепей.

[0011] В некоторых вариантах осуществления, вместо модулей ADC, которые интегрированы или встроены в микроконтроллер, модули ADC могут быть предусмотрены в качестве отдельных компонентов, которые являются внешними по отношению к микроконтроллеру. При их использовании, в этих вариантах осуществления, внешние модули ADC могут взаимодействовать или иным образом осуществлять связь с модулем DMA вместо микроконтролера. Альтернативно, также может использоваться комбинация интегрированных и внешних модулей ADC.

[0012] В общем, в одном аспекте, варианты осуществления, раскрытые здесь, относятся к двух-функциональному прерывателю цепи, который содержит первый модуль ADC, доступный контроллеру и сконфигурированный для выполнения дискретизации сигнала дугового замыкания, и второй модуль ADC, доступный контроллеру и сконфигурированный для выполнения дискретизации сигнала замыкания на землю. Двух-функциональный прерыватель цепи также содержит датчик дугового замыкания, сконфигурированный для предоставления сигнала дугового замыкания на первый модуль ADC, и датчик замыкания на землю, сконфигурированный для предоставления сигнала замыкания на землю на второй модуль ADC. Контроллер запрограммирован для доступа к первому модулю ADC и второму модулю ADC независимо друг от друга, чтобы получать данные для обнаружения дуговых замыканий и замыканий на землю, соответственно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Вышеуказанные и другие аспекты раскрытых вариантов осуществления поясняются в последующем детальном описании со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

[0014] Фиг. 1 – примерная блок-схема двух-функционального прерывателя цепи в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми здесь;

[0015] Фиг. 2 - примерная диаграмма синхронизации для двух-функционального прерывателя цепи в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми здесь;

[0016] Фиг. 3 – примерная блок-схема альтернативного двух-функционального прерывателя цепи в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми здесь;

[0017] Фиг. 4 – примерная блок-схема другого альтернативного двух-функционального прерывателя цепи в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми здесь;

[0018] Фиг. 5 – примерная блок-схема еще одного альтернативного двух-функционального прерывателя цепи в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми здесь; и

[0019] Фиг. 6 – примерная блок-схема последовательности операций для выполнения обнаружения дугового замыкания, обнаружения замыкания на землю и обнаружения замыкания на заземленную нейтраль в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми здесь.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ РАСКРЫТЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0020] В качестве отправной точки, должно быть понятно, что разработка действительного, реального коммерческого применения, включающего в себя аспекты раскрытых вариантов осуществления, потребует многих специфических для реализации решений, чтобы достичь поставленную разработчиком конечную цель для коммерческого воплощения. Такие специфические для реализации решения могут включать в себя и, вероятно, не ограничены соответствием системным ограничениям, бизнес-ограничениям, законодательным и другим ограничениям, которые могут варьироваться в зависимости от конкретной реализации, местоположения и с течением времени. В то время как усилия разработчика могут быть сложными и сопряженными с затратами времени в абсолютном смысле, такие усилия, тем не менее, являются рутинной деятельностью, предпринимаемой специалистами в данной области техники, пользующимися выгодой от настоящего раскрытия.

[0021] Также следует иметь в виду, что раскрытые и описанные варианты осуществления могут подвергаться многочисленным и разнообразным модификациям и иметь альтернативные формы. Таким образом, использование указания единственного числа не предполагается ограничительным по количеству элементов. Аналогичным образом, любые термины относительного характера, такие как, без ограничения указанным, «верх», «низ», «левый», «правый», «верхний», «нижний», «вниз», «вверх», «сбоку» и т.п., используемые в настоящем описании, применяются только для ясности в конкретной ссылке на чертежи и не предназначаются для ограничения объема изобретения.

[0022] Со ссылкой на фиг. 1, основанный на микроконтроллере двух-функциональный прерыватель цепи CAFI/GFCI 100 показан в форме блок-схемы, в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми здесь. Прерыватель 100 цепи, показанный здесь, представляет собой однополюсный прерыватель цепи, но специалистам в данной области техники должно быть понятно, что принципы, раскрытые здесь, также применимы к многополюсному прерывателю цепи. Как упоминалось выше, двух-функциональный прерыватель цепи 100 способен обнаруживать как замыкания на землю, так и дугового замыкания, без взаимных помех или конфликтов ресурсов, поскольку он использует по меньшей мере два модуля ADC, один для выполнения дискретизации для замыканий на землю и один для выполнения дискретизации для дуговых замыканий, как дополнительно описано ниже. Два модуля ADC позволяют прерывателю 100 цепи планировать дискретизацию для обнаружения замыканий на землю отдельно и независимо от дискретизации для обнаружения дуговых замыканий. Это помогает прерывателю 100 цепи избегать необходимости в реализации сложного временного сегментирования и подобных схем управления, тем самым освобождая внутренние ресурсы для других операций и действий, связанных с обнаружением коротких замыканий.

[0023] Как показано на фиг. 1, двух-функциональный прерыватель 100 цепи может состоять из ряда функциональных компонентов, представленных здесь индивидуальными блоками. Каждый блок может, разумеется, быть разделен на несколько составляющих блоков, или два или более блоков могут быть объединены в один блок, без отклонения от объема раскрытых вариантов осуществления. В этом варианте осуществления, двух-функциональный прерыватель 100 цепи может включать в себя трансформатор 102 тока замыкания на землю, схему 104 формирования сигнала определения замыкания на землю и схему 106 тестирования, которая может представлять собой схему включения для тестирования, выполненную с возможностью обеспечения нагрузки и ступенчатого сигнала для целей тестирования. Это компоненты совместно образуют схему 108 определения замыкания на землю, действующую как датчик замыкания на землю при выполнении, как показано. Также показаны датчик 110 тока, один или более полосовых фильтров 112, интегратор 114 и датчик 116 линейного напряжения. Эти компоненты совместно образуют схему 118 определения дугового замыкания, действующую как датчик дугового замыкания, при компоновке, как показано.

[0024] Использование вышеуказанных компонентов для обнаружения замыкания на землю и дугового замыкания хорошо известно в технике и поэтому ниже будет представлено описание высокого уровня их конкретных функций. При обычном функционировании, контроллер 120 в двух-функциональном прерывателе 100 цепи принимает сигналы от схемы 108 определения замыкания на землю и схемы 118 определения дугового замыкания, чтобы обнаруживать соответственно замыкания на землю и дугового замыкания. Контроллер 120 может быть любым подходящим контроллером, известным специалистам в данной области техники, включая PIC16LF1554/9, PIC24FJ32GA002 или подобный микроконтроллер от Microchip Technology Inc., а также процессором цифровых сигналов (DSP), устройством ASIC и т.п.

[0025] Для того чтобы микроконтроллер 120 обрабатывал сигналы от схемы 108 определения замыкания на землю и схемы 118 определения дугового замыкания, сигналы должны быть сначала преобразованы из непрерывных аналоговых сигналов в дискретные цифровые данные. В соответствии с раскрытыми вариантами осуществления, прерыватель 100 цепи, в противоположность интуитивному подходу (и в противоположность превалирующим промышленным стратегиям проектирования), использует по меньшей мере два специализированных модуля ADC 122 (ADC 1) и 124 (ADC 2), чтобы принимать и преобразовывать сигналы от схемы 108 определения замыкания на землю и схемы 118 определения дугового замыкания, соответственно, из аналоговых сигналов в цифровые сигналы. Один из модулей ADC 122 или 124 может быть встроен в микроконтроллер 120, в то время как другой модуль ADC 122 или 124 может быть внешним относительно микроконтроллера 120. Альтернативно, как будет описано ниже, оба модуля ADC 122 и 124 могут быть встроены в микроконтроллер 120 или оба могут быть внешними по отношению к микроконтроллеру 120.

[0026] В любом случае, модули ADC 122 и 124 предназначены для преобразования аналоговых сигналов в цифровые данные и затем предоставления данных в блок 126 обнаружения дугового замыкания и замыкания на землю в микроконтроллере 120 для дальнейшей обработки и обнаружения короткого замыкания. В варианте осуществления, показанном здесь, первый модуль ADC 122 (ADC 1) сконфигурирован, чтобы дискретизировать и преобразовывать сигналы замыканий на землю в цифровые данные, а второй модуль ADC 124 (ADC 2) сконфигурирован, чтобы дискретизировать и преобразовывать сигналы дуговых замыканий в цифровые данные. В альтернативных вариантах осуществления, роли двух модулей ADC 122 и 124 могут быть взаимно обратными. Блок 126 обнаружения дугового замыкания и замыкания на землю обнаруживает, возникла ли дуговое замыкание, замыкания на землю или замыкания на заземленную нейтраль, на основе цифровых данных с модулей ADC 122 и 124, соответственно, и соответствующим образом активирует прерывание тока или схему 128 размыкания. Обнаружения коротких замыканий могут быть синхронизированы или инициированы сигналом перехода через нуль от детектора 130 перехода через нуль линейного напряжения, который детектирует переход через нуль переменного тока (АС), производимый питающей линией (явно не показана).

[0027] Другие компоненты, которые могут присутствовать в прерывателе 100 цепи, включают в себя компаратор 132 в микроконтроллере 120, который принимает сигнал от схемы 108 определения замыкания на землю и сравнивает его с программируемым опорным напряжением 134 (Vref) в целях тестирования датчика замыкания на землю. А также микроконтроллер 120 может включать в себя один или более таймеров 136 для отслеживания времени и для управления периферийными устройствами по мере необходимости, модуль 138 входного захвата для обеспечения временных меток, как запускается компаратором 132, один или несколько модулей 140 выходного сравнения для автоматизации тестирования датчика замыкания на землю, и блок управления 142 тестированием датчика замыкания на землю для управления синхронизацией ступенчатого сигнала, который может быть приложен к схеме 104 формирования сигнала замыкания на землю, посредством схемы 106 тестирования.

[0028] Использование двух модулей ADC с одним микроконтроллером, хотя и не традиционное, обеспечивает некоторые преимущества по сравнению с более общепринятыми решениями, такими как решение с одним микроконтроллером/одним ADC. Например, наличие двух модулей ADC обеспечивает намного большую гибкость по отношению к частоте дискретизации для сигналов от схемы 108 определения замыкания на землю и схемы 118 определения дугового замыкания. В случае решения с одним ADC, должно быть реализовано временное сегментирование, что ограничивает частоту дискретизации для каждого сигнала до малого диапазона возможных частот, которые совместимы с частотой дискретизации другого сигнала, чтобы обеспечить возможность временного сегментирования ресурса ADC. Однако, в случае подхода с двойным ADC, дискретизация сигналов от схемы 108 определения замыкания на землю и схемы 118 определения дугового замыкания может иметь место независимо и параллельно, что позволяет одну или обе частоты дискретизации выбирать более высокой или низкой по сравнению с решением с одним ADC.

[0029] Наличие двух специализированных модулей ADC, таким образом, дает программисту больше свободы действий в аспекте проектирования и функциональности алгоритмов обнаружения замыкания на землю и дугового замыкания. Например, два модуля ADC обеспечивают возможность разбиения в большей степени и разделения алгоритмов обнаружения замыкания на землю и дугового замыкания в программно-аппаратных средствах микроконтроллера 120, что может обеспечить большую надежность и удобство эксплуатации программно-аппаратных средств. В противоположность этому, решение с одним микроконтроллером/одним ADC может создавать дополнительные сложности в проектировании продукта, что обусловлено схемой временного сегментирования, упомянутой выше, и другими конфликтами совместно использования ресурсов.

[0030] Кроме того, наличие по меньшей мере двух модулей ADC снижает общее использование микроконтроллера, так как микроконтроллер 120 в противном случае потребовал бы реконфигурирования единственного ADC для различных схем дискретизации в зависимости от того, должен ли дискретизироваться сигнал датчика замыкания на землю или сигнал датчика дугового замыкания, как это было бы в случае решения с одним микроконтроллером/одним ADC. Аналогичным образом, использование независимых частот дискретизации для каждого модуля ADC может также улучшить общее потребление мощности и снизить тепловой выход в прерывателе 100 цепи. Например, один модуль ADC может отключаться или переводиться в дежурный режим после того, как дискретизация окончена, не влияя на функционирование другого модуля ADC. Когда другой модуль ADC закончил дискретизацию, он, по всей вероятности, может быть отключен или переведен в дежурный режим в тот же момент на некоторый промежуток времени. А также один или оба модуля ADC могут быть отключены или переведены в дежурный режим на длительный период времени и, таким образом, потребляют меньше мощности в целом по сравнению с решением с одним микроконтроллером/одним ADC, где один ADC выполняет всю дискретизацию.

[0031] Использование по меньшей мере двух модулей ADC, в частности, с одним микроконтроллером, также обеспечивает избыточность в дискретизации. Например, в некоторых вариантах осуществления, может быть желательным конфигурировать оба модуля ADC для дискретизации того же самого сигнала или сигналов датчика короткого замыкания в целях обнаружения короткого замыкания в одном из модулей ADC. В этих вариантах осуществления дискретизация может выполняться на том же самом сигнале датчика замыкания на землю обоими модулями ADC по существу в то же самое время. Результаты с модулей ADC могут затем сравниваться для определения, имеются ли потенциальные проблемы, внутренние для каждого из модулей ADC. Такая избыточная дискретизация была бы невозможна в решении с одним микроконтроллером/одним ADC.

[0032] На фиг. 2 показаны две диаграммы 200 и 202 синхронизации, иллюстрирующие некоторые преимущества использования двух модулей ADC 122 и 124. Каждая диаграмма 200 и 202 синхронизации синхронизируется или инициируется сигналом прерывания перехода через нуль («ZX-прерывание»), который может выдаваться детектором 130 перехода через нуль (см. фиг. 1) на основе детектирования перехода через нуль питающей линии. Каждая диаграмма 200 и 202 синхронизации также сегментирована на ряд интервалов дискретизации, интервал 1 дискретизации и интервал 2 дискретизации, соответственно, в пределах которых выполняется дискретизация соответствующим модулем ADC 122 и 124. Длины интервалов синхронизации определены сигналами прерывания таймера, прерывание TMR 1 и прерывание TMR 2, соответственно, которые могут быть выданы одним или несколькими таймерами 134 на основе конкретной частоты дискретизации, используемой для каждого модуля ADC 122 и 124.

[0033] Как можно видеть, каждый модуль ADC 122 или 124 может иметь интервал дискретизации, который является независимым (т.е. длиннее, короче, такой же) от интервала дискретизации другого модуля ADC 122 или 124. Кроме того, каждый модуль ADC 122 или 124 может иметь длительность дискретизации, длительность 1 дискретизации и длительность 2 дискретизации, которая является независимой (т.е. длиннее, короче, такой же) от длительности дискретизации другого модуля ADC 122 или 124. Это позволяет модулям ADC 122 и 124 работать одновременно и параллельно друг с другом и малым риском взаимных помех или конфликтов совместного использования ресурсов. Следовательно, микроконтроллер 120 может получать доступ и управлять каждым модулем ADC 122 или 124 независимо (т.е. перед, после, одновременно) от другого модуля ADC 122 или 124 с малым риском взаимных помех или конфликтов совместного использования ресурсов. Например, микроконтроллер 120 может реконфигурировать различные параметры каждого модуля ADC независимо от другого модуля ADC, включая частоту дискретизации, разрешение данных, формат данных, опорное напряжение, конфигурацию канала, конфигурацию DMA и т.п. Аналогичным образом, микроконтроллер 120 может получать данные от каждого модуля ADC (т.е. считывать один или несколько регистров в нем) независимо от другого модуля ADC. Аналогичным образом, микроконтроллер 120 может запускать и останавливать каждый модуль ADC и/или обслуживать любые прерывания от каждого модуля ADC независимо от другого модуля ADC.

[0034] В приведенных выше вариантах осуществления, один модуль ADC 122 встроен в микроконтроллер 120, в то время как другой модуль ADC 124 является внешним относительно микроконтроллера 120. Фиг. 3 изображает альтернативный прерыватель 300 цепи, в котором оба модуля ADC могут быть выстроены в микроконтроллер 320. Как можно видеть, прерыватель 300 цепи в остальном такой же, как прерыватель 100 цепи по фиг. 1, за исключением того, что два модуля ADC 302 и 304 встроены в микроконтроллер 320. Наличие обоих модулей ADC 302 и 304, встроенных в микроконтроллер 320, является предпочтительным в том, что модули ADC302 и 304 не занимают места на плате печатной схемы.

[0035] Фиг. 4 иллюстрирует другой альтернативный прерыватель 400 цепи, в котором для доступа к модулям ADC может быть использован модуль прямого доступа к памяти (DMA). Как показано здесь, прерыватель 400 цепи в остальном является таким же, что и прерыватель 300 цепи по фиг. 3, если имеется два модуля ADC 402 и 404, встроенных в микроконтроллер 402. Однако здесь микроконтроллер 420 может включать в себя встроенный модуль DMA 406, который может непосредственно обращаться к модулям ADC 402 и 404 и сохранять результирующие данные для последующего использования микроконтроллером 420. Наличие модуля DMA 406 освобождает микроконтроллер 420, чтобы выполнять другие задачи в прерывателе 400 цепи, вместо доступа к модулям ADC 402 и 404.

[0036] Фиг. 5 иллюстрирует еще один альтернативный прерыватель 500 цепи, в котором модуль DMA может быть использован для доступа к модулям ADC. В этом варианте осуществления, однако, имеется два внешних модуля ADC 502 и 504, вместо встроенного модуля ADC, в микроконтроллере 520. Модуль DMA 506, встроенный в микроконтроллер 520, может тогда использоваться для доступа к этим внешним модулям ADC 502 и 504. Также может иметься опциональный третий модуль ADC 508 (ADC 3), встроенный в микроконтроллер 520, например, чтобы разделять дискретизацию для замыканий на землю на отдельную дискретизацию для замыкания на землю и дискретизацию замыкания на заземленную нейтраль, или чтобы выполнять некоторую другую операцию для поддержки однополюсного или многополюсного прерывателя цепей.

[0037] В описанных выше вариантах осуществления, каждый из двух или более модулей ADC сконфигурирован, чтобы дискретизировать одиночный датчик замыкания на землю или дугового замыкания, так что каждый модуль ADC может иметь один вход и один выход, как это может иметь место с однополюсным прерывателем цепи. Примеры таких модулей ADC с одним входом/одним выходом могут включать в себя автономные ADC MCP3001 и MCP3201 от Microchip Technology, Inc. В некоторых вариантах осуществления, однако, каждый из двух или более модулей ADC может быть сконфигурирован, чтобы дискретизировать множество датчиков замыканий на землю или множество датчиков дуговых замыканий, как это может иметь место в случае многополюсного прерывателя цепей. В этих последних вариантах осуществления, каждый модуль ADC может иметь два или более входов и два или более выходов, которые используются (или не используются) по мере необходимости. Примеры таких модулей ADC с множеством входов/множеством выходов могут включать в себя автономный ADC MCP3X02/4/8, также от Microchip Technology, Inc. А также, PIC16LF1554/9, PIC24FJ32GA002 или подобные микроконтроллеры от того же изготовителя имеют один или более встроенных модулей ADC, которые могут избирательно приводиться в действие как модули ADC с одним входом/одним выходом или с множеством входов/множеством выходов.

[0038] Таким образом, ряд конкретных реализаций был описан для двух-функционального прерывателя цепи в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми здесь. Далее, со ссылкой на фиг. 6 описаны общие принципы в форме блок-схемы 600 последовательности действий, которая может быть использована для реализации одного или более из этих вариантов осуществления. Блок-схема 600 последовательности действий, в общем, начинается в блоке 602, где детектируется переход через нуль питающей линии. Этот перехода через нуль инициирует два параллельных процесса дискретизации, процесс дискретизации для дугового замыкания и процесс дискретизации для замыкания на землю. Как описано выше, каждый процесс дискретизации может происходить независимо от другого процесса дискретизации, поскольку каждый процесс дискретизации использует модуль ADC, отдельный от другого процесса дискретизации.

[0039] Таким образом, в одном процессе, в блоке 604 выполняется дискретизация сигнала датчика дугового замыкания с использованием одного из модулей ADC. В блоке 606 выполняется определение, произошла ли дуговое замыкание, на основе дискретизации сигнала датчика дугового замыкания. Если результатом определения является «да», то в блоке 608 цепь прерывается. Если результатом определения является «нет», то блок-схема 600 последовательности действий возвращается к блоку 602, чтобы ожидать другого перехода через нуль питающей линии.

[0040] Параллельно, но независимо от вышеописанного процесса дискретизации, в блоке 610 берутся выборки сигнала датчика замыкания на заземленную нейтраль. В блоке 612 выполняется определение, произошла ли замыкания на заземленную нейтраль, на основе дискретизации сигнала датчика замыкания на заземленную нейтраль. Если результатом определения является «да», то в блоке 618 цепь прерывается. Если результатом определения является «нет», то в блоке 614 выполняется дискретизация сигнала датчика замыкания на землю. В блоке 615 выполняется определение, произошла ли замыкания на землю, на основе сигнала датчика замыкания на землю. Если результатом определения является «да», то в блоке 618 цепь вновь прерывается. Если результатом определения является «нет», то блок-схема 600 последовательности действий возвращается к блоку 602, чтобы ожидать другого перехода через нуль питающей линии.

[0041] В то время как конкретные аспекты, реализации и применения настоящего раскрытия были проиллюстрированы и описаны выше, должно быть понятно, что настоящее раскрытие не ограничено точной конструкцией и составом, раскрытыми здесь, и что различные модификации, изменения и варианты могут быть очевидны из предшествующего описания без отклонения от объема раскрытых вариантов осуществления, как определено в приложенной формуле изобретения.

Использование: в области электротехники. Технический результат – устранение конфликтов синхронизации и ресурсов в двухфункциональном прерывателе цепи CAFI/GFCI. Способ и система для выполнения обнаружения дугового замыкания и замыкания на землю в двухфункциональном прерывателе цепи CAFI/GFCI использует два аналого-цифровых преобразователя (ADC), один для выполнения дискретизации дугового замыкания и один для выполнения дискретизации замыкания на землю. Каждый ADC работает независимо от другого ADC и может быть доступным в микроконтроллерe по мере необходимости, не создавая помех работе другого ADC. Такое одновременное использование нескольких ADC минимизирует или устраняет необходимость в сложном временном сегментировании или подобных схемах управления, тем самым освобождая микроконтроллер для других операций и задач, связанных с обнаружением короткого замыкания. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Двухфункциональный прерыватель цепи, содержащий:

контроллер, запрограммированный для обнаружения дуговых замыканий и замыканий на землю;

первый модуль ADC, доступный контроллеру и сконфигурированный для выполнения дискретизации сигнала дугового замыкания;

второй модуль ADC, доступный контроллеру и сконфигурированный для выполнения дискретизации сигнала замыкания на землю;

датчик дугового замыкания, сконфигурированный для предоставления сигнала дугового замыкания на первый модуль ADC; и

датчик замыкания на землю, сконфигурированный для предоставления сигнала замыкания на землю на второй модуль ADC;

при этом контроллер запрограммирован для доступа к первому модулю ADC и второму модулю ADC независимо друг от друга для получения данных для обнаружения соответственно дуговых замыканий и замыканий на землю.

2. Двухфункциональный прерыватель цепи по п. 1, дополнительно содержащий модуль прямого доступа к памяти (DMA), причем контроллер сконфигурирован для получения данных от первого модуля ADC и второго модуля ADC через модуль DMA.

3. Двухфункциональный прерыватель цепи по п. 1, в котором первый модуль ADC и второй модуль ADC являются модулями ADC с одним входом и одним выходом.

4. Двухфункциональный прерыватель цепи по п. 1, в котором первый модуль ADC и второй модуль ADC являются модулями ADC с множеством входов и множеством выходов.

5. Двухфункциональный прерыватель цепи по п. 1, в котором прерыватель цепи является двухфункциональным прерывателем цепи CAFI/GFCI.

6. Двухфункциональный прерыватель цепи по п. 1, в котором первый модуль ADC выполняет дискретизацию с использованием частоты дискретизации, отличающейся от частоты дискретизации второго модуля ADC.

7. Двухфункциональный прерыватель цепи по п. 1, в котором первый модуль ADC выполняет дискретизацию с использованием длительности дискретизации, отличающейся от длительности дискретизации второго модуля ADC.

8. Двухфункциональный прерыватель цепи по п. 1, в котором дискретизация сигнала замыкания на землю содержит дискретизацию сигнала замыкания на землю и дискретизацию сигнала замыкания на заземленную нейтраль.

9. Двухфункциональный прерыватель цепи по п. 1, в котором первый модуль ADC и второй модуль ADC сконфигурированы, каждый, чтобы отключаться или переводиться в дежурный режим независимо друг от друга после завершения дискретизации.

10. Двухфункциональный прерыватель цепи по п. 9, в котором первый модуль ADC и второй модуль ADC выполнены с возможностью отключения или перевода в дежурный режим в одно и то же время.

11. Двухфункциональный прерыватель цепи по п. 1, в котором первый модуль ADC дополнительно сконфигурирован для обеспечения избыточной дискретизации сигнала дугового замыкания.

12. Двухфункциональный прерыватель цепи по п. 1, в котором второй модуль ADC дополнительно сконфигурирован для обеспечения избыточной дискретизации сигнала замыкания на землю.