(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024149640
(43)【公開日】2024-10-18
(54)【発明の名称】インテリジェント回路遮断器
(51)【国際特許分類】
H02H 3/08 20060101AFI20241010BHJP
H02J 13/00 20060101ALI20241010BHJP
【ＦＩ】
H02H3/08 D
H02J13/00 311A
H02J13/00 301A
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024126082
(22)【出願日】2024-08-01
(62)【分割の表示】P 2021569078の分割
【原出願日】2020-05-18
(31)【優先権主張番号】16/720,583
(32)【優先日】2019-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/720,533
(32)【優先日】2019-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/720,446
(32)【優先日】2019-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/849,847
(32)【優先日】2019-05-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/720,485
(32)【優先日】2019-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/720,506
(32)【優先日】2019-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】521506869
【氏名又は名称】アンバー セミコンダクター，インク．
(74)【代理人】
【識別番号】100094112
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 讓
(74)【代理人】
【識別番号】100106183
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 弘司
(74)【代理人】
【識別番号】100114915
【弁理士】
【氏名又は名称】三村 治彦
(74)【代理人】
【識別番号】100125139
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100209808
【弁理士】
【氏名又は名称】三宅 高志
(72)【発明者】
【氏名】テレフス，マーク
(72)【発明者】
【氏名】ガーバー，スティーブン，シー．
(72)【発明者】
【氏名】ベイカー，ダモン，エム．
(72)【発明者】
【氏名】アルトン，ケニス，デー．
(72)【発明者】
【氏名】マクスウェル，グラム，エル．
(72)【発明者】
【氏名】ブルクハート，ティモシィ，デー．
(72)【発明者】
【氏名】トステンソン，デイヴィッド，ジェイ．
(57)【要約】
【課題】信頼性の高い回路遮断器を提供する。
【解決手段】
回路遮断器は、電気機械スイッチ、電流センサ、電圧センサ、およびプロセッサを含む。電気機械スイッチは、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、スイッチ閉鎖状態またはスイッチ開放状態にされるように構成されている。電流センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成されている。電圧センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成されている。プロセッサは、電流検知信号および電圧検知信号を受信し、処理して、回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、かつ負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成されている。
【選択図】図３Ｂ
【解決手段】
回路遮断器は、電気機械スイッチ、電流センサ、電圧センサ、およびプロセッサを含む。電気機械スイッチは、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、スイッチ閉鎖状態またはスイッチ開放状態にされるように構成されている。電流センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成されている。電圧センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成されている。プロセッサは、電流検知信号および電圧検知信号を受信し、処理して、回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、かつ負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成されている。
【選択図】図３Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回路遮断器であって、
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、（ｉ）スイッチ閉鎖状態および（ｉｉ）スイッチ開放状態のうちの１つにされるように構成された、電気機械スイッチと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、
前記電流検知信号および前記電圧検知信号を受信し、処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、かつ前記負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、を備える、回路遮断器。
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、（ｉ）スイッチ閉鎖状態および（ｉｉ）スイッチ開放状態のうちの１つにされるように構成された、電気機械スイッチと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、
前記電流検知信号および前記電圧検知信号を受信し、処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、かつ前記負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、を備える、回路遮断器。
【請求項2】
前記プロセッサに結合された無線周波数送受信機をさらに備え、無線周波数送受信機が、前記動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送するように、かつ前記プロセッサによって処理するために前記リモートコンピューティングノードから伝送されたリモート制御コマンドを受信するように構成されている、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項3】
前記電圧センサが、
前記電気機械スイッチの上流の前記電路に結合されており、電源入力端子に印加されたＡＣ供給電圧の大きさを検知するように構成された、第１の電圧センサと、
前記電気機械スイッチの下流の前記電路に結合されており、前記負荷出力端子に接続された負荷の負荷電圧の大きさを検知するように構成された、第２の電圧センサと、を備える、請求項１に記載の回路遮断器。
前記電気機械スイッチの上流の前記電路に結合されており、電源入力端子に印加されたＡＣ供給電圧の大きさを検知するように構成された、第１の電圧センサと、
前記電気機械スイッチの下流の前記電路に結合されており、前記負荷出力端子に接続された負荷の負荷電圧の大きさを検知するように構成された、第２の電圧センサと、を備える、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項4】
前記電流センサが、過電流状態を検出し、前記検出された過電流状態を示す制御信号を生成し、前記制御信号を前記プロセッサに出力して、前記プロセッサに前記過電流状態を通知するように構成されている回路機構を備える、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項5】
前記電流センサが、プログラム可能な過電流閾値に基づいて前記過電流状態を検出する、請求項４に記載の回路遮断器。
【請求項6】
前記過電流閾値が、電流デジタルアナログ変換器によって生成され、かつ前記電流センサの比較器の入力に印加される基準閾値電流を含む、請求項５に記載の回路遮断器。
【請求項7】
前記電気機械スイッチが、エアギャップ電磁スイッチを含む、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項8】
前記プロセッサが、差し迫った障害事象を示すセンサデータに応答して前記エアギャップ電磁スイッチを開放させるためのスイッチ制御信号を生成する、請求項７に記載の回路遮断器。
【請求項9】
前記プロセッサから出力されたスイッチ制御信号に応答して前記回路遮断器内に内部短絡を生成するように構成されている内部短絡スイッチをさらに備え、前記内部短絡が、（ｉ）前記電気機械スイッチをトリップさせること、および（ｉｉ）前記回路遮断器のヒューズを溶断させることのうちの１つのために生成される、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項10】
前記電流センサが、エネルギーメータリング回路機構を備え、前記エネルギーメータリング回路機構が、前記回路遮断器を流れる検知された電流に基づいてエネルギー使用データを生成し、かつ前記エネルギー使用データを分析のために前記プロセッサに出力するように構成されている、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項11】
前記プロセッサが、電流センサデータおよび電圧センサデータを利用して、前記回路遮断器に接続された負荷のタイプを識別し、かつ前記識別された負荷のタイプに基づいて、前記負荷に印加される電力を制御するように、構成されている、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項12】
電源入力端子に印加された交流（ＡＣ）供給電圧から直流（ＤＣ）供給電圧を生成するように構成された電力変換器回路をさらに備え、前記ＤＣ供給電圧が、前記プロセッサ、前記電流センサ、および前記電圧センサにＤＣ電力を供給するために利用される、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項13】
方法であって、
外部電源と負荷を含む分岐回路との間に回路遮断器を接続することであって、前記回路遮断器が、（ｉ）前記外部電源を前記分岐回路に接続するためのスイッチ閉鎖状態、および（ｉｉ）前記外部電源を前記分岐回路から切断するためのスイッチ開放状態、のうちの１つにされるように構成されている電気機械スイッチを備える、接続することと、
前記回路遮断器を通る電流の流れを検知し、前記回路遮断器を通る前記検知された電流の流れの大きさを示す電流検知信号を生成することと、
前記回路遮断器を通る電路上の点における電圧を検知し、前記検知された電圧の大きさを示す電圧検知信号を生成することと、
前記電流検知信号および前記電圧検知信号を処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、前記負荷の電力使用情報を判定することと、を含む、方法。
外部電源と負荷を含む分岐回路との間に回路遮断器を接続することであって、前記回路遮断器が、（ｉ）前記外部電源を前記分岐回路に接続するためのスイッチ閉鎖状態、および（ｉｉ）前記外部電源を前記分岐回路から切断するためのスイッチ開放状態、のうちの１つにされるように構成されている電気機械スイッチを備える、接続することと、
前記回路遮断器を通る電流の流れを検知し、前記回路遮断器を通る前記検知された電流の流れの大きさを示す電流検知信号を生成することと、
前記回路遮断器を通る電路上の点における電圧を検知し、前記検知された電圧の大きさを示す電圧検知信号を生成することと、
前記電流検知信号および前記電圧検知信号を処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、前記負荷の電力使用情報を判定することと、を含む、方法。
【請求項14】
前記回路遮断器によって、前記動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送することと、
前記回路遮断器によって、前記リモートコンピューティングノードから伝送されたリモート制御コマンドを受信することと、をさらに含み、
前記動作ステータス情報が、無線通信チャネルおよび有線通信チャネルのうちの少なくとも１つで伝送され、
前記リモートコンピューティングノードが、マスタコントローラを備える、請求項１３に記載の方法。
前記回路遮断器によって、前記リモートコンピューティングノードから伝送されたリモート制御コマンドを受信することと、をさらに含み、
前記動作ステータス情報が、無線通信チャネルおよび有線通信チャネルのうちの少なくとも１つで伝送され、
前記リモートコンピューティングノードが、マスタコントローラを備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記回路遮断器を通る前記電流の流れを検知することが、過電流状態を検出することと、前記検出された過電流状態を示す制御信号を生成することと、前記制御信号を前記回路遮断器のプロセッサに出力して、前記プロセッサに前記過電流状態を通知することと、を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項16】
前記過電流状態が、プログラム可能な過電流閾値に基づいて検出される、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
電流デジタルアナログ変換器を使用して基準閾値電流を生成することをさらに含み、前記基準閾値電流が、前記プログラム可能な過電流閾値として機能する、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記電気機械スイッチが、エアギャップ電磁スイッチを含み、前記方法が、前記エアギャップ電磁スイッチを、差し迫った障害事象を示す前記検知された電圧および検知された電流のうちの少なくとも１つに応答して開放させるためのスイッチ制御信号を生成することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項19】
システムであって、
外部電源に結合されたバスバーを備える回路遮断器分電盤と、
前記回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備え、前記回路遮断器が、前記バスバーに結合された線路入力端子と、分岐回路に接続された負荷出力端子と、を備え、前記回路遮断器が、
（ｉ）前記外部電源を前記分岐回路に接続するためのスイッチ閉鎖状態、および（ｉｉ）前記外部電源を前記分岐回路から切断するためのスイッチ開放状態、のうちの１つにされるように構成されている電気機械スイッチと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、
前記電流検知信号および前記電圧検知信号を受信し、処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、かつ前記負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、を備える、システム。
外部電源に結合されたバスバーを備える回路遮断器分電盤と、
前記回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備え、前記回路遮断器が、前記バスバーに結合された線路入力端子と、分岐回路に接続された負荷出力端子と、を備え、前記回路遮断器が、
（ｉ）前記外部電源を前記分岐回路に接続するためのスイッチ閉鎖状態、および（ｉｉ）前記外部電源を前記分岐回路から切断するためのスイッチ開放状態、のうちの１つにされるように構成されている電気機械スイッチと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、
前記電流検知信号および前記電圧検知信号を受信し、処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、かつ前記負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、を備える、システム。
【請求項20】
ディスプレイおよびマスタプロセッサを備えるステータス表示システムをさらに備え、
前記マスタプロセッサが、前記回路遮断器の前記プロセッサと通信して、前記回路遮断器の前記プロセッサから受信された前記動作ステータス情報および電力使用情報を取得し、処理し、かつ表示するように構成されており、前記マスタプロセッサが、前記動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送するように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
前記マスタプロセッサが、前記回路遮断器の前記プロセッサと通信して、前記回路遮断器の前記プロセッサから受信された前記動作ステータス情報および電力使用情報を取得し、処理し、かつ表示するように構成されており、前記マスタプロセッサが、前記動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送するように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項21】
回路遮断器であって、
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、かつ（ｉ）スイッチオン状態および（ｉｉ）スイッチオフ状態のうちの１つにされるように構成された、固体双方向スイッチと、
前記固体双方向スイッチの動作を制御するための制御信号を生成するように構成された、第１のスイッチ制御回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、
前記電流検知信号および電圧検知信号を受信し、処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定するように、かつ障害事象を判定するように、かつ前記負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、を備える、回路遮断器。
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、かつ（ｉ）スイッチオン状態および（ｉｉ）スイッチオフ状態のうちの１つにされるように構成された、固体双方向スイッチと、
前記固体双方向スイッチの動作を制御するための制御信号を生成するように構成された、第１のスイッチ制御回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、
前記電流検知信号および電圧検知信号を受信し、処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定するように、かつ障害事象を判定するように、かつ前記負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、を備える、回路遮断器。
【請求項22】
前記プロセッサに結合された無線周波数送受信機をさらに備え、無線周波数送受信機が、前記動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送するように、かつ前記リモート制御コマンドによって指示されたアクションを実行するように前記プロセッサによって処理するために前記リモートコンピューティングノードから伝送されたリモート制御コマンドを受信するように構成されている、請求項２１に記載の回路遮断器。
【請求項23】
前記電圧センサが、
前記電気機械スイッチの上流の前記電路に結合されており、前記電力入力端子に印加された前記ＡＣ供給電圧の大きさを検知するように構成された、第１の電圧センサと、
前記電気機械スイッチの下流の前記電路に結合されており、前記負荷出力端子に接続された負荷の負荷電圧の大きさを検知するように構成された、第２の電圧センサと、を備える、請求項２１に記載の回路遮断器。
前記電気機械スイッチの上流の前記電路に結合されており、前記電力入力端子に印加された前記ＡＣ供給電圧の大きさを検知するように構成された、第１の電圧センサと、
前記電気機械スイッチの下流の前記電路に結合されており、前記負荷出力端子に接続された負荷の負荷電圧の大きさを検知するように構成された、第２の電圧センサと、を備える、請求項２１に記載の回路遮断器。
【請求項24】
前記電流センサが、過電流状態を検出し、前記検出された過電流状態を示す制御信号を生成し、かつ前記制御信号を前記プロセッサに出力して、前記プロセッサに前記過電流状態を通知するように構成されている回路機構を備える、請求項２１に記載の回路遮断器。
【請求項25】
前記電流センサが、プログラム可能な過電流閾値に基づいて前記過電流状態を検出し、前記過電流閾値が、電流デジタルアナログ変換器によって生成され、かつ前記電流センサの比較器の入力に印加される基準閾値電流を含む、請求項２４に記載の回路遮断器。
【請求項26】
前記固体双方向スイッチと直列に接続された、エアギャップ電磁スイッチと、
前記エアギャップ電磁スイッチの動作を制御するための制御信号を生成するように構成された、第２のスイッチ制御回路と、をさらに備え、
前記プロセッサが、前記エアギャップ電磁スイッチが、（ｉ）前記固体双方向スイッチをスイッチオン状態にする前にスイッチ閉鎖状態にされ、かつ（ｉｉ）前記固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にすることに応答してスイッチ開放状態にされるように、前記第１および第２のスイッチ制御回路にスイッチ制御信号を生成する、請求項２１に記載の回路遮断器。
前記エアギャップ電磁スイッチの動作を制御するための制御信号を生成するように構成された、第２のスイッチ制御回路と、をさらに備え、
前記プロセッサが、前記エアギャップ電磁スイッチが、（ｉ）前記固体双方向スイッチをスイッチオン状態にする前にスイッチ閉鎖状態にされ、かつ（ｉｉ）前記固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にすることに応答してスイッチ開放状態にされるように、前記第１および第２のスイッチ制御回路にスイッチ制御信号を生成する、請求項２１に記載の回路遮断器。
【請求項27】
手動スイッチであって、個人による前記手動スイッチの作動に応答して、前記エアギャップ電磁スイッチの開放をトリガするように構成されている手動スイッチをさらに備え、
前記プロセッサが、前記手動スイッチの作動を監視し、検出し、かつ、前記プロセッサが前記手動スイッチの作動を検出することに応答して、前記第１のスイッチ制御回路に、前記固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするための制御信号を生成し、出力するように、構成されている、請求項２６に記載の回路遮断器。
前記プロセッサが、前記手動スイッチの作動を監視し、検出し、かつ、前記プロセッサが前記手動スイッチの作動を検出することに応答して、前記第１のスイッチ制御回路に、前記固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするための制御信号を生成し、出力するように、構成されている、請求項２６に記載の回路遮断器。
【請求項28】
前記第１および第２のスイッチ制御回路が、前記回路遮断器を待機状態で動作させるように構成されており、前記固体双方向スイッチが、スイッチオフ状態にあり、前記エアギャップ電磁スイッチが、スイッチ閉鎖状態にある、請求項２６に記載の回路遮断器。
【請求項29】
前記プロセッサが、前記電圧および電流センサから取得されたセンサデータをリアルタイムで分析し、前記固体双方向スイッチの障害を検出し、かつ前記固体双方向スイッチの障害を検出することに応答して、前記第２のスイッチ制御回路に、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ閉鎖状態にするための制御信号を生成し、出力するように、構成されている、請求項２６に記載の回路遮断器。
【請求項30】
前記電流センサが、エネルギーメータリング回路機構を備え、前記エネルギーメータリング回路機構が、前記回路遮断器を流れる検知された電流に基づいてエネルギー使用データを生成し、かつ前記エネルギー使用データを分析のために前記プロセッサに出力するように構成されている、請求項２１に記載の回路遮断器。
【請求項31】
前記プロセッサが、電流および電圧センサデータを利用して、前記回路遮断器に接続された負荷のタイプを識別し、かつ前記識別された負荷のタイプに基づいて、前記負荷に印加される電力を制御するように、構成されている、請求項２１に記載の回路遮断器。
【請求項32】
前記電流センサ、前記電圧センサ、および前記プロセッサが、（ｉ）アーク障害回路遮断および地絡障害回路遮断のうちの少なくとも１つをサポートするように構成されている、請求項２１に記載の回路遮断器。
【請求項33】
前記第１のスイッチ制御回路が、前記固体双方向スイッチに結合された短絡検出回路を備え、前記短絡検出回路が、前記固体双方向スイッチを通る電流の流れを検出し、かつ前記検出された電流の流れが、前記回路遮断器の前記負荷出力端子に接続された負荷の短絡障害事象を示すことに応答して、前記固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするためのゲーティング制御信号を生成するように構成されており、前記短絡検出回路が、前記固体双方向スイッチの第１の固体スイッチと第２の固体スイッチとの間に配設された検知抵抗器の電圧を検知し、かつ前記検知された電圧を利用して、短絡障害事象を示す電流の流れのレベルを検出するように構成されている、請求項２１に記載の回路遮断器。
【請求項34】
電源入力端子に印加された交流（ＡＣ）供給電圧から直流（ＤＣ）供給電圧を生成するように構成された、電力変換器回路をさらに備え、前記ＤＣ供給電圧を利用して、前記プロセッサ、前記第１のスイッチ制御回路、前記電流センサ、および前記電圧センサにＤＣ電力を供給する、請求項２１に記載の回路遮断器。
【請求項35】
方法であって、
外部電源と負荷を含む分岐回路との間に回路遮断器を接続することであって、前記回路遮断器が、（ｉ）前記外部電源を前記分岐回路に接続するためのスイッチオン状態、および（ｉｉ）前記外部電源を前記分岐回路から切断するためのスイッチオフ状態、のうちの１つにされるように構成されている固体双方向スイッチを備える、接続することと、
前記回路遮断器を通る電流の流れを検知し、前記回路遮断器を通る前記検知された電流の流れの大きさを示す電流検知信号を生成することと、
前記回路遮断器を通る電路上の点における電圧を検知し、前記検知された電圧の大きさを示す電圧検知信号を生成することと、
前記電流検知信号および前記電圧検知信号のうちの少なくとも１つに基づいて、障害事象の検出に応答して、前記固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするための制御信号を生成することと、
前記電流検知信号および前記電圧検知信号を処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、前記負荷の電力使用情報を判定することと、を含む、方法。
外部電源と負荷を含む分岐回路との間に回路遮断器を接続することであって、前記回路遮断器が、（ｉ）前記外部電源を前記分岐回路に接続するためのスイッチオン状態、および（ｉｉ）前記外部電源を前記分岐回路から切断するためのスイッチオフ状態、のうちの１つにされるように構成されている固体双方向スイッチを備える、接続することと、
前記回路遮断器を通る電流の流れを検知し、前記回路遮断器を通る前記検知された電流の流れの大きさを示す電流検知信号を生成することと、
前記回路遮断器を通る電路上の点における電圧を検知し、前記検知された電圧の大きさを示す電圧検知信号を生成することと、
前記電流検知信号および前記電圧検知信号のうちの少なくとも１つに基づいて、障害事象の検出に応答して、前記固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするための制御信号を生成することと、
前記電流検知信号および前記電圧検知信号を処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、前記負荷の電力使用情報を判定することと、を含む、方法。
【請求項36】
前記回路遮断器が、前記固体双方向スイッチと直列に接続されたエアギャップ電磁スイッチを備え、前記方法が、
前記エアギャップ電磁スイッチが、（ｉ）前記固体双方向スイッチをスイッチオン状態にする前に、スイッチ閉鎖状態にされ、かつ（ｉｉ）前記固体双方向スイッチがスイッチオフ状態にされることに応答して、スイッチ開放状態にされるように、前記エアギャップ電磁スイッチおよび前記固体双方向スイッチのスイッチング動作を同期させるための制御信号を生成することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
前記エアギャップ電磁スイッチが、（ｉ）前記固体双方向スイッチをスイッチオン状態にする前に、スイッチ閉鎖状態にされ、かつ（ｉｉ）前記固体双方向スイッチがスイッチオフ状態にされることに応答して、スイッチ開放状態にされるように、前記エアギャップ電磁スイッチおよび前記固体双方向スイッチのスイッチング動作を同期させるための制御信号を生成することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項37】
前記エアギャップ電磁スイッチの開放をトリガするように構成されている手動スイッチの作動を検知することと、
前記手動スイッチの前記作動を検知することに応答して、前記固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするための制御信号を生成することと、をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
前記手動スイッチの前記作動を検知することに応答して、前記固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするための制御信号を生成することと、をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項38】
前記電圧および電流センサから取得されたセンサデータを分析して、前記固体双方向スイッチの障害を検出することと、
前記固体双方向スイッチの障害を検出することに応答して、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ閉鎖状態にするための制御信号を生成することと、をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
前記固体双方向スイッチの障害を検出することに応答して、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ閉鎖状態にするための制御信号を生成することと、をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項39】
システムであって、
外部電源に結合されたバスバーを備える回路遮断器分電盤と、
前記回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備え、前記回路遮断器が、前記バスバーに結合された線路入力端子と、分岐回路に接続された負荷出力端子と、を備え、前記回路遮断器が、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間に直列に接続されており、かつ（ｉ）スイッチオン状態および（ｉｉ）スイッチオフ状態のうちの１つにされるように構成された、固体双方向スイッチと、
前記固体双方向スイッチの動作を制御するための制御信号を生成するように構成された、第１のスイッチ制御回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、
前記電流検知信号および電圧検知信号を受信し、処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定するように、かつ障害事象を判定するように、かつ前記負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、を備える、システム。
外部電源に結合されたバスバーを備える回路遮断器分電盤と、
前記回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備え、前記回路遮断器が、前記バスバーに結合された線路入力端子と、分岐回路に接続された負荷出力端子と、を備え、前記回路遮断器が、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間に直列に接続されており、かつ（ｉ）スイッチオン状態および（ｉｉ）スイッチオフ状態のうちの１つにされるように構成された、固体双方向スイッチと、
前記固体双方向スイッチの動作を制御するための制御信号を生成するように構成された、第１のスイッチ制御回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、
前記電流検知信号および電圧検知信号を受信し、処理して、前記回路遮断器の動作ステータス情報を判定するように、かつ障害事象を判定するように、かつ前記負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、を備える、システム。
【請求項40】
ディスプレイおよびマスタプロセッサを備えるステータス表示システムをさらに備え、
前記マスタプロセッサが、前記回路遮断器の前記プロセッサと通信して、前記回路遮断器の前記プロセッサから受信された前記動作ステータス情報および電力使用情報を取得し、処理し、かつ表示するように構成されており、前記マスタプロセッサが、前記動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送するように構成されている、請求項３９に記載のシステム。
前記マスタプロセッサが、前記回路遮断器の前記プロセッサと通信して、前記回路遮断器の前記プロセッサから受信された前記動作ステータス情報および電力使用情報を取得し、処理し、かつ表示するように構成されており、前記マスタプロセッサが、前記動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送するように構成されている、請求項３９に記載のシステム。
【請求項41】
回路遮断器であって、
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続された、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、
前記固体スイッチおよび前記エアギャップ電磁スイッチの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路機構と、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の交流（ＡＣ）電源波形のゼロ交差を検出するように構成された、ゼロ交差検出回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路に流れる電流を検知し、かつ前記検知された電流の流れに基づいて、障害状態を検出するように構成された、電流センサと、を備え、
前記スイッチ制御回路機構が、前記電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されており、
前記スイッチ制御回路機構が、前記ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、前記エアギャップ電磁スイッチをいつ前記スイッチ開放状態にするかを判定する、回路遮断器。
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続された、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、
前記固体スイッチおよび前記エアギャップ電磁スイッチの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路機構と、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の交流（ＡＣ）電源波形のゼロ交差を検出するように構成された、ゼロ交差検出回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路に流れる電流を検知し、かつ前記検知された電流の流れに基づいて、障害状態を検出するように構成された、電流センサと、を備え、
前記スイッチ制御回路機構が、前記電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されており、
前記スイッチ制御回路機構が、前記ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、前記エアギャップ電磁スイッチをいつ前記スイッチ開放状態にするかを判定する、回路遮断器。
【請求項42】
前記固体スイッチが、Ｐ型エンハンスメント金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスを備える、請求項４１に記載の回路遮断器。
【請求項43】
前記固体スイッチが、Ｎ型エンハンスメント金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスを備える、請求項４１に記載の回路遮断器。
【請求項44】
前記ゼロ交差検出回路が、前記回路遮断器の前記線路入力端子に印加されたＡＣ供給電圧波形のゼロ交差を検出するように構成されている、請求項４１に記載の回路遮断器。
【請求項45】
前記ゼロ交差検出回路が、前記ＡＣ供給電圧波形の相反する半サイクル間で極性遷移の関連付けられた方向を検出するように構成されており、前記スイッチ制御回路機構が、前記極性遷移により前記固体スイッチのボディダイオードが逆バイアスされる時点で、前記エアギャップ電磁スイッチを前記スイッチ開放状態にする、請求項４４に記載の回路遮断器。
【請求項46】
前記ゼロ交差検出回路が、ＡＣ電流波形のゼロ交差を検出するように構成されている、請求項４１に記載の回路遮断器。
【請求項47】
前記ゼロ交差検出回路が、前記ＡＣ電流波形の相反する半サイクル間で極性遷移の関連付けられた方向を検出するように構成されており、前記スイッチ制御回路機構が、前記極性遷移により前記固体スイッチのボディダイオードが逆バイアスされる時点で、前記エアギャップ電磁スイッチを前記スイッチ開放状態にする、請求項４６に記載の回路遮断器。
【請求項48】
前記ゼロ交差検出回路が、（ｉ）前記電路で直列に接続されている検知抵抗器の検知電圧の大きさおよび極性をサンプリングし、（ｉｉ）前記検知電圧の前記大きさがゼロであると判定することに応答して、前記ＡＣ電流波形のゼロ交差事象を検出し、かつ（ｉｉｉ）前記検知電圧の前記極性に基づいて、前記ＡＣ電流波形の極性を判定するように構成されている、請求項４６に記載の回路遮断器。
【請求項49】
前記電流センサが、短絡障害状態、過電流障害状態、アーク障害状態、および地絡障害状態のうちの少なくとも１つを検出するように構成されている、請求項４１に記載の回路遮断器。
【請求項50】
環境状態を検知し、かつ前記検知された環境状態が有害であるかどうかを検出するように構成された、環境センサ回路をさらに備え、前記スイッチ制御回路機構が、有害な環境状態を検出することに応答して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されている、請求項４１に記載の回路遮断器。
【請求項51】
前記環境センサ回路が、（ｉ）有害化学物質の存在を検出するように構成されている化学物質感受性検出器、（ｉｉ）有害ガスの存在を検出するように構成されているガス感受性検出器、（ｉｉｉ）温度を検出するように構成されている温度センサ、（ｉｖ）振動を検出するように構成されている圧電検出器、および（ｖ）湿潤環境を検出するように構成されている湿度センサのうちの１つ以上を備える、請求項５０に記載の回路遮断器。
【請求項52】
方法であって、
回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流を検知することであって、前記回路遮断器が、前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路で直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチを備える、検知することと、
前記検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出することであって、前記障害状態を検出することに応答して、
前記固体スイッチをスイッチオフ状態にするための第１のスイッチ制御信号を生成し、
前記電路上の点における交流（ＡＣ）波形のゼロ交差事象、および前記ゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性を検出し、ならびに
前記ゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の前記極性が、前記固体スイッチのボディダイオードを逆バイアスすることを検出することに応答して、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするための第２の制御信号を生成する、検出することと、含む、方法。
回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流を検知することであって、前記回路遮断器が、前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路で直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチを備える、検知することと、
前記検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出することであって、前記障害状態を検出することに応答して、
前記固体スイッチをスイッチオフ状態にするための第１のスイッチ制御信号を生成し、
前記電路上の点における交流（ＡＣ）波形のゼロ交差事象、および前記ゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性を検出し、ならびに
前記ゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の前記極性が、前記固体スイッチのボディダイオードを逆バイアスすることを検出することに応答して、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするための第２の制御信号を生成する、検出することと、含む、方法。
【請求項53】
前記ＡＣ波形の前記ゼロ交差事象、および前記ゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の前記極性を検出することが、
前記固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後の時点で発生する、前記ＡＣ波形の次のゼロ交差事象を検出することと、
前記次のゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性が前記固体スイッチの前記ボディダイオードを順バイアスすることを検出することに応答して、前記ＡＣ波形の次の後続のゼロ交差事象を検出し終わるまで、前記エアギャップ電磁スイッチを前記スイッチ開放状態にするための前記第２の制御信号の前記生成を遅延させることであって、前記次の後続のゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性が、前記固体スイッチの前記ボディダイオードを逆バイアスする、遅延させることと、を含む、請求項５２に記載の方法。
前記固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後の時点で発生する、前記ＡＣ波形の次のゼロ交差事象を検出することと、
前記次のゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性が前記固体スイッチの前記ボディダイオードを順バイアスすることを検出することに応答して、前記ＡＣ波形の次の後続のゼロ交差事象を検出し終わるまで、前記エアギャップ電磁スイッチを前記スイッチ開放状態にするための前記第２の制御信号の前記生成を遅延させることであって、前記次の後続のゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性が、前記固体スイッチの前記ボディダイオードを逆バイアスする、遅延させることと、を含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項54】
前記固体スイッチが、Ｐ型エンハンスメント金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスおよびＮ型エンハンスメント金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスのうちの１つを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項55】
前記ＡＣ波形の前記ゼロ交差事象を検出することが、前記回路遮断器の前記線路入力端子に印加されたＡＣ供給電圧波形のゼロ交差を検出することを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項56】
前記ＡＣ波形の前記ゼロ交差事象を検出することが、前記電路上の点におけるＡＣ電流波形のゼロ交差を検出することを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項57】
前記ＡＣ電流波形の前記ゼロ交差を検出することが、
前記電路で直列に接続されている検知抵抗器の検知電圧の大きさおよび極性をサンプリングすることと、
前記検知電圧の前記大きさがゼロであると判定することに応答して、ゼロ交差事象を検出することと、
前記検知電圧の前記極性に基づいて前記ＡＣ電流波形の極性を判定することと、を含む、請求項５６に記載の方法。
前記電路で直列に接続されている検知抵抗器の検知電圧の大きさおよび極性をサンプリングすることと、
前記検知電圧の前記大きさがゼロであると判定することに応答して、ゼロ交差事象を検出することと、
前記検知電圧の前記極性に基づいて前記ＡＣ電流波形の極性を判定することと、を含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項58】
前記障害状態を検出することが、短絡障害状態、過電流障害状態、アーク障害状態、および地絡障害状態のうちの少なくとも１つを検出することを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項59】
環境状態を検出することと、前記環境状態が有害であると判定することに応答して、前記固体スイッチをスイッチオフ状態にするための第１の制御信号を生成し、前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするための第２の制御信号を生成することと、をさらに含み、前記環境状態を検出することが、（ｉ）存在化学物質、（ｉｉ）ガスの存在、（ｉｉｉ）温度、（ｉｖ）振動、および（ｖ）湿度のうちの１つを検出することを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項60】
システムであって、
外部電源に結合されたバスバーを備える回路遮断器分電盤と、
前記回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備え、前記回路遮断器が、前記バスバーに結合された線路入力端子と、分岐回路に接続された負荷出力端子と、を備え、前記回路遮断器が、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路で直列に接続された、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、
前記固体スイッチおよび前記エアギャップ電磁スイッチの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路機構と、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の交流（ＡＣ）電源波形のゼロ交差を検出するように構成された、ゼロ交差検出回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路に流れる電流を検知し、かつ前記検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出するように構成された、電流センサと、を備え、
前記スイッチ制御回路機構が、前記電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されており、
前記スイッチ制御回路機構が、前記ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、前記エアギャップ電磁スイッチをいつ前記スイッチ開放状態にするかを判定する、システム。
外部電源に結合されたバスバーを備える回路遮断器分電盤と、
前記回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備え、前記回路遮断器が、前記バスバーに結合された線路入力端子と、分岐回路に接続された負荷出力端子と、を備え、前記回路遮断器が、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路で直列に接続された、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、
前記固体スイッチおよび前記エアギャップ電磁スイッチの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路機構と、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の交流（ＡＣ）電源波形のゼロ交差を検出するように構成された、ゼロ交差検出回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路に流れる電流を検知し、かつ前記検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出するように構成された、電流センサと、を備え、
前記スイッチ制御回路機構が、前記電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されており、
前記スイッチ制御回路機構が、前記ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、前記エアギャップ電磁スイッチをいつ前記スイッチ開放状態にするかを判定する、システム。
【請求項61】
回路遮断器であって、
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されている、固体スイッチおよび検知抵抗器と、
（ｉ）前記検知抵抗器を流れる負荷電流に応答して前記検知抵抗器に生成される検知電圧をサンプリングし、（ｉｉ）前記サンプリングされた検知電圧に基づいて過電流障害状態を検出し、かつ（ｉｉｉ）前記過電流障害状態を検出することに応答して障害検出信号を出力するように構成された、電流検出回路と、
前記固体スイッチを制御するように構成されたスイッチ制御回路であって、前記スイッチ制御回路が、前記電流検出回路から出力された前記障害検出信号に応答して、前記固体スイッチをスイッチオフするように構成されている、スイッチ制御回路と、を備える、回路遮断器。
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されている、固体スイッチおよび検知抵抗器と、
（ｉ）前記検知抵抗器を流れる負荷電流に応答して前記検知抵抗器に生成される検知電圧をサンプリングし、（ｉｉ）前記サンプリングされた検知電圧に基づいて過電流障害状態を検出し、かつ（ｉｉｉ）前記過電流障害状態を検出することに応答して障害検出信号を出力するように構成された、電流検出回路と、
前記固体スイッチを制御するように構成されたスイッチ制御回路であって、前記スイッチ制御回路が、前記電流検出回路から出力された前記障害検出信号に応答して、前記固体スイッチをスイッチオフするように構成されている、スイッチ制御回路と、を備える、回路遮断器。
【請求項62】
前記検知抵抗器が、約１ミリオーム程度の抵抗値を有する電力抵抗器を備える、請求項６１に記載の回路遮断器。
【請求項63】
前記電流検出回路が、
第１の比較器および第２の比較器を備える入力段であって、
前記第１の比較器が、（ｉ）第１の基準電圧を、前記負荷電流の正の半サイクル中に前記検知抵抗器に生成される検知電圧と比較し、かつ（ｉｉ）前記負荷電流の前記正の半サイクル中に生成される前記検知電圧が前記第１の基準電圧を超えると、第１の過電流検出信号を生成するように構成されており、
前記第２の比較器が、（ｉ）第２の基準電圧を、前記負荷電流の負の半サイクル中に前記検知抵抗器に生成される検知電圧と比較し、かつ（ｉｉ）前記負荷電流の前記負の半サイクル中に生成される前記検知電圧が前記第２の基準電圧を超えると、第２の過電流検出信号を生成するように構成されている、入力段と、
前記第１および第２の比較器から出力された前記第１および第２の過電流検出信号に基づいて前記障害検出信号を生成し、かつ出力するように構成されている、出力段と、を備える、請求項６１に記載の回路遮断器。
第１の比較器および第２の比較器を備える入力段であって、
前記第１の比較器が、（ｉ）第１の基準電圧を、前記負荷電流の正の半サイクル中に前記検知抵抗器に生成される検知電圧と比較し、かつ（ｉｉ）前記負荷電流の前記正の半サイクル中に生成される前記検知電圧が前記第１の基準電圧を超えると、第１の過電流検出信号を生成するように構成されており、
前記第２の比較器が、（ｉ）第２の基準電圧を、前記負荷電流の負の半サイクル中に前記検知抵抗器に生成される検知電圧と比較し、かつ（ｉｉ）前記負荷電流の前記負の半サイクル中に生成される前記検知電圧が前記第２の基準電圧を超えると、第２の過電流検出信号を生成するように構成されている、入力段と、
前記第１および第２の比較器から出力された前記第１および第２の過電流検出信号に基づいて前記障害検出信号を生成し、かつ出力するように構成されている、出力段と、を備える、請求項６１に記載の回路遮断器。
【請求項64】
前記電流検出回路の前記出力段が、前記第１および第２の比較器からの前記第１および第２の過電流検出信号のうちの１つの出力に応答して、前記障害検出信号を論理ローパルスとして出力するように構成されている、論理ＮＯＲゲートを備える、請求項６３に記載の回路遮断器。
【請求項65】
前記検知抵抗器が、前記電路の線路側ノードに接続された第１の端子と、前記電路の負荷側ノードに接続された第２の端子とを有し、
前記第１の比較器が、前記検知抵抗器の前記第１の端子に接続された非反転入力と、前記第１の基準電圧を受信する反転入力と、を備え、
前記第２の比較器が、前記検知抵抗器の前記第２の端子に接続された非反転入力と、前記第２の基準電圧を受信する反転入力と、を備える、請求項６３に記載の回路遮断器。
前記第１の比較器が、前記検知抵抗器の前記第１の端子に接続された非反転入力と、前記第１の基準電圧を受信する反転入力と、を備え、
前記第２の比較器が、前記検知抵抗器の前記第２の端子に接続された非反転入力と、前記第２の基準電圧を受信する反転入力と、を備える、請求項６３に記載の回路遮断器。
【請求項66】
前記電流検出回路が、前記第１の基準電圧を生成するように構成された第１の分圧器回路と、前記第２の基準電圧を生成するように構成された第２の分圧器回路と、を備え、
前記第１の分圧器回路が、前記電路のＤＣ供給電圧レールと前記負荷側ノードとの間に接続されており、
前記第２の分圧器回路が、前記電路の前記ＤＣ供給電圧レールと前記線路側との間に接続されている、請求項６５に記載の回路遮断器。
前記第１の分圧器回路が、前記電路のＤＣ供給電圧レールと前記負荷側ノードとの間に接続されており、
前記第２の分圧器回路が、前記電路の前記ＤＣ供給電圧レールと前記線路側との間に接続されている、請求項６５に記載の回路遮断器。
【請求項67】
前記ＤＣ供給電圧レールが、ＤＣ電圧オフセットを有する活性線レールを備える、請求項６６に記載の回路遮断器。
【請求項68】
前記固体スイッチが、電力金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスを備える固体双方向スイッチを含む、請求項６１に記載の回路遮断器。
【請求項69】
（ｉ）前記検知抵抗器を流れる前記負荷電流に応答して前記検知抵抗器に生成される検知電圧をサンプリングし、（ｉｉ）前記サンプリングされた検知電圧に基づいて前記負荷電流のゼロ交差を検出し、かつ（ｉｉｉ）前記負荷電流の前記ゼロ交差を検出することに応答してゼロ交差検出信号を出力するように構成された、ゼロ交差検出回路をさらに備える、請求項６１に記載の回路遮断器。
【請求項70】
前記ゼロ交差検出回路が、
前記負荷電流の正および負の半サイクル間の極性の変化を検出するように構成された、極性変化検出段と、
前記極性変化検出段の出力に結合されたエッジ検出段であって、前記エッジ検出段が、前記極性変化検出段による前記負荷電流の検出された極性の変化に応答して制御パルスを生成するように構成されている、エッジ検出段と、
前記エッジ検出段によって生成された前記制御パルスに基づいて前記ゼロ交差検出信号を出力するように構成された、出力段と、を備える、請求項６９に記載の回路遮断器。
前記負荷電流の正および負の半サイクル間の極性の変化を検出するように構成された、極性変化検出段と、
前記極性変化検出段の出力に結合されたエッジ検出段であって、前記エッジ検出段が、前記極性変化検出段による前記負荷電流の検出された極性の変化に応答して制御パルスを生成するように構成されている、エッジ検出段と、
前記エッジ検出段によって生成された前記制御パルスに基づいて前記ゼロ交差検出信号を出力するように構成された、出力段と、を備える、請求項６９に記載の回路遮断器。
【請求項71】
前記検知抵抗器が、前記電路の線路側ノードに接続された第１の端子と、前記電路の負荷側ノードに接続された第２の端子と、を有し、
前記極性変化検出段が、第１の比較器および第２の比較器を備え、前記第１の比較器が、前記検知抵抗器の前記第１の端子に接続された非反転入力と、前記検知抵抗器の前記第２の端子に接続された反転入力と、を備え、前記第２の比較器が、前記検知抵抗器の前記第２の端子に接続された非反転入力と、前記検知抵抗器の前記第１の端子に接続された反転入力と、を備える、請求項７０に記載の回路遮断器。
前記極性変化検出段が、第１の比較器および第２の比較器を備え、前記第１の比較器が、前記検知抵抗器の前記第１の端子に接続された非反転入力と、前記検知抵抗器の前記第２の端子に接続された反転入力と、を備え、前記第２の比較器が、前記検知抵抗器の前記第２の端子に接続された非反転入力と、前記検知抵抗器の前記第１の端子に接続された反転入力と、を備える、請求項７０に記載の回路遮断器。
【請求項72】
前記エッジ検出段が、
前記第１の比較器から出力される第１の比較信号出力の遷移に応答して第１のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第１のエッジ検出回路と、
前記第２の比較器から出力される第２の比較信号出力の遷移に応答して第２のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第２のエッジ検出回路と、を備える、請求項７１に記載の回路遮断器。
前記第１の比較器から出力される第１の比較信号出力の遷移に応答して第１のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第１のエッジ検出回路と、
前記第２の比較器から出力される第２の比較信号出力の遷移に応答して第２のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第２のエッジ検出回路と、を備える、請求項７１に記載の回路遮断器。
【請求項73】
前記出力段が、前記エッジ検出段によって生成された前記第１および第２のエッジ検出パルスに基づいて前記ゼロ交差検出信号を出力する論理ＡＮＤゲートを備える、請求項７２に記載の回路遮断器。
【請求項74】
プロセッサをさらに備え、前記プロセッサが、前記ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を処理し、かつ前記ゼロ交差検出信号に基づいて前記回路遮断器の１つ以上の動作を制御するように構成されている、請求項６９に記載の回路遮断器。
【請求項75】
前記プロセッサが、前記ゼロ交差検出回路の出力に基づいて、前記回路遮断器の電源投入時に直流（ＤＣ）保護モードおよび交流（ＡＣ）保護モードのうちの１つで動作するように、前記回路遮断器を構成する、請求項７４に記載の回路遮断器。
【請求項76】
回路遮断器であって、
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されている、固体スイッチおよび検知抵抗器と、
ゼロ交差検出回路であって、（ｉ）前記検知抵抗器を流れる負荷電流に応答して前記検知抵抗器に生成される検知電圧をサンプリングし、（ｉｉ）前記サンプリングされた検知電圧に基づいて前記負荷電流のゼロ交差を検出し、かつ（ｉｉｉ）前記負荷電流の前記ゼロ交差を検出することに応答してゼロ交差検出信号を出力するように構成された、ゼロ交差検出回路と、
前記ゼロ交差検出回路の前記出力に基づいて、前記スイッチの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路と、を備える、回路遮断器。
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されている、固体スイッチおよび検知抵抗器と、
ゼロ交差検出回路であって、（ｉ）前記検知抵抗器を流れる負荷電流に応答して前記検知抵抗器に生成される検知電圧をサンプリングし、（ｉｉ）前記サンプリングされた検知電圧に基づいて前記負荷電流のゼロ交差を検出し、かつ（ｉｉｉ）前記負荷電流の前記ゼロ交差を検出することに応答してゼロ交差検出信号を出力するように構成された、ゼロ交差検出回路と、
前記ゼロ交差検出回路の前記出力に基づいて、前記スイッチの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路と、を備える、回路遮断器。
【請求項77】
前記ゼロ交差検出回路が、
前記負荷電流の正および負の半サイクルの間の極性の変化を検出するように構成された、極性変化検出段と、
前記極性変化検出段の出力に結合されたエッジ検出段であって、前記エッジ検出段が、前記極性変化検出段による前記負荷電流の検出された極性の変化に応答して制御パルスを生成するように構成されている、エッジ検出段と、
前記エッジ検出段によって生成された前記制御パルスに基づいて、前記ゼロ交差検出信号を出力するように構成された、出力段と、を備える、請求項７６に記載の回路遮断器。
前記負荷電流の正および負の半サイクルの間の極性の変化を検出するように構成された、極性変化検出段と、
前記極性変化検出段の出力に結合されたエッジ検出段であって、前記エッジ検出段が、前記極性変化検出段による前記負荷電流の検出された極性の変化に応答して制御パルスを生成するように構成されている、エッジ検出段と、
前記エッジ検出段によって生成された前記制御パルスに基づいて、前記ゼロ交差検出信号を出力するように構成された、出力段と、を備える、請求項７６に記載の回路遮断器。
【請求項78】
前記検知抵抗器が、前記電路の線路側ノードに接続された第１の端子と、前記電路の負荷側ノードに接続された第２の端子と、を有し、
前記極性変化検出段が、第１の比較器および第２の比較器を備え、前記第１の比較器が、前記検知抵抗器の前記第１の端子に接続された非反転入力と、前記検知抵抗器の前記第２の端子に接続された反転入力と、を備え、前記第２の比較器が、前記検知抵抗器の前記第２の端子に接続された非反転入力と、前記検知抵抗器の前記第１の端子に接続された反転入力と、を備え、
前記エッジ検出段が、（ｉ）前記第１の比較器から出力された第１の比較信号出力の遷移に応答して第１のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第１のエッジ検出回路と、（ｉｉ）前記第２の比較器から出力された第２の比較信号出力の遷移に応答して第２のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第２のエッジ検出回路と、を備え、
前記出力段が、前記エッジ検出段によって生成された前記第１および第２のエッジ検出パルスに基づいて前記ゼロ交差検出信号を出力する論理ＡＮＤゲートを備える、請求項７７に記載の回路遮断器。
前記極性変化検出段が、第１の比較器および第２の比較器を備え、前記第１の比較器が、前記検知抵抗器の前記第１の端子に接続された非反転入力と、前記検知抵抗器の前記第２の端子に接続された反転入力と、を備え、前記第２の比較器が、前記検知抵抗器の前記第２の端子に接続された非反転入力と、前記検知抵抗器の前記第１の端子に接続された反転入力と、を備え、
前記エッジ検出段が、（ｉ）前記第１の比較器から出力された第１の比較信号出力の遷移に応答して第１のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第１のエッジ検出回路と、（ｉｉ）前記第２の比較器から出力された第２の比較信号出力の遷移に応答して第２のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第２のエッジ検出回路と、を備え、
前記出力段が、前記エッジ検出段によって生成された前記第１および第２のエッジ検出パルスに基づいて前記ゼロ交差検出信号を出力する論理ＡＮＤゲートを備える、請求項７７に記載の回路遮断器。
【請求項79】
前記スイッチ制御回路が、プロセッサを備え、前記プロセッサが、前記ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を処理し、かつ前記ゼロ交差検出信号に基づいて前記回路遮断器の１つ以上の動作を制御するように構成されている、請求項７６に記載の回路遮断器。
【請求項80】
前記プロセッサが、前記ゼロ交差検出回路の出力に基づいて、前記回路遮断器の電源投入時にＤＣ保護モードおよびＡＣ保護モードのうちの１つで動作するように、前記回路遮断器を構成する、請求項７９に記載の回路遮断器。
【請求項81】
回路遮断器であって、
回路遮断器ハウジングと、
前記回路遮断器ハウジング内に配設されたエアギャップスイッチであって、前記エアギャップスイッチが、前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に配設された第１の接点および第２の接点を備える、エアギャップスイッチと、
前記回路遮断器ハウジング内に配設されたアクチュエータ機構であって、前記エアギャップスイッチが、前記アクチュエータ機構に結合されており、前記アクチュエータ機構が、（ｉ）前記第１および第２の接点を機械的に離間させて、前記エアギャップスイッチを開放状態にして前記電路にエアギャップを作成し、かつ（ｉｉ）前記第１および第２の接点を機械的に合わせて、前記エアギャップスイッチを閉鎖状態にするように動作可能に構成されている、アクチュエータ機構と、
前記エアギャップスイッチの状態の表示を提供するように構成された第１の視覚的インジケータであって、前記第１の視覚的インジケータが、（ｉ）前記回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第１の窓、（ｉｉ）前記アクチュエータ機構に結合された第１のインジケータ要素、および（ｉｉｉ）前記アクチュエータ機構に結合された第２のインジケータ要素を備える、第１の視覚的インジケータと、を備え、
前記第１のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記開放状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記アクチュエータ機構が、前記エアギャップスイッチを前記開放状態にする際に前記第１のインジケータ要素を前記第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されており、
前記第２のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記閉鎖状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記アクチュエータ機構が、前記エアギャップスイッチを前記閉鎖状態にする際に前記第２のインジケータ要素を前記第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されている、回路遮断器。
回路遮断器ハウジングと、
前記回路遮断器ハウジング内に配設されたエアギャップスイッチであって、前記エアギャップスイッチが、前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に配設された第１の接点および第２の接点を備える、エアギャップスイッチと、
前記回路遮断器ハウジング内に配設されたアクチュエータ機構であって、前記エアギャップスイッチが、前記アクチュエータ機構に結合されており、前記アクチュエータ機構が、（ｉ）前記第１および第２の接点を機械的に離間させて、前記エアギャップスイッチを開放状態にして前記電路にエアギャップを作成し、かつ（ｉｉ）前記第１および第２の接点を機械的に合わせて、前記エアギャップスイッチを閉鎖状態にするように動作可能に構成されている、アクチュエータ機構と、
前記エアギャップスイッチの状態の表示を提供するように構成された第１の視覚的インジケータであって、前記第１の視覚的インジケータが、（ｉ）前記回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第１の窓、（ｉｉ）前記アクチュエータ機構に結合された第１のインジケータ要素、および（ｉｉｉ）前記アクチュエータ機構に結合された第２のインジケータ要素を備える、第１の視覚的インジケータと、を備え、
前記第１のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記開放状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記アクチュエータ機構が、前記エアギャップスイッチを前記開放状態にする際に前記第１のインジケータ要素を前記第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されており、
前記第２のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記閉鎖状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記アクチュエータ機構が、前記エアギャップスイッチを前記閉鎖状態にする際に前記第２のインジケータ要素を前記第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されている、回路遮断器。
【請求項82】
前記第１のインジケータ要素が、第１の色を有する着色要素を含み、前記第２のインジケータ要素が、前記第１の色とは異なる第２の色を有する着色要素を含む、請求項８１に記載の回路遮断器。
【請求項83】
前記回路遮断器の動作状態の表示を提供するように構成された、第２の視覚的インジケータをさらに備え、前記第２の視覚的インジケータが、（ｉ）前記回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第２の窓、および（ｉｉ）前記第２の窓の後方の前記回路遮断器ハウジング内に配設された少なくとも１つの発光素子を備える、請求項８１に記載の回路遮断器。
【請求項84】
前記少なくとも１つの発光素子が、発光ダイオードを含む、請求項８３に記載の回路遮断器。
【請求項85】
前記少なくとも１つの発光素子が、前記第２の窓を通して観視可能である第１の色の光を放出して、前記回路遮断器の非トリップ動作状態の表示を提供するように構成されている、請求項８３に記載の回路遮断器。
【請求項86】
前記少なくとも１つの発光素子が、前記第２の窓を通して観視可能である第２の色の光を放出して、前記回路遮断器のトリップ状態の表示を提供するように構成されている、請求項８５に記載の回路遮断器。
【請求項87】
前記少なくとも１つの発光素子が、非アクティブ化され、前記回路遮断器のオフ状態の表示を提供するために光を放出しない、請求項８３に記載の回路遮断器。
【請求項88】
前記アクチュエータ機構に機械的に結合された手動制御スイッチをさらに備え、前記手動制御スイッチが、第１の位置と第２の位置との間で切り替わるように構成されており、前記手動制御スイッチを前記第１の位置に切り替えることにより、前記アクチュエータ機構が前記エアギャップスイッチを前記開放状態にする、請求項８１に記載の回路遮断器。
【請求項89】
前記アクチュエータ機構に結合された電気機械アクチュエータをさらに備え、前記電気機械アクチュエータの作動により、前記アクチュエータ機構が前記エアギャップスイッチを前記開放状態にし、前記回路遮断器をトリップさせる、請求項８１に記載の回路遮断器。
【請求項90】
前記電気機械アクチュエータが、ソレノイドを備える、請求項８９に記載の回路遮断器。
【請求項91】
回路遮断器であって、
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチであって、前記エアギャップスイッチが、第１の接点および第２の接点を備える、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、
アクチュエータ機構であって、（ｉ）前記第１および第２の接点を機械的に離間させて、前記エアギャップスイッチを開放状態にして前記電路にエアギャップを作成し、かつ（ｉｉ）前記第１および第２の接点を機械的に合わせて、前記エアギャップスイッチを閉鎖状態にするように動作可能に構成された、アクチュエータ機構と、
前記アクチュエータ機構に動作可能に結合された手動制御スイッチであって、前記手動制御スイッチが、第１の位置と第２の位置との間で切り替わるように構成されており、前記手動制御スイッチを前記第１の位置に切り替えることにより、前記アクチュエータ機構が前記エアギャップスイッチを前記開放状態にする、手動制御スイッチと、
前記アクチュエータ機構に動作可能に結合された電気機械アクチュエータであって、前記電気機械アクチュエータの作動により、前記アクチュエータ機構が前記エアギャップスイッチを前記開放状態にする、電気機械アクチュエータと、
前記固体スイッチおよび前記電気機械アクチュエータの動作を制御するように構成された制御回路機構であって、前記制御回路機構が、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオン状態およびスイッチオフ状態のうちの１つにするように構成されている第１の制御信号、および（ｉｉ）前記電気機械アクチュエータの作動を制御するように構成されている第２の制御信号を生成するように構成されている、制御回路機構と、
前記手動制御スイッチに動作可能に結合され、かつ前記制御回路機構に電気的に接続されたセンサスイッチであって、前記センサスイッチが、（ｉ）前記アクチュエータ機構に前記エアギャップスイッチを前記開放状態にさせる、前記第２の位置から前記第１の位置への前記手動制御スイッチの切り替わりを検出し、かつ（ｉｉ）前記第２の位置から前記第１の位置への前記手動制御スイッチの前記切り替わりを検出することに応答して、前記制御回路機構に第３の制御信号を出力するように構成されている、センサスイッチと、を備え、
前記制御回路機構が、前記第３の制御信号に応答して、前記エアギャップスイッチが前記開放状態にされて前記電路に前記エアギャップを作成する前に、前記第１の制御信号を生成して、前記固体スイッチを前記スイッチオフ状態にするように、構成されている、回路遮断器。
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチであって、前記エアギャップスイッチが、第１の接点および第２の接点を備える、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、
アクチュエータ機構であって、（ｉ）前記第１および第２の接点を機械的に離間させて、前記エアギャップスイッチを開放状態にして前記電路にエアギャップを作成し、かつ（ｉｉ）前記第１および第２の接点を機械的に合わせて、前記エアギャップスイッチを閉鎖状態にするように動作可能に構成された、アクチュエータ機構と、
前記アクチュエータ機構に動作可能に結合された手動制御スイッチであって、前記手動制御スイッチが、第１の位置と第２の位置との間で切り替わるように構成されており、前記手動制御スイッチを前記第１の位置に切り替えることにより、前記アクチュエータ機構が前記エアギャップスイッチを前記開放状態にする、手動制御スイッチと、
前記アクチュエータ機構に動作可能に結合された電気機械アクチュエータであって、前記電気機械アクチュエータの作動により、前記アクチュエータ機構が前記エアギャップスイッチを前記開放状態にする、電気機械アクチュエータと、
前記固体スイッチおよび前記電気機械アクチュエータの動作を制御するように構成された制御回路機構であって、前記制御回路機構が、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオン状態およびスイッチオフ状態のうちの１つにするように構成されている第１の制御信号、および（ｉｉ）前記電気機械アクチュエータの作動を制御するように構成されている第２の制御信号を生成するように構成されている、制御回路機構と、
前記手動制御スイッチに動作可能に結合され、かつ前記制御回路機構に電気的に接続されたセンサスイッチであって、前記センサスイッチが、（ｉ）前記アクチュエータ機構に前記エアギャップスイッチを前記開放状態にさせる、前記第２の位置から前記第１の位置への前記手動制御スイッチの切り替わりを検出し、かつ（ｉｉ）前記第２の位置から前記第１の位置への前記手動制御スイッチの前記切り替わりを検出することに応答して、前記制御回路機構に第３の制御信号を出力するように構成されている、センサスイッチと、を備え、
前記制御回路機構が、前記第３の制御信号に応答して、前記エアギャップスイッチが前記開放状態にされて前記電路に前記エアギャップを作成する前に、前記第１の制御信号を生成して、前記固体スイッチを前記スイッチオフ状態にするように、構成されている、回路遮断器。
【請求項92】
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路に流れる電流を検知し、かつ前記検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出するように構成された、電流センサをさらに備え、
前記制御回路機構が、前記電流センサによって障害状態を検出することに応答して、前記第１および第２の制御信号を生成して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に、前記電気機械アクチュエータを作動させて、作動機構に前記エアギャップ電磁スイッチを前記開放状態にさせるように、構成されている、請求項９１に記載の回路遮断器。
前記制御回路機構が、前記電流センサによって障害状態を検出することに応答して、前記第１および第２の制御信号を生成して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に、前記電気機械アクチュエータを作動させて、作動機構に前記エアギャップ電磁スイッチを前記開放状態にさせるように、構成されている、請求項９１に記載の回路遮断器。
【請求項93】
前記電気機械アクチュエータが、ソレノイドを備える、請求項９１に記載の回路遮断器。
【請求項94】
前記エアギャップスイッチの前記状態の表示を提供するように構成された第１の視覚的インジケータであって、前記第１の視覚的インジケータが、（ｉ）前記回路遮断器の回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第１の窓、（ｉｉ）前記アクチュエータ機構に結合された第１のインジケータ要素、および（ｉｉｉ）前記アクチュエータ機構に結合された第２のインジケータ要素を備える、第１の視覚的インジケータをさらに備え、
前記第１のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記開放状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記アクチュエータ機構が、前記エアギャップスイッチを前記開放状態にする際に前記第１のインジケータ要素を前記第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されており、
前記第２のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記閉鎖状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記アクチュエータ機構が、前記エアギャップスイッチを前記閉鎖状態にする際に前記第２のインジケータ要素を前記第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されている、請求項９１に記載の回路遮断器。
前記第１のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記開放状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記アクチュエータ機構が、前記エアギャップスイッチを前記開放状態にする際に前記第１のインジケータ要素を前記第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されており、
前記第２のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記閉鎖状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記アクチュエータ機構が、前記エアギャップスイッチを前記閉鎖状態にする際に前記第２のインジケータ要素を前記第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されている、請求項９１に記載の回路遮断器。
【請求項95】
前記第１のインジケータ要素が、第１の色を有する着色要素を含み、前記第２のインジケータ要素が、前記第１の色とは異なる第２の色を有する着色要素を含む、請求項９４に記載の回路遮断器。
【請求項96】
前記回路遮断器の動作状態の表示を提供するように構成された、第２の視覚的インジケータをさらに備え、前記第２の視覚的インジケータが、（ｉ）前記回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第２の窓、および（ｉｉ）前記第２の窓の後方の前記回路遮断器ハウジング内に配設された少なくとも１つの発光素子を備える、請求項９１に記載の回路遮断器。
【請求項97】
前記少なくとも１つの発光素子が、発光ダイオードを含む、請求項９６に記載の回路遮断器。
【請求項98】
前記少なくとも１つの発光素子が、
前記第２の窓を通して観視可能である第１の色の光を放出して、前記回路遮断器の非トリップ動作状態の表示を提供し、
前記第２の窓を通して観視可能である第２の色の光を放出して、前記回路遮断器のトリップ状態の表示を提供し、かつ
前記回路遮断器のオフ状態の表示を提供するために光を放出しないように、構成されている、請求項９６に記載の回路遮断器。
前記第２の窓を通して観視可能である第１の色の光を放出して、前記回路遮断器の非トリップ動作状態の表示を提供し、
前記第２の窓を通して観視可能である第２の色の光を放出して、前記回路遮断器のトリップ状態の表示を提供し、かつ
前記回路遮断器のオフ状態の表示を提供するために光を放出しないように、構成されている、請求項９６に記載の回路遮断器。
【請求項99】
回路遮断器であって、
回路遮断器ハウジングと、
前記回路遮断器ハウジング内に配設されたエアギャップスイッチと、
前記エアギャップスイッチの開放状態および閉鎖状態の表示を提供するように構成された第１の視覚的インジケータであって、前記第１の視覚的インジケータが、（ｉ）前記回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第１の窓、（ｉｉ）前記回路遮断器ハウジング内に配設された第１のインジケータ要素、および（ｉｉｉ）前記回路遮断器ハウジング内に配設された第２のインジケータ要素を備える、第１の視覚的インジケータと、を備え、
前記第１のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記開放状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記第１のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチが前記開放状態にされる際に前記第１の窓の後方の位置に移動するように構成されており、
前記第２のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記閉鎖状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記第２のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチが前記閉鎖状態にされる際に前記第１の窓の後方の位置に移動するように構成されている、回路遮断器。
回路遮断器ハウジングと、
前記回路遮断器ハウジング内に配設されたエアギャップスイッチと、
前記エアギャップスイッチの開放状態および閉鎖状態の表示を提供するように構成された第１の視覚的インジケータであって、前記第１の視覚的インジケータが、（ｉ）前記回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第１の窓、（ｉｉ）前記回路遮断器ハウジング内に配設された第１のインジケータ要素、および（ｉｉｉ）前記回路遮断器ハウジング内に配設された第２のインジケータ要素を備える、第１の視覚的インジケータと、を備え、
前記第１のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記開放状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記第１のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチが前記開放状態にされる際に前記第１の窓の後方の位置に移動するように構成されており、
前記第２のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチの前記閉鎖状態の表示を提供するように前記第１の窓を通して観視可能であるように、前記第２のインジケータ要素が、前記エアギャップスイッチが前記閉鎖状態にされる際に前記第１の窓の後方の位置に移動するように構成されている、回路遮断器。
【請求項100】
前記回路遮断器の動作状態の表示を提供するように構成された、第２の視覚的インジケータをさらに備え、前記第２の視覚的インジケータが、（ｉ）前記回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第２の窓、および（ｉｉ）前記第２の窓の後方の前記回路遮断器ハウジング内に配設された少なくとも１つの発光素子を備え、
前記少なくとも１つの発光素子が、前記第２の窓を通して少なくとも１つの色の光を放出して、前記少なくとも１つの色に対応する前記回路遮断器の動作状態の表示を提供するように構成されている、請求項９９に記載の回路遮断器。
前記少なくとも１つの発光素子が、前記第２の窓を通して少なくとも１つの色の光を放出して、前記少なくとも１つの色に対応する前記回路遮断器の動作状態の表示を提供するように構成されている、請求項９９に記載の回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、以下の出願、（ｉ）２０１９年５月１８日に出願された米国特許仮出願第６２／８４９，８４７号、（ｉｉ）２０１９年１２月１９日に出願された、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒｓという名称の米国特許出願第１６／７２０，４４６号、（ｉｉｉ）２０１９年１２月１９日に出願された、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｗｉｔｃｈｅｓという名称の米国特許出願第１６／７２０，５０６号、（ｉｖ）２０１９年１２月１９日に出願された、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒｓ ｗｉｔｈ Ａｉｒ－Ｇａｐ ａｎｄ Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｓｗｉｔｃｈｅｓという名称の米国特許出願第１６／７２０，４８５号、（ｖ）２０１９年１２月１９日に出願された、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ Ｄｅｔｅｃｔ Ｆａｕｌｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓという名称の米国特許出願第１６／７２０，５３３号、および（ｖｉ）２０１９年１２月１９日に出願された、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｖｉｓｕａｌ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｔｏ Ｐｒｏｖｉｄｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｔｕｓという名称の米国特許出願第１６／７２０，５８３の各々に対する優先権を主張し、これらの開示はすべて参照により本明細書に完全に組み込まれる。
本出願は、以下の出願、（ｉ）２０１９年５月１８日に出願された米国特許仮出願第６２／８４９，８４７号、（ｉｉ）２０１９年１２月１９日に出願された、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒｓという名称の米国特許出願第１６／７２０，４４６号、（ｉｉｉ）２０１９年１２月１９日に出願された、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｗｉｔｃｈｅｓという名称の米国特許出願第１６／７２０，５０６号、（ｉｖ）２０１９年１２月１９日に出願された、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒｓ ｗｉｔｈ Ａｉｒ－Ｇａｐ ａｎｄ Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｓｗｉｔｃｈｅｓという名称の米国特許出願第１６／７２０，４８５号、（ｖ）２０１９年１２月１９日に出願された、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ Ｄｅｔｅｃｔ Ｆａｕｌｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓという名称の米国特許出願第１６／７２０，５３３号、および（ｖｉ）２０１９年１２月１９日に出願された、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｖｉｓｕａｌ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｔｏ Ｐｒｏｖｉｄｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｔｕｓという名称の米国特許出願第１６／７２０，５８３の各々に対する優先権を主張し、これらの開示はすべて参照により本明細書に完全に組み込まれる。
【0002】
本開示は、概して、電力制御システムおよびデバイスに関し、特に、障害状態に起因する損傷から分岐回路を保護するための回路遮断器デバイスおよびシステムに関する。
【背景技術】
【0003】
電気回路遮断器は、配電システムにおいて本質的な構成要素である。一般に、回路遮断器は、所与の建物または住宅構造内の複数の下流分岐回路に外部電源システムの高電流電源供給線を分割する配電パネル（例えば、回路遮断器パネル）に配設される。各回路遮断器は、入ってくる高電流電源供給線と分岐回路の対応する１つとの間に接続されて、分岐回路導体および分岐回路に対する電気負荷を過電流状態にさらされることから保護する。過負荷状態および障害状態を含む、いくつかのタイプの過電流状態がある。過負荷状態は、通常の全負荷定格を超える機器、または電流容量を超える分岐回路として定義され、過負荷が十分な期間続くと、損傷または危険な過熱を引き起こす。障害状態は、障害のインピーダンスに応じて、通常、過負荷よりもはるかに高い過電流状態を生じる、意図しないまたは偶発的な負荷状態を含む。最大過電流状態を生じる障害は、短絡または「ボルテッド障害（ｂｏｌｔｅｄ ｆａｕｌｔ）」と称される。
【0004】
従来の回路遮断器は、本来、電気機械なものであり、オペレータレバーの手動介入によって物理的に分離された、または障害状態または長時間の過電流状態の発生時に自動的に分離された電気接点を有しており、自動的に分離される場合、回路遮断器は、「トリップした」と見なされる。回路遮断器の電気接点の分離は、電磁的もしくは電気機械に、または両方の組み合わせによって行われ得る。
【0005】
従来の回路遮断器の重要な問題は、回路遮断器の電気機械構造に起因して、回路遮断器が障害状態に反応するのが遅いことである。従来の回路遮断器は、典型的には、障害状態を分離するために少なくとも数ミリ秒を必要とする。反応時間が遅いと、ボルテッド障害が十分に迅速に分離されない場合に短絡箇所で発生する可能性がある、有害な火災、電気機器の損傷、およびアークフラッシュの危険性が高まるため、望ましくない。アークフラッシュは、短絡状態を生じる導体の電気的爆発である。アークフラッシュでのエネルギー放出は、端子で３５，０００°Ｆを超える温度を生成し、これにより、金属導体を急速に気化させ、溶融金属をブラストするとともに、プラズマを膨張させて極端な力で外側に排出し得る。したがって、アークフラッシュは、生命、財産、および電気機器にとって、特に、ガス漏れのリスクが著しい産業環境および住宅環境で、極めて有害である。
【0006】
従来の回路遮断器は、障害の分離が遅いことに加えて、障害または長時間の過電流状態に応答して、トリップまでの時間と電流トリップ限界との両方において大きな変動を呈する。この変動は、主に、回路遮断器デバイスの電気機械設計の制限、および、取り付け応力および温度変動などの物理的要因の影響に起因する。トリップまでの時間および電流トリップ限界の変動自体は、デバイスが、同じタイプであり、同じ定格を有し、かつ同じ製造者製であっても、デバイスによって相違し得る。
【0007】
従来の回路遮断器は、回路遮断器がトリップされると高い分離能力を提供する。しかしながら、これらの回路遮断器の遅い反応時間、精度の欠如、および高次の変動性は、いずれも、非常に望ましくない特徴である。反応時間の遅さが、アークフラッシュの可能性に対する不十分な保護をもたらすだけでなく、高次の変動性および精度の欠如が、複雑なシステム内の複数の回路遮断器間の協調をほとんど不可能にする。
【0008】
保護デバイスとして、回路遮断器は、障害電流が回路遮断器トリップ電流定格を大きく超える場合でも、外部供給回路から障害を分離することができ、それによって内部の単一の障害点から保護しなければならない。回路遮断器のアンペア遮断容量（ＡＩＣ）定格は、回路遮断器デバイスの負荷側に障害が適用されたときに回路遮断器デバイスが安全にクリアする最大障害電流（アンペア単位）を示す。回路遮断器デバイスのＡＩＣ定格は、回路遮断器デバイスの障害なしで回路遮断器デバイスによって遮断され得る最大障害電流を表す。ＡＩＣ定格は、極めて高いレベルの短絡保護を要求し、国内の回路遮断器は、１０，０００アンペア以上を定格とすることが多い。
【0009】
従来の回路遮断器は、外部電源を負荷から遮断するかもしくは分離するためのスマート意思決定に基づく機能性を実装しないか、またはそれ以外に電圧および／もしくは電流などの電力の成分を監視もしくは測定し、電圧および／もしくは電流の測定および計算に基づいてインテリジェントな意思決定を行う。対照的に、従来の回路遮断器は、磁力、または別異の熱膨張パラメータを有する金属を有するバイメタル素子の膨張によって生成される機械的な力によって回路遮断器をトリップさせる電気機械構成要素に基づいて、過剰な負荷電力需要（例えば、電流過負荷、短絡）から保護するように動作する。インテリジェントなトリップ動作の欠如、および配電環境で作り出される粗野な力への依存は、過度のアーキング、遅いトリップ応答時間、および危険なほど高い内部動作温度などの過度の電力状態をもたらし得る。従来の回路遮断器が、フック、ばねなどのトリップを起こす機械部品に依存することは、火災の危険、デバイスの非信頼性、ならびに人命および財産の潜在的な損失に関して、災害の潜在性を増加させる。住宅または建物内の電気火災の一般的な原因は、信頼できない、障害のある電気機械保護デバイスおよび回路遮断器の結果であることが知られている。よって、従来の電気機械／熱磁気回路遮断器／保護デバイスの使用を排除し、かつ保護デバイスのより信頼性が高く効率的なソリューションを実装することが、回路遮断器および保護デバイス業界において望まれ、必要とされている。
【発明の概要】
【0010】
本開示の実施形態は、インテリジェント回路遮断器、ならびにインテリジェント回路遮断器を実装するためのシステムおよび方法を含む。例えば、一実施形態は、回路遮断器を含む。回路遮断器は、電気機械スイッチ、電流センサ、電圧センサ、およびプロセッサを備える。電気機械スイッチは、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、（ｉ）スイッチ閉鎖状態および（ｉｉ）スイッチ開放状態のうちの１つにされるように構成されている。電流センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成されている。電圧センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の経路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成されている。プロセッサは、電流検知信号および電圧検知信号を受信し、処理して、回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、かつ負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成されている。
【0011】
別の実施形態は、方法であって、外部電源と負荷を含む分岐回路との間に回路遮断器を接続することであって、回路遮断器は、（ｉ）外部電源を分岐回路に接続するためのスイッチ閉鎖状態、および（ｉｉ）外部電源を分岐回路から切断するためのスイッチ開放状態のうちの１つにされるように構成されている電気機械スイッチを含む、接続することと、回路遮断器を通る電流の流れを検知し、回路遮断器を通る検知された電流の流れの大きさを示す電流検知信号を生成することと、回路遮断器を通る電路上の点における電圧を検知し、検知された電圧の大きさを示す電圧検知信号を生成することと、電流検知信号および電圧検知信号を処理して、回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、負荷の電力使用情報を判定することと、を含む、方法を含む。
【0012】
別の実施形態は、システムであって、回路遮断器分電盤と、回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備える、システムを含む。回路遮断器分電盤は、外部電源に結合されたバスバーを備える。回路遮断器は、バスバーに結合された線路入力端子、分岐回路に接続された負荷出力端子、電気機械スイッチ、電流センサ、電圧センサ、およびプロセッサを備える。電気機械スイッチは、（ｉ）外部電源を分岐回路に接続するためのスイッチ閉鎖状態、および（ｉｉ）外部電源を分岐回路から切断するためのスイッチ開放状態、のうちの１つにされるように構成されている。電流センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成されている。電圧センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の経路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成されている。プロセッサは、電流検知信号および電圧検知信号を受信し、処理して、回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、かつ負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成されている。
【0013】
別の実施形態は、回路遮断器であって、固体双方向スイッチ、第１のスイッチ制御回路、電流センサ、電圧センサ、およびプロセッサを備える、回路遮断器を含む。固体双方向スイッチは、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、かつ（ｉ）スイッチオン状態および（ｉｉ）スイッチオフ状態のうちの１つにされるように構成されている。第１のスイッチ制御回路は、固体双方向スイッチの動作を制御するための制御信号を生成するように構成されている。電流センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成されている。電圧センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の経路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成されている。プロセッサは、電流検知信号および電圧検知信号を受信し、処理して、回路遮断器の動作ステータス情報を判定するように、かつ障害事象を判定するように、かつ負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成されている。
【0014】
別の実施形態は、方法であって、外部電源と負荷を含む分岐回路との間に回路遮断器を接続することであって、回路遮断器は、（ｉ）外部電源を分岐回路に接続するためのスイッチオン状態、および（ｉｉ）外部電源を分岐回路から切断するためのスイッチオフ状態のうちの１つにされるように構成されている固体双方向スイッチを備える、接続することと、回路遮断器を通る電流を検知し、回路遮断器を通る検知された電流の流れの大きさを示す電流検知信号を生成することと、回路遮断器を通る電路上の点における電圧を検知し、検知された電圧の大きさを示す電圧検知信号を生成することと、電流検知信号および電圧検知信号のうちの少なくとも１つに基づく障害事象の検出に応答して固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするための制御信号を生成することと、電流検知信号および電圧検知信号を処理して、回路遮断器の動作ステータスを判定し、負荷の電力使用を判定することと、を含む、方法を含む。
【0015】
別の実施形態は、システムであって、回路遮断器分電盤と、回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備える、システムを含む。回路遮断器分電盤は、外部電源に結合されたバスバーを備える。回路遮断器は、バスバーに結合された線路入力端子、分岐回路に接続された負荷出力端子、固体双方向スイッチ、第１のスイッチ制御回路、電流センサ、電圧センサ、およびプロセッサを備える。固体双方向スイッチは、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、かつ（ｉ）スイッチオン状態および（ｉｉ）スイッチオフ状態のうちの１つにされるように構成されている。第１のスイッチ制御回路は、固体双方向スイッチの動作を制御するための制御信号を生成するように構成されている。電流センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成されている。電圧センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の経路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成されている。プロセッサは、電流検知信号および電圧検知信号を受信し、処理して、回路遮断器の動作ステータス情報を判定するように、かつ障害事象を判定するように、かつ負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成されている。
【0016】
別の実施形態は、回路遮断器であって、固体スイッチ、エアギャップ電磁スイッチ、スイッチ制御回路機構、ゼロ交差検出回路、および電流センサを備える、回路遮断器を含む。固体スイッチとエアギャップ電磁スイッチは、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されている。スイッチ制御回路は、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチの動作を制御するように構成されている。ゼロ交差検出回路は、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路上のＡＣ電源波形のゼロ交差を検出するように構成されている。電流センサは、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流を検知し、かつ検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出するように構成されている。スイッチ制御回路機構は、電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後に、エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように、構成されている。スイッチ制御回路機構は、ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、エアギャップ電磁スイッチをいつスイッチ開放状態にするかを判定する。
【0017】
別の実施形態は、方法であって、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で流れる電流を検知することであって、回路遮断器は、固体スイッチと、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されたエアギャップ電磁スイッチと、を備える、検知することと、検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出することと、障害状態を検出することに応答して、固体スイッチをスイッチオフ状態にするための第１のスイッチ制御信号を生成することと、電路上の点におけるＡＣ波形のゼロ交差事象、およびゼロ交差事象に続くＡＣ波形の極性を検出することと、ゼロ交差事象に続くＡＣ波形の極性が固体スイッチのボディダイオードを逆バイアスすることを検出することに応答して、エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするための第２の制御信号を生成することと、を含む、方法を含む。
【0018】
別の実施形態は、システムであって、回路遮断器分電盤と、回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備える、システムを含む。回路遮断器分電盤は、外部電源に結合されたバスバーを備える。回路遮断器は、バスバーに結合された線路入力端子、分岐回路に接続された負荷出力端子、固体スイッチ、エアギャップ電磁スイッチ、スイッチ制御回路機構、ゼロ交差検出回路、および電流センサを備える。固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチは、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されている。スイッチ制御回路機構は、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチの動作を制御するように構成されている。ゼロ交差検出回路は、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路上のＡＣ電源波形のゼロ交差を検出するように構成されている。線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流を検知し、かつ検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出するように構成された、電流センサ。スイッチ制御回路機構は、電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後に、エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように、構成されている。スイッチ制御回路機構は、ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、エアギャップ電磁スイッチをいつスイッチ開放状態にするかを判定する。
【0019】
別の実施形態は、回路遮断器であって、固体スイッチ、検知抵抗器、電流検出回路、およびスイッチ制御回路を備える、回路遮断器を含む。固体スイッチおよび検知抵抗器は、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されている。電流検出回路は、（ｉ）検知抵抗器を流れる負荷電流に応答して検知抵抗器に生成される検知電圧をサンプリングし、（ｉｉ）サンプリングされた検知電圧に基づいて過電流障害状態を検出し、かつ（ｉｉｉ）過電流障害状態を検出することに応答して障害検出信号を出力するように構成されている。スイッチ制御回路は、固体スイッチを制御するように構成されており、スイッチ制御回路は、電流検出回路から出力された障害検出信号に応答して、固体スイッチをスイッチオフするように構成されている。
【0020】
別の実施形態は、回路遮断器であって、スイッチ、検知抵抗器、ゼロ交差検出回路、およびスイッチ制御回路を備える、回路遮断器を含む。スイッチおよび検知抵抗器は、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されている。ゼロ交差検出回路は、（ｉ）検知抵抗器を流れる負荷電流に応答して検知抵抗器に生成される検知電圧をサンプリングし、（ｉｉ）サンプリングされた検知電圧に基づいて負荷電流のゼロ交差を検出し、かつ（ｉｉｉ）負荷電流のゼロ交差を検出することに応答してゼロ交差検出信号を出力するように構成されている。スイッチ制御回路は、ゼロ交差検出回路の出力に基づいて、スイッチの動作を制御するように構成されている。
【0021】
別の実施形態は、回路遮断器であって、回路遮断器ハウジングと、回路遮断器ハウジング内に配設されたエアギャップスイッチと、エアギャップスイッチの開放状態および閉鎖状態の表示を提供するように構成された第１の視覚的インジケータと、を備える、回路遮断器を含む。第１の視覚的インジケータは、（ｉ）回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第１の窓、（ｉｉ）回路遮断器ハウジング内に配設された第１のインジケータ要素、および（ｉｉｉ）回路遮断器ハウジング内に配設された第２のインジケータ要素を備える。第１のインジケータ要素が、エアギャップスイッチの開放状態の表示を提供するように第１の窓を通して観視可能であるように、第１のインジケータ要素は、エアギャップスイッチが開放状態にされる際に第１の窓の後方の位置に移動するように構成されている。第２のインジケータ要素が、エアギャップスイッチの閉鎖状態の表示を提供するように第１の窓を通して観視可能であるように、第２のインジケータ要素は、エアギャップスイッチが閉鎖状態にされる際に第１の窓の後方の位置に移動するように構成されている。
【0022】
別の実施形態は、回路遮断器であって、回路遮断器ハウジングと、回路遮断器ハウジング内に配設されたエアギャップスイッチと、回路遮断器ハウジング内に配設されたアクチュエータ機構と、エアギャップスイッチの状態の表示を提供するように構成された第１の視覚的インジケータと、を備える、回路遮断器を含む。エアギャップスイッチは、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に配設された第１の接点および第２の接点を備える。エアギャップスイッチは、アクチュエータ機構に結合されており、アクチュエータ機構は、（ｉ）第１および第２の接点を機械的に離間させて、エアギャップスイッチを開放状態にして電路にエアギャップを作成し、かつ（ｉｉ）第１および第２の接点を機械的に合わせて、エアギャップスイッチを閉鎖状態にするように動作可能に構成されている。第１の視覚的インジケータは、（ｉ）回路遮断器ハウジングの一部として形成された第１の窓、（ｉｉ）アクチュエータ機構に結合された第１のインジケータ要素、および（ｉｉｉ）アクチュエータ機構に結合された第２のインジケータ要素を備える。第１のインジケータ要素が、エアギャップスイッチの開放状態の表示を提供するように第１の窓を通して観視可能であるように、アクチュエータ機構は、エアギャップスイッチを開放状態にする際に第１のインジケータ要素を第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されている。第２のインジケータ要素が、エアギャップスイッチの閉鎖状態の表示を提供するように第１の窓を通して観視可能であるように、アクチュエータ機構は、エアギャップスイッチを閉鎖状態にする際に第２のインジケータ要素を第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されている。
【0023】
別の実施形態は、回路遮断器であって、固体スイッチ、エアギャップスイッチ、アクチュエータ機構、手動制御スイッチ、電気機械アクチュエータ、制御回路、およびセンサスイッチを備える、回路遮断器を含む。固体スイッチおよびエアギャップスイッチは、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されている。エアギャップスイッチは、第１の接点および第２の接点を備える。アクチュエータ機構は、（ｉ）第１および第２の接点を機械的に離間させて、エアギャップスイッチを開放状態にして電路にエアギャップを作成し、かつ（ｉｉ）第１および第２の接点を機械的に合わせて、エアギャップスイッチを閉鎖状態にするように動作可能に構成されている。手動制御スイッチは、アクチュエータ機構に動作可能に結合されており、第１の位置と第２の位置との間で切り替わるように構成されており、手動制御スイッチを第１の位置に切り替えることにより、アクチュエータ機構は、エアギャップスイッチを開放状態にする。電気機械アクチュエータは、アクチュエータ機構に動作可能に結合されており、電気機械アクチュエータの作動により、アクチュエータ機構は、エアギャップスイッチを開放状態にする。制御回路機構は、固体スイッチおよび電気機械アクチュエータの動作を制御するように構成されており、（ｉ）制御回路機構は、固体スイッチをスイッチオン状態およびスイッチオフ状態のうちの１つにするように構成されている第１の制御信号、および（ｉｉ）電気機械アクチュエータの作動を制御するように構成されている第２の制御信号を生成するように構成されている。センサスイッチは、手動制御スイッチに動作可能に結合され、制御回路機構に電気的に接続されており、センサスイッチは、（ｉ）アクチュエータ機構にエアギャップスイッチを開放状態にさせる、第２の位置から第１の位置への手動制御スイッチの切り替わりを検出し、かつ（ｉｉ）第２の位置から第１の位置への手動制御スイッチの切り替わりを検出することに応答して、制御回路機構に第３の制御信号を出力するように構成されている。制御回路機構は、第３の制御信号に応答して、エアギャップスイッチが開放状態にされて電路にエアギャップを作成する前に、第１の制御信号を生成して、固体スイッチをスイッチオフ状態にするように、構成されている。
【0024】
別の実施形態は、回路遮断器デバイスであって、線路活性端子、線路中性端子、負荷活性端子、および負荷中性端子、固体スイッチ、エアギャップ電磁スイッチ、内部スイッチおよび分流抵抗器、スイッチ制御回路機構、ならびに障害検出回路機構を備える、回路遮断器デバイスを含む。固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチは、線路活性端子と負荷活性端子との間に直列に接続されている。内部スイッチおよび分流抵抗器は、第１のノードと第２のノードとの間に直列に接続されており、第１のノードは、線路活性端子と負荷活性端子との間の電路に沿った点を含み、第２のノードは、線路中性端子と負荷中性端子との間の電路に沿った点を含む。スイッチ制御回路は、固体スイッチおよび内部スイッチの動作を制御するように構成されている。障害検出回路機構は、障害状態を検出し、かつ障害状態の検出に応答して障害検出制御信号を生成するように構成されている。スイッチ制御回路機構は、障害検出制御信号に応答して、固体スイッチをスイッチオフ状態にするように構成されている。スイッチ制御回路は、障害検出制御信号に応答して内部スイッチをアクティブ化し、それによって第１および第２のノード間に接続された分流抵抗器を有する内部短絡経路を生成し、内部短絡電流を、エアギャップ電磁スイッチを通して流すようにさらに構成されている。内部短絡電流は、エアギャップ電磁スイッチをトリップし、かつそれによって線路活性端子と負荷活性端子との間の電路にエアギャップを作成するのに十分である。
【0025】
別の実施形態は、方法であって、回路遮断器デバイスの線路活性端子と負荷活性端子との間の電路で流れる電流を検知することであって、回路遮断器デバイスは、線路活性端子と負荷活性端子との間の電路で直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチを備える、検知することと、検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出することと、障害状態を検出することに応答して、（ｉ）固体スイッチに第１のスイッチ制御信号を印加して、固体スイッチをスイッチオフ状態にすること、および（ｉｉ）内部スイッチに第２のスイッチ制御信号を印加して、内部スイッチをアクティブ化し、それによって回路遮断器デバイス内に内部短絡経路を生成し、エアギャップ電磁スイッチを流れる内部短絡電流を生成することと、を含む、方法を含む。内部短絡電流の流れは、エアギャップ電磁スイッチをトリップさせ、それによって回路遮断器デバイスの線路活性端子と負荷活性端子との間の電路にエアギャップを作成する。
【0026】
別の実施形態は、システムであって、外部電源に結合された線路活性バスバーおよび線路中性バスバーを備える回路遮断器分電盤と、回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器デバイスと、を備える、システムを含む。回路遮断器デバイスは、線路活性バスバーに結合された線路活性端子、線路中性バスバーに結合された線路中性端子、ならびに分岐回路に接続された負荷活性端子および負荷中性端子を備える。回路遮断器デバイスは、線路活性端子と負荷活性端子との間に直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、第１のノードと第２のノードとの間に直列に接続された内部スイッチおよび分流抵抗器であって、第１のノードは、線路活性端子と負荷活性端子との間の電路に沿った点を含み、第２のノードは、線路中性端子と負荷中性端子との間の電路に沿った点を含む、内部スイッチおよび分流抵抗器と、（ｉ）固体スイッチおよび（ｉｉ）内部スイッチの動作を制御するように構成されているスイッチ制御回路機構と、障害状態を検出し、かつ障害状態の検出に応答して障害検出制御信号を生成するように構成されている障害検出回路機構と、をさらに備える。スイッチ制御回路機構は、障害検出制御信号に応答して、固体スイッチをスイッチオフ状態にするように構成されている。スイッチ制御回路機構は、障害検出制御信号に応答して内部スイッチをアクティブ化し、それによって第１および第２のノード間に接続された分流抵抗器を有する内部短絡経路を生成し、かつ内部短絡電流を、エアギャップ電磁スイッチを通して流すようにさらに構成されている。内部短絡電流は、エアギャップ電磁スイッチをトリップし、かつそれによって、線路活性端子と負荷活性端子との間の電路にエアギャップを作成するのに十分である。
【0027】
他の実施形態については、添付の図と併せて読まれる、以下の実施形態の詳細な説明に記載する。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1A】従来の熱磁気回路遮断器の概略回路図である。
【図2A】本開示の一実施形態による、電気機械スイッチを備えるインテリジェント回路遮断器の概略ブロック図である。
【図2B】本開示の別の実施形態による、電気機械スイッチを備えるインテリジェント回路遮断器の概略ブロック図である。
【図3A】本開示の一実施形態による、固体双方向スイッチを備えるインテリジェント回路遮断器の概略ブロック図である。
【図3B】本開示の別の実施形態による、固体双方向スイッチを備えるインテリジェント回路遮断器の概略ブロック図である。
【図4A】本開示の一実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る交流直流（ＡＣ－ＤＣ）変換器回路の概略ブロック図である。
【図5】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得るＡＣ－ＤＣ回路の概略回路図である。
【図6A】本開示の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチの概略回路図である。
【図6C】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチの概略回路図である。
【図6D】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチの概略回路図である。
【図6E】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチの概略回路図である。
【図6F】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチの概略回路図である。
【図6G】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチの概略回路図である。
【図6H】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチの概略回路図である。
【図7A】本開示の一実施形態による、固体双方向スイッチを制御するためのインテリジェント回路遮断器に実装され得る制御回路機構の概略ブロック図である。
【図8A】本開示の別の実施形態によるインテリジェント回路遮断器の高レベルの概略説明図である。
【図8B】本開示の一実施形態による、インテリジェント回路遮断器を負荷からガルバニックに分離するように構成されている分離回路を備えるインテリジェント回路遮断器の高レベル概略説明図である。
【図9A】本開示の一実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る、電源ブロックと、電流センサおよびエネルギーメータリング回路の電流センサブロックと、の概略図である。
【図9B】本開示の一実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る、電流センサおよびエネルギーメータリング回路の過電流検出ブロックの概略図である。
【図9C】本開示の一実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る、電流センサおよびエネルギーメータリング回路のエネルギーメータリングブロックの概略図である。
【図10】本開示の一実施形態による、障害状態の検出に応答してインテリジェント回路遮断器のスイッチを制御するための方法の流れ図である。
【図11】本開示の一実施形態による、障害状態を検出し、かつ障害状態から保護するためにインテリジェント回路遮断器によって実装される制御プロセスを例示する状態図である。
【図12】本開示の一実施形態によるインテリジェント回路遮断器を利用するインテリジェント配電および監視システムを概略的に例示している。
【図13】本開示の一実施形態による、インテリジェント回路遮断器のスイッチおよびインテリジェント回路機構を収容するために利用され得るハウジング構造の分解図である。
【図14】本開示の一実施形態による、分岐回路上のエネルギー使用を監視し、かつ分岐回路上の障害状態から保護するためにインテリジェント回路遮断器によって実装されるプロセスの流れ図である。
【図15】本開示の一実施形態による、分岐回路上のエネルギー使用を監視し、かつ分岐回路上の障害状態から保護するためにインテリジェント回路遮断器によって実装されるプロセスの流れ図である。
【図16】本開示の一実施形態による、回路遮断器に接続された負荷のタイプを識別するように、かつ識別された負荷タイプに基づいて負荷を制御するように構成されているインテリジェント回路遮断器の概略ブロック図である。
【図17】本開示の一実施形態による、インテリジェント回路遮断器によって実装される負荷識別および制御プロセスの方法の流れ図である。
【図18A】本開示の一実施形態による、地絡障害状態およびアーク障害状態を監視し、かつ検出された障害状態に応答して回路遮断を提供するように構成されているインテリジェント回路遮断器の概略ブロック図である。
【図20】本開示の一実施形態による電流ゼロ交差検出器回路を概略的に例示している。
【図21B】本開示の一実施形態による、図２０の電流ゼロ交差検出回路の動作モードを例示する様々な波形を描示するものであって、図２０の電流ゼロ交差検出回路の動作モードを例示するシミュレートされた信号波形を例示している。
【図22】本開示の一実施形態による短絡検出回路を概略的に例示している。
【図24】本開示の別の実施形態によるインテリジェント回路遮断器を概略的に例示している。
【図25B】インテリジェント回路遮断器の固体スイッチがスイッチオフ状態にあり、かつインテリジェント回路遮断器のエアギャップ電磁スイッチがスイッチ閉鎖状態にあるときの、図２４のインテリジェント回路遮断器の負荷側の出力電圧波形を例示している。
【図27】本開示の別の実施形態によるインテリジェント回路遮断器を概略的に例示している。
【図28A】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器の動作ステータスを示すように構成されている複数の視覚的インジケータを備えるインテリジェント回路遮断器の斜視図である。
【図28B】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器の動作ステータスを示すように構成されている複数の視覚的インジケータを備えるインテリジェント回路遮断器の斜視図である。
【図28C】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器の動作ステータスを示すように構成されている複数の視覚的インジケータを備えるインテリジェント回路遮断器の概略図である。
【図28D】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器の動作ステータスを示すように構成されている複数の視覚的インジケータを備えるインテリジェント回路遮断器の概略図である。
【図28E】本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器の動作ステータスを示すように構成されている複数の視覚的インジケータを備えるインテリジェント回路遮断器の概略図である。
【図29】本開示の別の実施形態によるインテリジェント回路遮断器を概略的に例示している。
【発明を実施するための形態】
【0029】
ここで、インテリジェント回路遮断器ならびにインテリジェント回路遮断器を実装するためのシステムおよび方法に関して、本開示の実施形態についてさらに詳細に記載する。同一または類似の特徴、要素、または構造を表すために、図面全体を通して同一または類似の参照番号が使用され、したがって、同一または類似の特徴、要素、または構造の詳細な説明を、図面の各々について繰り返さないことを理解されたい。加えて、割合、範囲などに関して本明細書で使用される場合、「約」または「実質的に」という用語は、近いか、または近接するが、丁度ではないことを表すことを意味する。例えば、本明細書で使用される場合、「約」または「実質的に」という用語は、述べられる量の１％以下などの小さな許容範囲の誤差が存在することを含意している。本明細書で使用される場合、「例示的な」という用語は、「例、事例、または例示として役立つ」を意味する。「例示的な」として本明細書に記載される任意の実施形態または設計は、他の実施形態または設計よりも好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。
【0030】
図１Ａおよび図１Ｂは、従来の熱磁気回路遮断器１００を概略的に例示しており、図１Ａは、熱磁気回路遮断器１００の概略回路図であり、図１Ｂは、熱磁気回路遮断器１００のハウジング１０１の斜視図である。特に、図１Ａは、外部電源１１０（本明細書ではＡＣ幹線１１０と称される）と、回路遮断器１００によって保護される分岐回路に接続されている負荷１２０と、の間に接続された熱磁気回路遮断器１００を例示している。図１Ａにさらに例示されるように、回路遮断器１００は、典型的には、ＡＣ幹線１１０の活性相１１１（「線路活性」と称される）と負荷１２０の負荷活性線１２１との間に接続されている一方、ＡＣ幹線１１０の中性相１１２（「線路中性」と称される）は、負荷１２０の負荷中性線１２２に直接接続されている。
【0031】
回路遮断器１００は、手動スイッチ機構（図示せず）によって手動で開閉される電気機械スイッチ１０２を備える。電気機械スイッチ１０２は、スイッチ１０２と直列に接続されたソレノイド１０６と、同様にスイッチ１０２と直列に接続されたバイメタル素子１０８（抵抗素子によって加熱される）と、を備える熱磁気アクチュエータに機械的に結合（１０４）されている。機械的結合１０４は、第１の閾値を超える（例えば、回路遮断器１００の電流定格を超える）活性相１１１から流れる瞬時電流が、ソレノイド１０６にスイッチ１０２の接点を分離させ、それによって回路を開き、回路遮断器１００を「トリップ」させるように構成されている。ソレノイド１０６（例えば、電磁石）は、電流とともに増加する引っ張り力を発動する。回路遮断器接点は、ラッチによって閉じるように保持される。ソレノイド１０６の電流が、回路遮断器の定格を超えて増加すると、ソレノイドの引っ張りは、ラッチを解放し、これにより、接点がばね作用によって開放する。
【0032】
加えて、機械的結合１０４は、第２のより低い閾値での長時間の過剰電流が、バイメタル素子１０８にスイッチ１０２の接点を分離させ、それによって回路遮断器１００をトリップさせるように構成されている。バイメタル素子１０８は、それほど極端ではないがより長期の過電流状態に応答する。回路遮断器１００の熱機構は、過電流が大きいほど回路遮断器１００をそれだけ早くトリップさせるが、小さい過負荷ほどそれだけ長い時間持続することを可能にする、時間応答特徴を提供する。このことは、モータまたは他の非抵抗性負荷がスイッチオンされるときに生じるような短時間電流スパイクを可能にする。これに関して、ソレノイド１０６（電磁石機構）は、電流の大きなサージ（短絡）に瞬時に応答し、バイメタル素子１０８は、それほど極端ではないが長期の過電流状態に応答する。トリップすると、回路遮断器１００は、手動スイッチ機構を使用して手動でリセットされなければならない。
【0033】
図１Ａにさらに例示されるように、線路中性１１２は、典型的には、回路遮断器分電盤内のアース接地１１４（ＧＮＤ）に接合されており、アース接地接続部１１６が、回路遮断器分電盤内の接地バーから負荷１２０の接地接続まで作製されている。アース接地接続部１１６は、負荷１２０での地絡障害事象の発生時に、地絡帰線電流が流れるための代替の低抵抗経路を提供する。アース接地接続部１１６は、アーク障害検知およびアーク障害回路遮断（ＡＦＣＩ）、ならびに地絡障害検知および地絡障害回路遮断（ＧＦＣＩ）などの保護を提供する他の回路遮断器またはレセプタクル設計に有用である。さらに、ＡＦＣＩおよびＧＦＣＩ保護を提供するように設計されている回路遮断器１００には、線路中性ワイヤ（図１Ａまたは図１Ｂに図示せず）が含まれるであろう。
【0034】
図１Ｂは、通常、成形プラスチック部品を使用して製造される住宅用回路遮断器のための従来のハウジング１０１を例示している。いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器は、インテリジェント回路遮断器を既存のハウジングと後方互換性を有し、かつ既存の分電盤に改造することを可能にするために、住宅および／または商業用途のための標準ハウジングを使用して実装される。当業者は、開示される技術の回路、アルゴリズム、熱交換器、および他の態様が、他の場所または国において必要とされる様々な形態要素に調整され得ることを認識するであろう。本アプローチは、伝統的な様式の遮断器要素を使用する必要がない、例えば特に伝統的な遮断器ハウジングを使用しないことが、本明細書で企図される。
【0035】
本開示の実施形態によれば、インテリジェント回路遮断器は、従来の回路遮断器よりも迅速に、短絡状態、過電流状態、および他のタイプの障害を分離するための比較的高速の応動時間を有しながら、高い分離能力を提供するように設計されている。インテリジェント回路遮断器は、リアルタイムでプログラム可能であり得る時間電流特性を有して設計されており、従来の回路遮断器と比較してより正確であり、変動性が低い。例えば、いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器は、高エネルギー分岐回路上の障害を分離するための高速の応動時間を可能にする低電力の固体双方向スイッチを実装する。インテリジェント遮断器は、回路遮断器の設置場所とは独立し、それによって短絡導体のインピーダンスを低減させる複数の障害点のサポートを提供するために接続されたスマートデバイスと通信するように設計されている。
【0036】
本開示の実施形態によるインテリジェント回路遮断器は、従来の回路遮断器と比較して、追加の安全性、拡張された利便性、追加のエネルギー認識、制御、省エネルギー、および改善された状況認識を提供する。以降でさらに詳細に説明されるように、インテリジェント回路遮断器は、ＡＣ幹線開閉技術、ＡＣ－ＤＣ変換技術、内部短絡トリップ技術、多様な斬新なユースケースを可能にするために無線でステータスおよびセンサデータを伝達するための技術、障害を検出するためのアルゴリズム、内部デバイス障害の検出およびそれからの保護のための技術、無線アップデートを通じた新しいタイプの負荷を処理するための技術、熱エネルギーを交換するための技術、崩壊設備事象中にもおけるリモート通知、制御、監視、およびビッグデータ収集のクラウドサービスサポートのための技術、分流抵抗電流検知、エネルギーメータリング、および過電流検出のための回路技術、障害状態を回避するための技術を含む、インテリジェント処理を実装するための様々な機能性および制御回路を実装する。これらは、それら自体が、かつそれらのみで新規の技術であるが、安全性の改善、利便性の拡大、追加の制御、エネルギー認識、省エネルギー、および状況認識の改善という課題に対処する観点でのそれらの真の影響である。
【0037】
図２Ａは、本開示の実施形態によるインテリジェント回路遮断器の概略ブロック図である。特に、図２Ａは、ＡＣ幹線１１０と負荷１２０との間に接続されたインテリジェント回路遮断器２００を概略的に例示する。インテリジェント回路遮断器２００は、電気機械ＡＣスイッチ２０２、電流センサ２０４、第１の電圧センサ２０６、第２の電圧センサ２０８、ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構２１０、プロセッサ２２０、プロセッサリセットスイッチ２２２、および関連付けられたアンテナ２３２を有する無線周波数（ＲＦ）送受信機２３０を備える。電気機械ＡＣスイッチ２０２は、回路遮断器２００の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、ＡＣ幹線１１０の線路活性１１１は、線路入力端子に接続されており、負荷１２０の負荷活性１２１は、負荷出力端子に接続されている。ＡＣ幹線１１０の線路活性１１１は、電気機械ＡＣスイッチ２０２がスイッチ閉鎖状態にあるとき、負荷活性１２１に接続されている。この実施形態では、線路中性１１２（例えば、遮断器分電盤内のアース接地１１４に接合される）は、インテリジェント回路遮断器２００の電子回路機構のローサイド電圧基準（例えば、接地）として機能する。
【0038】
いくつかの実施形態では、電気機械ＡＣスイッチ２０２は、図１Ａと併せて上記で論じた熱磁気回路遮断器１００と同じまたは類似の熱磁気トリップおよびスイッチ機構を備え、電気機械ＡＣスイッチ２０２は、熱スイッチング機構（例えば、バイメタルスイッチ）および電磁スイッチング機構（例えば、ソレノイド）を含む。電気機械ＡＣスイッチ２０２は、オペレータが、手動スイッチ（またはアクチュエータレバー）を使用して活性経路を手動で無効にするか、または障害状態（例えば、短絡状態、過電流状態など）が電気機械ＡＣスイッチ２０２によって検出されると自動的に無効にするかのいずれかのときに、「開放された」回路を提供するように構成されている。
【0039】
プロセッサ２２０は、電流センサ２０４および第１および第２の電圧センサ２０６および２０８と連動して、エネルギー利用の監視および障害状態の検出などの機能を実行する。例えば、いくつかの実施形態では、プロセッサ２２０は、（ソフトウェアおよび／またはハードウェアを介して）負荷１２０での障害状態（例えば、短絡状態、過電流状態、過電圧状態など）、またはインテリジェント回路遮断器２００内の内部障害状態の存在を検出し、かつ制御線２０２－１上に制御信号を生成して、電磁気構成要素（例えば、ソレノイド）の電気接点を開放させ、それによって線路活性１１１を負荷活性１２１から切断するように構成されている。他の実施形態では、インテリジェント回路遮断器２００は、例えば本明細書で論じられるような技術を使用して、アーク障害回路遮断および／または地絡障害回路遮断機能をサポートするための追加のセンサ回路機構および／または処理機能性を備える。
【0040】
プロセッサ２２０は、１つ以上の処理アーキテクチャを使用して実装され得る。例えば、プロセッサ２２０は、中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、システムオンチップ（ＳＯＣ）、および他のタイプのプロセッサ、ならびに、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェアなどに基づく処理機能を実行することができる、そのようなプロセッサの部分または組み合わせを備えてもよい。いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器２００の様々な構成要素（例えば、２０４、２０６、２０８、２１０、２２０、および／または２３０）の固体回路機構は、システムオンチップとして単一のダイ上に実装され得る。いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器２００の様々な構成要素（例えば、２０４、２０６、２０８、２１０、２２０、および／または２３０）の固体回路機構は、高密度の異種統合ソリューションを提供するマルチチップモジュール（例えば、システムインパッケージ）として一体的にパッケージ化されている１つ以上の別個のダイに実装され得る。
【0041】
プロセッサ２２０は、ＲＦ送受信機２３０を利用して、リモートノード、デバイス、システムなどと無線通信し、エネルギー利用のリモート監視および障害状態の検出をサポートする。プロセッサリセットスイッチ２２２は、例えばプロセッサ２２０へのＤＣ電源の喪失などがあるとき、特定の状態下でプロセッサ２２０のステータスをリセットするために利用される。いくつかの実施形態では、プロセッサリセットスイッチ２２２は、トリップ事象に続くスイッチレバーの手動リセットがプロセッサリセットスイッチ２２２の機械的な作動も引き起こすように、電気機械ＡＣスイッチ２０２の手動スイッチレバー機構（例えば、アクチュエータレバー）に機械的に結合されている手動結果スイッチを含む。
【0042】
電流センサ２０４ならびに電圧センサ２０６および２０８は、インテリジェント回路遮断器２００の開回路または損傷もしくは故障した内部構成要素を示す状態を検知し、かつ検出するように、かつ回路の安全な開閉のためのタイミングを提供するように構成されている。特に、電流センサ２０４は、インテリジェント回路遮断器２００を通る活性線経路の負荷１２０によって引き出される電流の大きさを検出するように構成されている。電流センサ２０４は、電流検知抵抗器、電流増幅器、ホール効果電流センサなどを含むが、これらに限定されない、任意の好適なタイプの電流検知回路を使用して実装され得る。電流センサ２０４は、１つ以上のデータ入手および制御線２０４－１によってプロセッサ２２０に結合されている。
【0043】
第１および第２の電圧センサ２０６および２０８は、回路遮断器２００を通る活性線経路に沿った異なる点における電圧を監視するように構成されている。例えば、図２Ａに示されるように、第１の電圧センサ２０６は、電気機械ＡＣスイッチ２０２の上流の活性線経路に結合されて、ＡＣ幹線１１０のＡＣ供給電圧を監視し、第２の電圧センサ２０８は、電気機械ＡＣスイッチ２０２の下流の活性線経路に結合されて、インテリジェント回路遮断器２００に接続され、かつインテリジェント回路遮断器２００によって保護される分岐回路上の負荷電圧を監視する。電圧センサ２０６および２０８は、それぞれ１つ以上のデータ入手および制御線２０６－１および２０８－１によってプロセッサ２２０に結合されている。
【0044】
電圧センサ２０６および２０８は、ゼロ交差検出器回路を含むが、これらに限定されない、任意の好適なタイプの電圧検知回路機構を使用して実装され得る。ゼロ交差検出器は、ＡＣ波形を入力として受信し、入力ＡＣ波形をゼロ基準電圧（例えば、線路中性電圧）と比較し、かつＡＣ波形がゼロ基準電圧と交差するときに一致する正からおよび負からのＡＣ波形遷移を検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出器回路機構は、ＡＣ電圧波形の各ゼロ交差検出時に論理「１」と論理「０」との間で遷移する方形波出力を生成するように構成されている。他の実施形態では、ゼロ交差検出器回路機構は、ＲＣ調整可能な持続時間を有する時短パルス（約３ｕｓ）を生成するように構成されている。
【0045】
ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構２１０は、電流センサ２０４、電圧センサ２０６および２０８、プロセッサ２２０、ならびにＲＦ送受信機２３０を含む、インテリジェント回路遮断器２００の様々な回路機構および要素にＤＣ供給電力を提供するように構成されている。電気機械ＡＣスイッチ２０２が開放状態にある障害の間、ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構２１０は、給電されたままである。いくつかの実施形態では、ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構２１０は、外部停電の直後にＤＣサブシステムに電力供給するための十分な蓄電容量を備え、これにより、外部電源が崩壊する際に、関連する停電または短絡の情報がプロセッサ２２０によって取得され、記憶され、次いで、ＲＦ送受信機２３０を使用して、リモートノード、デバイス、またはシステムに無線で伝送され得る。負荷を意図的に切断して、範囲外の電圧事象中の損傷を防止することができるように、ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構２１０はまた、負荷短絡事象中に、活性線および負荷の崩壊電圧によってプルダウンすることなくＤＣサブシステムに給電するのに十分な静電容量を含んでもよい。
【0046】
図２Ｂは、本開示の別の実施形態によるインテリジェント回路遮断器の概略ブロック図である。特に、図２Ｂは、ＡＣ幹線１１０と負荷１２０との間に接続されたインテリジェント回路遮断器２０１を概略的に例示している。インテリジェント回路遮断器２０１は、インテリジェント回路遮断器２０１が電流センサおよびエネルギーメータリング回路機構２４０、ヒューズ２５０、および内部短絡スイッチ２６０を備えることを除いて、図２Ａのインテリジェント回路遮断器２００と同様である。電流センサおよびエネルギーメータリング回路機構２４０は、回路遮断器２０１を通る活性線経路の負荷１２０によって引き出されている電流の大きさを検出するとともに、プログラム可能な過電流検出システムおよびインテリジェントエネルギーメータリング回路機構を実装するように構成されている。電流センサおよびエネルギーメータリング回路２４０の例示的な実施形態については、図９Ａ、図９Ｂ、および図９Ｃと併せて以降で論じる。
【0047】
ヒューズ２５０は、内部障害から回路遮断器２０１を保護するために、またはデバイス障害の発生時などに、単純な寿命終了無効化機構を提供するために実装される。いくつかの実施形態では、図２Ｂに示されるように、内部短絡スイッチ２６０は、回路遮断器２０１のＡＣ活性線経路と線路中性１１２との間に接続されており、内部短絡スイッチ２６０は、ヒューズ２５０と電気機械ＡＣスイッチ２０２との間のある点でＡＣ活性線経路に接続されている。内部短絡スイッチ２６０は、プロセッサ２２０によって生成され、かつスイッチ制御線２２０－１を介して短絡スイッチ２６０に印加される制御信号に応答する。この構成では、プロセッサ２２０は、デバイス障害の発生時などに寿命終了無効化機構を実装することができ、プロセッサ２２０は、制御線２２０－１上に制御信号を出力して、内部短絡スイッチ２６０をアクティブ化し、ヒューズ２５０を溶断させて、インテリジェント回路遮断器２０１を無効化する。他の実施形態では、例えば、デバイス障害が検出された後の任意の時点で電気機械ＡＣスイッチ２０２をスイッチ閉鎖状態にされないようにするか、または、デバイス障害が検出された後に遮断器を投入する（手動スイッチのアクティブ化を介して）個々の試みを任意の回数、直ちに電気機械ＡＣスイッチ２０２をトリップさせる（かつスイッチ開放状態にする）制御信号を生成するように、プロセッサ２２０を構成することによって、寿命終了無効化機構を実装することができる。
【0048】
他の実施形態では、電気機械ＡＣスイッチ２０２をトリップさせる障害を内部的にトリガするための機構として、内部短絡スイッチをインテリジェント回路遮断器に実装することができる。例えば、図２Ａおよび２Ｂの例示的な実施形態では、電気機械ＡＣスイッチ２０２の負荷側のＡＣ活性線経路と線路中性１１２との間に、内部短絡スイッチを接続することができる。プロセッサ２２０は、内部短絡スイッチをアクティブ化し、かつ電気機械ＡＣスイッチ２０２の負荷側で短絡障害状態を生成し、それによって電気機械ＡＣスイッチ２０２をトリップさせるためのスイッチ制御信号を生成するように構成され得る。この構成では、プロセッサ２２０は、電流ならびに／または電圧センサ２４０、２０６、および２０８によって生成されたセンサデータに基づいて、安全でない状態または内部回路遮断器障害の存在を検出し、次いで、内部短絡スイッチ２６０をアクティブ化し、それによって電気機械ＡＣスイッチ２０２をトリップさせるため制御信号を生成することができる。加えて、プロセッサ２２０が切断するためのリモートコマンドを受信したことに応答して、または過熱、過剰な水分、またはデバイス障害などの安全でない局所的な状態の検出に応答して、内部短絡トリガ事象をトリガすることができる。
【0049】
図３Ａは、本開示の別の実施形態によるインテリジェント回路遮断器の概略ブロック図である。特に、図３Ａは、ＡＣ幹線１１０と負荷１２０との間に接続されたインテリジェント回路遮断器３００を概略的に例示している。インテリジェント回路遮断器３００は、エアギャップ電磁スイッチ３０２、固体双方向スイッチ３０４、エアギャップ電磁スイッチ３０２の動作を制御するように構成されているスイッチ制御回路機構３０６、ユーザがエアギャップ電磁スイッチ３０２を手動で開閉することを可能にする手動スイッチ３０７、および固体双方向スイッチ３０４の動作を制御するように構成されているスイッチ制御回路機構３０８を備える。加えて、図２Ａの例示的な実施形態と同様に、図３Ａのインテリジェント回路遮断器３００は、電流センサ２０４、第１の電圧センサ２０６、第２の電圧センサ２０８、ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構２１０、プロセッサ２２０、プロセッサリセットスイッチ２２２、およびＲＦ送受信機２３０および関連付けられたアンテナ２３２を備え、これらは、上記で論じたような機能と同じまたは類似の機能を実行するように構成されている。他の実施形態では、上述したように、固体回路機構およびインテリジェント回路遮断器３００の構成要素にＤＣ電力を提供するために、外部ＤＣ電源を実装することができる。
【0050】
いくつかの実施形態では、エアギャップ電磁スイッチ３０２は、電気接点のセットを物理的に開閉するように構成されている任意の好適なタイプの電磁トリップおよび機械スイッチ機構を備え、エアギャップ電磁スイッチ３０２がスイッチ開放状態にあるときに、電気接点の間にエアギャップが作成される。例えば、エアギャップ電磁スイッチ３０２は、スイッチ制御回路機構３０６からの制御信号に応答して、エアギャップ電磁スイッチ３０２の電気接点を自動的に開閉するラッチングソレノイドまたはリレー素子を備えてもよい。いくつかの実施形態では、スイッチ制御回路機構３０６およびエアギャップ電磁スイッチ３０２は、エアギャップ電磁スイッチ３０２の電気接点を、スイッチ制御回路機構３０６によって自動的に開放するが、スイッチ制御回路機構３０６の動作によって自動的に閉鎖しないことができるように構成されている。この事例では、エアギャップ電磁スイッチ３０２の電気接点は、手動スイッチ３０７の操作によって手動で閉鎖される。
【0051】
いくつかの実施形態では、スイッチ制御回路機構３０８は、センサ（例えば、電流センサ２０４、電圧センサ２０６および２０８など）のうちの１つ以上からの制御信号に応答して、センサによって検出された障害状態に応答して、エアギャップ電磁スイッチ３０２をいつ開放すべきかを判定する。いくつかの実施形態では、スイッチ制御回路機構３０６は、プロセッサ２２０から（制御線３０６－１を介して）受信された制御信号に応答して、電流センサ２０４ならびに電圧センサ２０６および２０８から取得されたセンサデータをプロセッサ２２０が分析した結果としてプロセッサ２２０によって検出される短絡障害、過電流障害、および他の障害などの障害状態に応答して、エアギャップ電磁スイッチ３０２の開放を制御する。
【0052】
加えて、エアギャップ電磁スイッチ３０２は、人がエアギャップ電磁スイッチ３０２の電気接点を手動で開閉し、それによってエアギャップ電磁スイッチ３０２を手動でスイッチ開閉することを可能にする手動スイッチ３０７を備える。手動スイッチ３０７の状態（アクティブ化されているか、または非アクティブ化されている）は、手動スイッチ３０７とプロセッサ２２０との間に接続された検知線３０７－１上に存在する電気信号に基づいて、プロセッサ２２０によって検出され得る。線路活性１１１と負荷活性１２１との間の線路経路におけるエアギャップの作成は、負荷１２０からのＡＣ幹線１１０の完全な分離を提供し、線路活性１１１から負荷１２０への電流の流れを防止する（また、固体双方向スイッチ３０４がスイッチオフ状態にあるときに、固体双方向スイッチ３０４によって生成され得る漏れ電流の流れを防止する）。
【0053】
図３Ａに示されるように、エアギャップ電磁スイッチ３０２は、インテリジェント回路遮断器３００の線路入力端子と負荷出力端子との間の固体双方向スイッチ３０４と直列に接続されている。エアギャップ電磁スイッチ３０２は、（図３Ａに示されるように）固体双方向スイッチ３０４の線路側、または固体双方向スイッチ３０４の負荷側のいずれかに配設され得る。固体双方向スイッチ３０４は、電力ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）デバイスおよび関連付けられたバイアス回路機構などの電気的に制御された固体スイッチングデバイスを含む。固体双方向スイッチ３０４の例示的な実施形態については、図６Ａ～６Ｈと併せて以降でさらに詳細に論じる。半導体ＭＯＳＦＥＴデバイスは、シリコンベースの固体デバイス、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）もしくはヒ化ガリウム（ＧａＮ）ベースの固体デバイスであり得る。
【0054】
固体双方向スイッチ３０４は、スイッチ制御回路機構３０８によって生成されるゲート制御信号に応答して、固体双方向スイッチ３０４をスイッチオン状態またはスイッチオフ状態にするように、スイッチ制御回路機構３０８によって制御される。いくつかの実施形態では、スイッチ制御回路機構３０８機構は、プロセッサ２２０から（制御線３０８－１を介して）受信された制御信号に応答して、電流センサ２０４ならびに電圧センサ２０６および２０８から取得されたセンサデータをプロセッサ２２０が分析した結果としてプロセッサ２２０によって検出される短絡障害、過電流障害、および他の障害などの障害状態に応答して、固体双方向スイッチ３０４をスイッチオフする。
【0055】
他の実施形態では、スイッチ制御回路機構３０８は、障害状態の検出に応答して電流センサ２０４（および他のセンサ、例えば電圧センサ２０６および２０８）によって生成され、かつ制御線２０４－１上でスイッチ制御回路機構３０８に伝送された制御信号に応答する制御回路機構を備える。スイッチ制御回路機構３０８は、そのような制御信号に応答して、固体双方向スイッチ３０４のアクティブ化および非アクティブ化を制御するためのゲーティング制御信号を生成する。他の実施形態では、スイッチ制御回路機構３０８は、負荷側短絡障害を検出し、かつ検出された短絡障害に応答して固体双方向スイッチ３０４を自動的に非アクティブ化するように構成されている短絡検出回路機構を備える。短絡検出回路機構を備えるスイッチ制御回路機構３０８の例示的な実施形態については、図７Ａおよび７Ｂと併せて以降でさらに詳細に論じる。加えて、スイッチ制御回路機構３０８は、スイッチ３０４がスイッチオフ状態にあるときに、固体双方向スイッチ３０４の漏れを制御し、かつ最小限に抑える目的で、固体双方向スイッチ３０４の駆動電圧を制御するように構成されている。
【0056】
固体双方向スイッチ３０４の実装は、インテリジェント回路遮断器３００が、固体双方向スイッチ３０４の急速な非アクティブ化によって、過電流障害状態、負荷側短絡障害状態、内部障害状態、過電圧状態などの差し迫った障害状態に迅速に応答することを可能にすることを理解されたい。実際、障害状態を分離するために固体双方向スイッチ３０４を非アクティブ化するための応答時間は、固体双方向スイッチ３０４がマイクロ秒またはナノ秒程度でスイッチオン状態からスイッチオフ状態に遷移することができるため、障害状態を分離するための電気機械ＡＣスイッチの自動トリップと関連付けられた応答時間よりも約１０００倍高速になり得る（例えば、数ミリ秒程度で）。さらなる利点として、固体双方向スイッチ３０４は、従来の電気機械回路遮断器と比較して、より正確で繰り返し可能である時間電流特性プロファイルを有する。このことにより、固体双方向スイッチ３０４によって伝導される電流を、それらの存続時間にわたって変動する時間電流特性を有する従来の電気機械回路遮断器と比較して、より正確に制御することが可能になる。
【0057】
いくつかの実施形態では、固体双方向スイッチ３０４がスイッチオフ状態にされることに応答してエアギャップ電磁スイッチ３０２がスイッチ開放状態にされるように、インテリジェント回路遮断器３００のプロセッサ２２０によって実装される制御ロジックは、スイッチ制御回路機構３０６にスイッチ制御信号を発行するように構成されている。いくつかの実施形態では、固体双方向スイッチ３０４をスイッチオン状態にする前にエアギャップ電磁スイッチ３０２がスイッチ閉鎖状態にされるように、プロセッサ２２０によって実装される制御ロジックは、スイッチ制御回路機構３０６にスイッチ制御信号を発行するように構成されている。加えて、プロセッサ２２０は、エアギャップ電磁スイッチ３０２の手動スイッチ３０７が、エアギャップ電磁スイッチ３０２の電気接点を手動で開放するように作動される手動スイッチ開放事象を監視し、かつ検出するように構成されている。手動スイッチ開放事象に応答して、プロセッサ２２０は、スイッチ制御回路機構３０８に、固体双方向スイッチ３０４をスイッチオフ状態にするための制御信号を生成し、出力する。
【0058】
上記に概説したようなスイッチタイミング制御スキームは、（ｉ）固体双方向スイッチ３０４をスイッチオン状態にする前に、エアギャップ電磁スイッチ３０２がスイッチ閉鎖状態にされること、および（ｉｉ）エアギャップ電磁スイッチ３０２の手動オペレータ切断の検出に応答して、固体双方向スイッチ３０４が自動的にスイッチオフ状態にされ、それによってエアギャップ電磁スイッチ３０２の電気接点の開放前に固体双方向スイッチ３０４を非アクティブ化することを保証することによって、エアギャップ電磁スイッチ３０２の電気接点間の電気アークの生成を防止するか、または最小限に抑える。別の実施形態では、スイッチ制御スキームは、インテリジェント回路遮断器３００を「待機」状態で動作させるように構成されており、固体双方向スイッチ３０４は、スイッチオフ状態にあり、エアギャップ電磁スイッチ３０４は、スイッチ閉鎖状態にある。
【0059】
そのようなスイッチ制御構成では、エアギャップ電磁スイッチ３０２の電気接点は、スイッチ閉鎖状態で高エネルギー流をサポートするように構成されているが、電気接点間のアーキングを防止するか、または最小限に抑えるために、低電流の流れの状態の間のみ移動するように設計されてもよい。例えば、活性線経路上の電流の大きさが事前選択された値未満である場合に、エアギャップ電磁スイッチ３０２が作動されるスイッチ制御スキームを実装することができる。エアギャップ電磁スイッチ３０２内のアーキングの防止は、エアギャップ電磁スイッチ３０２の小型化を可能にする。
【0060】
エアギャップ電磁スイッチ３０２の実装は、インテリジェント回路遮断器３０１のための追加の安全特徴を提供する。例えば、エアギャップ電磁スイッチ３０２は、固体双方向スイッチ３０４が障害を起こした場合に障害分離のためのフェイルセーフ機構を提供する。様々なセンサ２０４、２０６、および２０８から取得されたリアルタイムセンサデータを分析することによって、プロセッサ２２０は、固体双方向スイッチ３０４の障害状態を検出するか、または潜在的な過電流または短絡の障害状態を別様に検出するように構成され得る。そのような事例では、プロセッサ２２０は、スイッチ制御回路機構３０６に、エアギャップ電磁スイッチ３０２をスイッチ開放状態にするための制御信号を生成し、出力することができる。
【0061】
いくつかの実施形態では、電流センサ２０４は、活性線経路で直列に接続されている検知抵抗器を備える。以降でさらに詳細に説明されるように、検知抵抗器は、検知抵抗器を流れる負荷電流の結果として負担電圧または検知電圧を生成するように構成されており、負担電圧または検知電圧は、１つ以上の検知回路（例えば、電流センサ回路、短絡検知回路、エネルギーメータリング回路など）によって測定され、かつ処理されて、障害状態を検出し、プロセッサの支援なしに固体スイッチを直接制御する。このことにより、プロセッサまたはＣＰＵ応答の不確定時間を回避することによって、応動時間を高速化することができる。
【0062】
加えて、エアギャップスイッチ３０２は、エアギャップスイッチ３０２がスイッチ開放状態にされているとき、ＡＣ幹線１１０と負荷１２０との間にガルバニック分離を提供する。エアギャップが形成されていると、電流は、ＡＣ幹線１１０から負荷１２０に流れることができない。そのようなガルバニック分離は、固体双方向スイッチ３０４がスイッチオフ状態にあるときに、固体双方向スイッチ３０４の漏れ電流に起因する不要な電流の流れを防ぐ。
【0063】
本明細書で論じられる他の実施形態と同様に、プロセッサ２２０は、１つ以上の処理アーキテクチャ（例えば、ＣＰＵ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣなど）を使用して実装され得る。いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器３００の様々な構成要素（例えば、２０４、２０６、２０８、２１０、２２０、２３０、３０６、および／または３０８）の固体回路機構は、システムオンチップとして単一のダイに実装され得る。いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器２３０の様々な構成要素（例えば、２０４、２０６、２０８、２１０、２２０、２３０、３０６、および／または３０８）の固体回路機構は、高密度の異種統合ソリューションを提供するマルチチップモジュール（例えば、システムインパッケージ）として統合的にパッケージ化されている１つ以上の別個のダイ上に実装され得る。
【0064】
図３Ｂは、本開示の別の実施形態によるインテリジェント回路遮断器の概略ブロック図である。特に、図３Ｂは、ＡＣ幹線１１０と負荷１２０との間に接続されたインテリジェント回路遮断器３０１を概略的に例示している。インテリジェント回路遮断器３０１は、インテリジェント回路遮断器２０１および３００（図２Ｂおよび図３Ａ）の構成要素の組み合わせから構成されており、したがって、様々な構成要素および関連付けられた機能性の詳細な説明を繰り返さない。インテリジェント回路遮断器３０１は、内部構成要素を誘導負荷からのエネルギーキックバックに起因する損傷から保護するために、活性線経路と中性線経路との間に接続されているスナバ３１０を備える。スナバ３１０は、スイッチ３０２および３０４の線路側ならびに／または負荷側に配置され得る。スイッチ３０２および３０４の線路側に位置するスナバは、スイッチ３０２および３０４がそれぞれスイッチ開放状態およびスイッチオン状態にあるときにのみ、内部回路を保護することが可能になる。しかしながら、図３Ｂに示されるように、スイッチ３０２および３０４の負荷側に位置するスナバ３１０は、誘導負荷キックバック事象中にエアギャップ電磁スイッチ３０２内でアークが発生する可能性を排除するのに役立つ。スナバが、図２Ａ、２Ｂ、および３Ａのインテリジェント回路遮断器の実施形態に実装され得ることを理解されたい。
【0065】
他の実施形態では、外部ＤＣ電源は、図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、および３Ｂのインテリジェント回路遮断器２００、２０１、３００、ならびに３０１の固体回路機構および構成要素（ならびに以降で論じられる回路遮断器の他の実施形態）にＤＣ電力を提供するように実装され得る。例えば、インテリジェント回路遮断器が搭載された分電盤は、分電盤内のインテリジェント回路遮断器にＤＣ電力を配電するように構成されているＤＣ電池とＤＣ電源バスとを有することができる。この事例では、ＤＣ電池は、ＡＣ幹線１１０のＡＣ電力を、ＤＣ電池を充電するＤＣ電力に変換するように構成されているＡＣ－ＤＣ変換器に結合され得る。
【0066】
図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、および３Ｂの例示的な実施形態は、プロセッサ２２０をリセットするためのプロセッサリセットスイッチ２２２を例示しているが、プロセッサリセットスイッチ２２２が任意選択の特徴であり、プロセッサリセットをもたらすために他の機構が実装され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２０は、プロセッサ２２０へのＤＣ電源の喪失があるとき、またはプロセッサ２００の内部障害状態があるときなどの特定の状況下でプロセッサ２２０をリセットするように構成されている内部リセット回路を備える。いくつかの実施形態では、プロセッサは、スイッチ制御回路機構３０６および３０８に制御線３０６－１および３０８－１上で出力される「ＣＰＵ＿ＯＫ」信号を生成するように構成されている。ＣＰＵ＿ＯＫ信号は、プロセッサ２２０および関連付けられたソフトウェアが正常に動作しているか否かの表示を提供する。ＣＰＵ＿ＯＫ信号が、プロセッサ２００および／または関連付けられたソフトウェアが正常に動作していないことを示すとき、スイッチ制御回路機構３０６および３０８は、固体双方向スイッチ３０４を自動的にスイッチオフ状態にし、次いでエアギャップ電磁スイッチ３０２をスイッチ開放状態にする（ガルバニック分離のためのエアギャップを作成する）。このことは、プロセッサ２２０またはプロセッサ２２０のサブシステムが正しく動作していない状態下で、インテリジェント回路遮断器が負荷にサービス提供し続けないことを保証するハードウェアフェイルセーフ機構を提供する。
【0067】
例えば、いくつかの実施形態では、プロセッサ２２０の内部リセット回路は、プロセッサ２２０のファームウェア内のすべてのサブシステムが正しく動作していると判定されたときに、ウォッチドッグタイマにサービス提供する（例えば、ウォッチドッグタイマをリセットする）ように構成されているウォッチドッグタイマおよび好適なアーキテクチャソフトウェアを備える。いくつかの実施形態では、ウォッチドッグタイマは、固有のクロックを実装する抵抗器／キャパシタネットワークを備える。ウォッチドッグタイマが有効である場合、タイマは、初期値から最終カウント値までカウントする。ウォッチドッグタイマが最終カウント値に達する前に初期カウント値に初期化されない場合、プロセッサ２２０は、リセットされる。プロセッサ２２０は、ＡＣ（したがってＤＣ）電力の喪失、またはウォッチドッグタイマを最終カウント値に到達させる内部障害状態のためにリセットされ、その場合、プロセッサ２２０をリセットさせる制御信号が生成される。
【0068】
より具体的には、いくつかの実施形態では、プロセッサ２２０の内部リセット回路は、以下のように動作する。ＤＣ電力が最初にプロセッサ２２０に印加されると、プロセッサは、セルフチェックおよび初期化ルーチンを実行する。セルフチェックおよび初期化ルーチンが正常に完了した場合、プロセッサ２２０は、プロセッサ２２０および組み込みソフトウェアが正しく動作していることを示す論理「１」のＣＰＵ＿ＯＫ制御信号を出力する。論理「１」のＣＰＵ＿ＯＫ制御信号は、負荷１２０にサービス提供するのにスイッチ３０２および３０４を安全にアクティブ化することができることを示すために、スイッチ制御回路機構３０６および３０８に入力される。一方、論理「０」のＣＰＵ＿ＯＫ制御信号は、スイッチ制御回路機構３０６および３０６に対して、スイッチ３２０および３０４を非アクティブ化すべきであるか、またはアクティブ化すべきではないことを示す（ＣＰＵ＿ＯＫが論理「０」レベルにアサートされた時点で非アクティブ化される場合）。プロセッサ２２０のリセット（例えば、起動リセット、または判定された内部プロセッサの障害による強制リセット）が行われると、制御信号ＣＰＵ＿ＯＫは、プロセッサ２２０がリセットされて、完全に機能し、かつ想定どおりに動作すると判定されるまで、論理「０」レベルに保持される。
【0069】
プロセッサ２２０の通常の動作の一部としての、プロセッサ２２０のソフトウェアは、ファームウェア内のいくつかの点を継続的に監視して、プロセッサ２２０のすべてのサブシステムが想定どおりに適切に動作していることを確かめる。すべての監視された点が正しく動作していると判定された場合には、ウォッチドッグタイマは、サービス提供される（例えば、カウンタが初期値にリセットされる）。監視された点のうちのいずれか１つが、機能していないか、または正しく動作していないと判定された場合、ウォッチドッグタイマは、サービス提供されず、ウォッチドッグタイマは、最終的に最大カウント値に到達する。いくつかの実施形態では、ウォッチドッグタイマは、およそ１秒の時間を定義するカウントシーケンスを有する。ウォッチドッグタイマが、プロセッサ２２０のリセット制御ソフトウェアによってサービス提供されない場合、ウォッチドッグタイマは、約１秒後に「発火」し、プロセッサ２２０をリセットし、これにより、ＣＰＵ＿ＯＫ制御信号が、論理「０」レベルに遷移する。ＣＰＵ＿ＯＫ信号の論理「１」から論理「０」への遷移は、スイッチ制御回路機構３０６および３０８をトリガして、固体双方向スイッチ３０４をスイッチオフ状態にし、エアギャップ電磁スイッチ３０２をスイッチ開放状態にする。
【0070】
さらに、プロセッサ２２０のリセットシーケンスの一部としての、いくつかの実施形態では、（プロセッサ２２０に設計された）ハードウェア表示があり、これは、プロセッサリセットがウォッチドッグタイマリセットまたは電源投入リセットによって引き起こされたかどうかを示す。プロセッサリセットが電源投入リセットによって引き起こされる場合、プロセッサ２２０のファームウェアは、通常の起動初期化処理を進める。一方、プロセッサリセットがウォッチドッグタイマによってトリガされる場合、プロセッサ２２０のファームウェアは、通常の起動初期化の代わりに、「ウォッチドッグタイマリセットからの回復」初期化パスを進める。ユーザにとって、ウォッチドッグのタイマリセットは、通常の過電流「トリップ」状態のように見える（プロセッサのリセットが内部ウォッチドッグのタイマリセットによって引き起こされたという、クラウドまたはリモートコンピューティングデバイスへの通信を伴う）。
【0071】
このリセットシーケンスにより、ファームウェアは、連続したウォッチドッグタイマリセットの回数が事前定義された閾値数（例えば、５）を超えたかどうかを判定する。連続したウォッチドッグタイマリセットの回数が事前定義された閾値数を超えると判定された場合、内部障害または内部障害状態が宣言され、インテリジェント回路遮断器にサービス提供され、かつカウンタがリセットされるまで、インテリジェント回路遮断器は、無効にされる。この場合、プロセッサファームウェアは、内部障害を宣言し、クラウド通知、ステータスＬＥＤ、および他の利用可能なユーザインターフェースを介してエラーを報告し、インテリジェント回路遮断器にサービス提供されるまでインテリジェント回路遮断器を手動で投入することを許可しない。一方、連続したウォッチドッグタイマのリセットの回数が所定の閾値数を超えていない場合、ウォッチドッグタイマのリセット後に、インテリジェント回路遮断器を手動でリセットすることができる。
【0072】
つまり、ウォッチドッグタイマリセット事象は、設計上「通常の過電流トリップ」のように見え、リセットの直後に実行されるプロセッサファームウェアの結果である。プロセッサファームウェアは、プロセッサリセットがウォッチドッグタイマによって引き起こされたかどうかを判定し、そうである場合、回復は、ウォッチドッグタイマリセット事象を示すクラウドへの通信を伴って、「トリップ」事象をエミュレートすることによって行われ、そのようにプロビジョニングされる場合、エアギャップスイッチ３０２が手動または制御信号を介して自動的にスイッチ閉鎖状態にされると、通常の動作が継続することが可能になる。ウォッチドッグタイマが発火すると（または電力が（再）印加されると）プロセッサ２２０がもはや機能しなくなる場合、ユニットは、完全に機能せず、負荷に対するＡＣは、設計によってオフであることが保証される。ウォッチドッグタイマリセット直後にプロセッサ２２０が機能しなくなる稀なケースでは、クラウドへの通信は、初期化中の「回復」パスの一部であるため、クラウドへの事象の通信は行われない。
【0073】
図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、および３Ｂのインテリジェント回路遮断器の例示的な実施形態は、従来の回路遮断器設計に勝る様々な利点を提供する。例えば、電圧および電流センサ、プロセッサ、ならびに無線通信サブシステムの実装は、インテリジェント回路遮断器が回路遮断器の動作状態および負荷を検知し、どの遮断器がトリップしたかについて無線通信を行う能力を提供し、回路遮断器パネル内で識別することをはるかに容易にする。このことは、プロセッサによって制御されるフロントパネルにＬＥＤ信号を追加することで拡張され得る。この特徴は、障害事象中、電源供給されたままであるＡＣ－ＤＣ変換器回路を追加することで有効になる。
【0074】
さらに、インテリジェント回路遮断器は、病院内の回路が過負荷であるか、またはほぼ過負荷である場合などの生命安全用途、および軍の指揮統制施設などの同様の用途で、時間を節約することができる。そのような環境のメンテナンス技師または電気技術者には、現地の影響を受ける人員がメンテナンスサポートに連絡する必要を伴わずに、問題を起こしている負荷にその者らを誘導するための情報を用いて、差し迫ったまたは既存の障害を無線で通知することができる。負荷が分析され、解明され、かつ遮断器が再通電されるかまたは開放を防止される速さは、患者の正常な治療、または重大なジョブ機能の継続にとって重大であり得る。いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器との無線通信により、技師または電気技術者は、インテリジェント回路遮断器をリモート制御するための所定のコマンドを使用して、負荷をリモートで再通電することが可能になる。
【0075】
第３の例として、例えば、図３Ａおよび３Ｂのインテリジェント回路遮断器に実装されている固体スイッチ技術は、図１Ａの電気機械均等物の大体１０００倍高速で、かつ固体電子機器のアークフリーな非移動性に起因する追加の信頼性を有して、障害を切断することができる。追加の速さは、回路、電気デバイス、負荷、火災、および個人的な損傷の可能性をさらに低減する。いくつかの実施形態では、固体スイッチは、負荷での短絡電流中に発生するＡＣ電源の崩壊中に１サイクル未満で開放される。
【0076】
図４Ａは、本開示の一実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得るＡＣ－ＤＣ変換器回路４００の概略ブロック図である。ＡＣ－ＤＣ変換器回路４００は、ＤＣ電圧を生成するための整流器を必要としないアーキテクチャを備える。ＡＣ－ＤＣ変換器回路４００は、突入保護回路４１０、サンプリング回路４２０、スイッチドライバ回路４３０、制御スイッチおよびクランプ回路４４０、蓄電回路４５０、電圧レギュレータ回路４６０、およびガルバニック分離回路４７０を備える。ＡＣ－ＤＣ変換器回路４００は、負荷回路機構４０２に印加されるＤＣ供給電圧を生成する。
【0077】
突入保護回路４１０は、ＡＣ－ＤＣ変換器回路４００への入力電流の大きさを制限するように構成されている。サンプリング回路４２０は、ＡＣ幹線１１０のＡＣ供給電圧波形をサンプリングするように構成されている。サンプリング回路４２０は、スイッチドライバ回路４３０にサンプリング電圧を出力する。スイッチドライバ回路４３０は、制御スイッチおよびクランプ回路４４０の制御スイッチに制御電圧を印加するように構成されている。制御スイッチおよびクランプ回路４４０は、スイッチドライバ回路４３０によって印加される制御電圧に応答して、蓄電回路４５０に電力を供給するように構成されている。蓄電回路４５０は、電圧レギュレータ回路４６０に印加されるＤＣ電圧を蓄電するように構成されている電圧蓄電素子（例えば、コンデンサ）を含む。電圧レギュレータ回路４６０は、負荷回路機構４０２への安定化ＤＣ供給電圧を生成するように構成されている。
【0078】
いくつかの実施形態では、スイッチドライバ回路４３０は、蓄電回路４５０からフィードバック電圧４８０を受信し、少なくとも部分的にフィードバック電圧４８０に基づいて、制御スイッチおよびクランプ回路４４０に印加される制御電圧を生成する。いくつかの実施形態では、フィードバック電圧４８０を排除することができ、ＡＣ－ＤＣ変換器回路４００は、蓄電回路４５０の蓄電素子が前方側素子４２０、４３０、および４４０から制御されるフィードフォワード変換器として動作する。
【0079】
いくつかの実施形態では、ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構４００は、フィードフォワード制御とフィードバック制御との両方をサポートするために、負荷回路機構４０２からスイッチドライバ回路４３０へのフィードバック制御回路４９０を実装する。いくつかの実施形態では、フィードフォワード制御とフィードバック制御とのバランスは、フィードバック電圧４８０とサンプリング回路機構４２０内の構成要素の選択とによって決定される。いくつかの実施形態では、フィードフォワード制御とフィードバック制御との間のバランスは、サンプリング回路機構４２０内の抵抗器素子とフィードバック電圧４８０とに従って構成されている。他の実施形態では、可変素子を利用して、フィードフォワード制御およびフィードバック制御の調整を可能にする。そのような実施形態では、フィードバック回路機構４９０は、スイッチドライバ回路４３０と負荷回路機構４０２との間のガルバニック分離を備えるであろう。
【0080】
図４Ｂは、本開示の一実施形態による、図４ＡのＡＣ－ＤＣ変換器回路の概略回路図である。図４Ｂの例示的な実施形態では、突入保護回路機構４１０は、ＡＣ幹線１１０の線路活性１１１に接続された第１の入力抵抗器４１１と、ＡＣ幹線１１０の線路中性１１２に接続された第２の入力抵抗器４１２と、を備える。他の実施形態では、高電力および高効率の用途のために、突入保護回路機構４１０は、起動時に電流が抵抗器４１１および４１２を流れ、次いで、定常状態動作に達すると抵抗器４１１および４１２を迂回することを可能にするように構成されているスイッチ素子を備える。他の実施形態では、突入保護回路機構４１０は、第１および第２の抵抗器４１１および４１２の代わりに第１および第２のインダクタ素子を備える。
【0081】
サンプリング回路機構４２０は、示されるように様々なノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３、およびＮ４に接続されている複数の抵抗器４２１、４２２、４２３、および４２４を備える。抵抗器４２１、４２２、および４２３は、入力ＡＣ波形をサンプリングするための分圧器ネットワークを形成し、分圧器ネットワークは、フィードバックノードＮ２および出力ノードＮ３を備える。抵抗器４２４は、フィードバックノードＮ２と蓄電回路機構４５０の出力ノードＮ４との間に接続されて、蓄電コンデンサ４５２からのフィードバック電圧を提供する。スイッチドライバ回路機構４３０は、ノードＮ１およびＮ５間に接続された抵抗器４３１、およびスイッチ素子４３２を備える。制御スイッチおよびクランプ回路機構４４０は、制御スイッチ素子４４１、抵抗器４４２、およびツェナーダイオード４４３を備える。蓄電回路機構４５０は、ダイオード４５１および蓄電コンデンサ４５２を備える。電圧レギュレータ回路機構４６０は、スイッチ素子４６１、抵抗器４６２、ツェナーダイオード４６３、およびコンデンサ４６４を備える。
【0082】
いくつかの実施形態では、スイッチ素子４３２、４４１、および４６１は、図４Ｂに示されるように、ゲート端子Ｇ、ドレイン端子Ｄ、およびソース端子Ｓを有するｎ型エンハンスメントＭＯＳＦＥＴデバイスを備える。他の実施形態では、スイッチ素子４３２、４４１、および４６１は、バイポーラトランジスタまたは微小電気機械スイッチを使用して実装され得る。図４Ｂに示されるように、スイッチ素子４４３は、サンプリング回路機構４２０の分圧器ネットワークの出力ノードＮ３に接続されたゲート端子Ｇと、スイッチドライバ回路機構４３０の出力ノードＮ５に接続されたドレイン端子Ｄと、突入保護回路機構４１０の出力ノードＮ３に接続されたソース端子Ｓと、を備える。スイッチ素子４３２のドレイン端子Ｄは、抵抗器４３１を介して突入保護回路機構４１０の出力ノードＮ１に結合されている。
【0083】
制御スイッチ４４１は、突入回路機構４１０の出力ノードＮ１に接続されたドレイン端子Ｄと、スイッチドライバ回路機構の出力ノードＮ５に接続されたゲート端子Ｇと、蓄電回路４５０の入力（すなわち、ダイオード４５１のアノード）に接続されたソース端子Ｓと、を備える。ツェナーダイオード４４３は、制御スイッチ４４１のゲート端子Ｇとソース端子Ｓとの間に接続されており、ツェナーダイオード４４３のカソードは、制御スイッチ４４１のゲート端子Ｇに接続されており、ツェナーダイオード４４３のアノードは、制御スイッチ４４１のソース端子Ｓに接続されている。
【0084】
電圧レギュレータ回路機構４６０のスイッチ素子４６１は、蓄電回路機構４５０の出力ノードＮ４に接続されたドレイン端子Ｄと、抵抗器４６２とツェナーダイオード４６３との間のノードＮ７に接続されたゲート端子Ｇと、電圧レギュレータ回路機構４６０の出力ノードＮ８に接続されたソース端子Ｓと、を備える。コンデンサ４６４は、電圧レギュレータ回路機構４６０の出力ノードＮ８と、突入保護回路機構４１０の出力ノードＮ６と、の間に接続されている。
【0085】
抵抗器４２４（または検知抵抗器）は、蓄電回路４５０の出力ノードＮ４の間に接続されて、抵抗器４２４を介してサンプリング回路機構４２０のフィードバックノードＮ２に印加されるフィードバック電圧を提供する。ノードＮ４およびＮ２間の抵抗器４２４の接続によって提供されるフィードバック経路は、図４Ａに示されるようなフィードバック電圧４８０の例示的な実施形態を提供し、蓄電コンデンサ４５２の電荷を部分的に利用して、スイッチドライバ回路機構４３０のスイッチ素子４３２のゲート端子Ｇに接続されたサンプリング回路機構４２０の出力ノードＮ３で制御電圧を生成する。
【0086】
スイッチ素子４３２は、サンプリング回路機構４２０の分圧器ネットワークの出力ノードＮ３で生成されたゲート制御電圧によって駆動される。スイッチ素子４３２のゲーティングは、スイッチドライバ回路機構４３０の制御スイッチ４４１の動作を制御する。抵抗器４２１、４２２、４２３、および４２４の抵抗値は、スイッチドライバ回路機構４３０のスイッチ素子４３２のゲート端子Ｇに印加される分圧器ネットワークのノードＮ３上の電圧が、スイッチ素子４３２をターンオンおよびターンオフさせ、それによって制御スイッチ素子４４１を同期してターンオンおよびターンオフさせるように選択されている。それによって制御スイッチ素子４４１は、蓄電コンデンサ４５２を充電するために事前選択された時限出力パルスを出力するように駆動される。
【0087】
制御スイッチ４４１のピーク出力電流は、ツェナーダイオード４４３のツェナー電圧（すなわち、逆降伏電圧）の事前選択値に基づいて事前選択値にクランプされ、最大ゲートソース間電圧（ＶＧＳ）は、ツェナーダイオード４４３のツェナー電圧によって制限される。制御スイッチ４４１からのパルス出力は、ダイオード４５１をターンオンさせ、ノードＮ４に電荷を供給して蓄電コンデンサ４５２を充電するように動作する。蓄電回路機構４５０の出力ノードＮ４とサンプリング回路機構４２０のフィードバックノードＮ２との間に接続された抵抗器４２４によって提供されるフィードバックは、スイッチドライバ回路４３０を駆動して、蓄電コンデンサ４５２を一定の電荷に維持するように機能する。
【0088】
スイッチ素子４３２および制御スイッチ４４１は、ＡＣ電圧入力と同期して、開放または閉鎖のいずれかにアクティブ化される。ＡＣ－ＤＣ変換器回路４００は、入線するＡＣ源の周波数でパルス変調された低電圧出力を提供する。スイッチ４３２および４４１は、ＡＣ源のゼロ交差のスイッチ４３２および４４１の閾値電圧内の近傍の電圧で、開放または閉鎖のいずれかにアクティブ化される。蓄電回路機構４５０の出力ノードＮ４は、電圧レギュレータ回路機構４６０の入力に印加され、次いで負荷回路４０２に印加される。コンデンサ４６４は、バッファするための蓄電静電容量を提供し、それによってＡＣ－ＤＣ変換器４００から負荷回路機構４０２への出力を平滑化する。
【0089】
まとめると、図４Ａおよび図４Ｂに示される例示的なＡＣ－ＤＣ変換器回路４００は、突入保護回路４１０、電圧サンプリング回路４２０、スイッチドライバ回路４３０、制御スイッチおよびクランプ回路４４０、蓄電回路４５０、ならびに電圧レギュレータ回路４６０を備える。電圧サンプリング回路４２０の構成要素の選択は、スイッチドライバ４３０のタイミングを決定する。制御スイッチおよびクランピング回路４４０の構成要素の選択は、出力パルスのピーク電圧および電流を決定する。電力出力は、ピーク電流とパルスタイミングとの両方の選択によって制御される。電圧サンプリング回路４２０を介した蓄電素子４５２からのフィードバックを利用して、パルスタイミングを選択する。ＡＣ－ＤＣ変換器回路４００は、ＡＣ幹線１１０のＡＣ電圧波形と同期して動作する。
【0090】
他の実施形態では、図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、および３Ｂに示されるＡＣ－ＤＣ変換器回路機構（および以降で説明されるようなインテリジェント回路遮断器の他の実施形態）は、以下の同時係属出願に開示されるのと同じまたは類似のＤＣ電力変換技術を使用して実装され得る。（１）２０１８年１０月９日に出願された、Ｈｉｇｈ－Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＡＣ ｔｏ ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓという名称の米国特許出願第１６／０９２，２６３号（公開第ＵＳ２０１９／０１６５６９１号）、および（２）２０１９年４月９日に出願された、Ｈｉｇｈ－Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＡＣ Ｄｉｒｅｃｔ ｔｏ ＤＣ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓという名称の米国特許出願第１６／３４０，６７２号（公開第ＵＳ２０１９／０２３８０６０号）であり、これらの開示はすべて参照により本明細書に完全に組み込まれる。
【0091】
図５は、本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得るＡＣ－ＤＣ変換器回路５００の概略回路図である。特に、図５は、サンプルホールドＡＣ－ＤＣ変換器回路５００の例示的な実施形態を概略的に例示しており、これは、２０１８年７月７日に出願された、Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｓｉｇｎａｌ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｓａｍｐｌｅ ａｎｄ Ｈｏｌｄ ａｎｄ Ｒｅｌｅａｓｅという名称の米国特許出願第１６／０２９，５４６号開示されているような技術を使用して実装でき、その開示は参照により本明細書に完全に組み込まれる。ＡＣ－ＤＣ変換器回路５００は、ＡＣ幹線１１０のＡＣ電圧波形からＤＣ供給電圧を生成するように構成されている。ＡＣ－ＤＣ変換器回路５００は、第１および第２の抵抗器５０１および５０２、第１のスイッチ５１０、第２のスイッチ５１２、コントローラ５２０、ダイオード５３０、蓄電コンデンサ５４０、電圧レギュレータ５５０、ならびに出力コンデンサ５６０を備える。図５の例示的な実施形態では、第１および第２のスイッチ５１０および５１２は、図示されるようにゲート端子Ｇ、ドレイン端子Ｄ、およびソース端子Ｓを有するＮ型エンハンスメントＭＯＳＦＥＴを備える。
【0092】
抵抗器５０１および５０２は、第１のスイッチ５１０のゲート端子Ｇを駆動する出力ノードＮ１を有する分圧器回路を形成する。第１のスイッチ５１０のソース端子Ｓは、中性／接地１１４に接続されており、第１のスイッチ５１０のドレイン端子Ｄは、第２のスイッチ５１２のゲート端子Ｇに、およびコントローラ５２０に接続されている。第２のスイッチ５１２のドレイン端子Ｄは、線路活性１１１に接続されており、第２のスイッチ５１２のソース端子Ｓは、コントローラ５２０の入力に接続されている。コントローラ５２０は、ダイオード５３０のアノードに接続されている出力を有する。ダイオード５３０および蓄電コンデンサ５４０は、図４Ｂに示されるものと同様の蓄電回路を形成する。加えて、電圧レギュレータ５５０および出力コンデンサ５６０は、図４Ｂに示されるものと同様の電圧レギュレータ回路を形成する。
【0093】
ここで、図３Ａおよび３Ｂに示されるような（および以降で論じられる他の例示的な実施形態で実装されるような）固体双方向スイッチ３０４の例示的な実施形態を、図６Ａ～６Ｈと併せてさらに詳細に論じる。例えば、図６Ａは、本開示の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチ６００－１の概略回路図である。特に、図６Ａは、ＡＣ幹線１１０から負荷１２０に給送されるＡＣ電力を制御するための、図３Ａおよび３Ｂに示される固体双方向スイッチ３０４の例示的な実施形態を例示している。固体双方向スイッチ６００－１は、固体双方向スイッチ６００－１がスイッチオン状態にあるときに、ＡＣ幹線１１０と負荷１２０との間の電流の双方向の流れを可能にし（すなわち、正電流または負電流を伝導し）、固体双方向スイッチ６００－１がスイッチオフ状態にあるときに、ＡＣ幹線１１０と負荷１２０との間の正または負の電流の流れを阻止するように構成されている。
【0094】
固体双方向スイッチ６００－１は、線路活性１１１と負荷活性１２１との間の活性線経路に沿ってバックトゥーバックで直列に接続されている第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２を備える。いくつかの実施形態では、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２は、図示されるようにゲート端子（Ｇ）、ドレイン端子（Ｄ）、およびソース端子（Ｓ）を有する電力ＭＯＳＦＥＴデバイス、および特にＮ型エンハンスメントＭＯＳＦＥＴデバイスを備える。図６Ａの例示的な実施形態（および本明細書で論じられる他の実施形態）では、固体双方向スイッチ６００－１は、共通接続されたソース端子を有する２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２を使用して実装されている。
【0095】
第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２は、それぞれ、Ｐ型基板ボディとＭＯＳＦＥＴデバイスのＮドープドレイン領域との間のＰ－Ｎ接合を表す内部ボディダイオード６０１－１および６０２－１を備える。ボディダイオード６０１－１および６０２－１は、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２の内部素子であり（すなわち、ディスクリート素子ではない）、したがって、破線の接続で示されている。ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２の内部ボディソース間ダイオードは、ソース領域と基板ボディとの間の接続によって短絡される（例えば、Ｎ＋ソースとＰボディとの接合は、ソースメタライゼーションを介して短絡される）ため、図示されていないことに留意されたい。
【0096】
固体双方向スイッチ６００－１は、第１および第２の抵抗器６０３および６０４、第１および第２の整流器ダイオード６０５および６０６、ツェナーダイオード６０８、ならびに単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチ素子６０７をさらに備える。第１の抵抗器６０３および第１の整流器ダイオード６０５は、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のドレイン端子（Ｄ）とゲート端子（Ｇ）との間に直列に接続されている。第２の抵抗器６０４および第２の整流器ダイオード６０６は、第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２のドレイン端子（Ｄ）とゲート端子（Ｇ）との間に直列に接続されている。スイッチ６０７およびツェナーダイオード６０８は、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２の共通接続されたソース端子（Ｓ）と共通接続されたゲート端子（Ｇ）との間に並列に接続されており、ツェナーダイオード６０８のアノードは、ソース端子に接続されており、ツェナーダイオード６０８のカソードは、ゲート端子に接続されている。
【0097】
ツェナーダイオード６０８は、電力ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２の閾値電圧ＶＴよりも大きい逆降伏電圧（「ツェナー電圧」ＶＺと称される）を備える。固体双方向スイッチ６００－１のスイッチオン状態中、ツェナーダイオード６０８は、直列接続された第１の抵抗器６０３および第１の整流器ダイオード６０５を備える第１のバイアス分岐回路を通して、または直列接続された第２の抵抗器６０４および第２の整流器ダイオード６０６を備える第２のバイアス分岐回路を通して「逆方向」となる。第１および第２の整流器ダイオード６０５および６０６は、電力ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のドレイン端子Ｄにそれぞれ結合されており、それぞれ第１および第２の整流器ダイオード６０５および６０６を流れる電流の量を制限するように機能する第１および第２の抵抗器６０３および６０４によって保護される。
【0098】
固体双方向スイッチ６００－１は、概して、以下のように動作する。図６Ａに示されるように、スイッチ６０７が「開放」状態にあるとき、第１のバイアス分岐（６０３～６０５）および第２のバイアス分岐（６０４～６０６）は、いずれかのドレイン端子Ｄがツェナー電圧を超えると、ツェナーダイオード６０８に「逆バイアス」を提供し、それによって電力ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２を「オン」状態にする。スイッチ６０７が「閉鎖」状態にあるとき、スイッチ６０７は、第１および第２のバイアス分岐（６０３～６０５）および６０４～６０８からのバイアス電流を電力ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のソースＳ端子に分流し、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２を「オフ」状態にする。この回路構成では、電流制限抵抗器６０３および６０４の値および電力ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のゲートソース間静電容量によって「ターンオン」時定数が決まり、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２の内部静電容量およびスイッチ６０７のオン抵抗によって「ターンオフ」時定数が決まる。「ターンオン」時定数および「ターンオフ」時定数は、ＡＣ幹線１１０の周期よりもはるかに短く設計され得、これにより、固体双方向スイッチ６００－１がオンオフモードと位相制御モードとの両方で動作することが可能になる。しかしながら、実際には、ツェナーダイオード６０８は、そのツェナー電圧に達することはない可能性があり、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のゲートソース間電圧が閾値電圧ＶＴを超えることはほとんどない。したがって、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２はいずれも完全に「オン」にならない可能性があり、ユニット内の過剰な電力散逸、および負荷１２０に供給される電流の低減をもたらす。
【0099】
図６Ｂは、固体双方向スイッチ６００－１に印加されるＡＣ幹線１１０の供給電圧波形の正の半サイクル中における、図６Ａの固体双方向スイッチ６００－１のアクティブ素子を例示している。スイッチ６０７が、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１がターンオンすることを可能にする開放状態にあるとき、供給電圧がゼロボルトから増加すると、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のゲート電圧は、ＡＣ幹線１１０の供給電圧波形の正の偏移に追従し始める。ゲート電圧が第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１の閾値電圧に達すると、負荷１２０に電流が流れ始め、第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２のボディダイオード６０２－１は、順バイアスされる。第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のソース電圧は、増加するゲート電圧に「追従する」が、負荷１２０に供給される電流を考慮するための追加のバイアスを閾値電圧の値に加えた分だけ遅れる。この状態は、ＡＣ幹線１１０の電圧波形が負になるまで維持される。したがって、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のドレインソース間電圧は、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のドレインソース間抵抗にかかわらず、閾値電圧を下回ることはなく、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１で散逸する電力は（ＩＤ×ＶＴ）となり、ここで、ＩＤは、ドレイン電流である。ゲート電圧が閾値電圧を十分に超えてブーストされる場合、散逸電力は、（ＩＤ
２×ｒｄｓ）によって与えられ、ここで、ｒｄｓは、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１の「オン」抵抗であり、（ＩＤ
２×ｒｄｓ）の値は、（ＩＤ×ＶＴ）の値よりも有意に小さくなり得る。
【0100】
一方、固体双方向スイッチ６００－１に印加されるＡＣ幹線１１０の供給電圧波形の負の半サイクル中、固体双方向スイッチ６００－１のアクティブな構成要素は、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のボディダイオード６０１－１、ツェナーダイオード６０８、第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２、ならびに第２の分岐素子６０４および６０６を含む。第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２のゲート電圧は、０Ｖで開始し、ソース電圧が負の閾値電圧（－ＶＴ）まで低下すると、負のソース電圧に追従し始め、電流は、負荷１２０を流れ始め、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のボディダイオード６０１－１は、順バイアスされる。第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２のドレイン電圧は、ゲート電圧に効果的にクランプされ、ＡＣ幹線１１０の供給電圧波形が正になるまで、ドレインソース間電圧ＶＤＳは、－ＶＴのままである。この結果、第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２のＶＤＳは、第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２のドレインソース間抵抗に関わらず、ＡＣ幹線１１０の電源電圧波形のゼロ交差周辺を除いて閾値電圧を下回ることはなく、散逸電力は、負の半サイクルで（ＩＤ×ＶＴ）である。
【0101】
図６Ｃは、本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチ６００－２の概略回路図である。固体双方向スイッチ６００－２は、固体双方向スイッチ６００－２がＳＰＳＴスイッチ６０７の代わりに単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチ素子６１２を実装し、ツェナーダイオード６０８と並列に接続されているコンデンサ６１３をさらに備えることを除いて、図６Ａの固体双方向スイッチ６００－１と回路構成が同様である。双極スイッチ６１２は、制御線６１０－１によって双極スイッチ６１２に結合されているスイッチ制御回路６１０によって制御される。いくつかの実施形態では、スイッチ制御回路６１０は、図３Ａおよび３Ｂに示されるスイッチ制御回路機構３０８の実施形態を備える。スイッチ制御回路６１０は、双極スイッチ６１２を動作させて、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のゲートＧ端子を、（ｉ）第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のソースＳ端子（「位置１」）または（ｉｉ）第１および第２の抵抗器６０３および６０４、第１および第２の整流器ダイオード６０５および６０６、ならびにコンデンサ６１３（「位置２」）を備えるバイアス回路機構に選択的に接続する。
【0102】
スイッチ６１２が位置１に設定されると、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２は、「オフ」状態に維持される。スイッチ制御回路６１０は、ＡＣ幹線１１０の供給電圧波形が事前確立されたトリガレベルＶＴＲＩＧを超えるまで、スイッチ６１２を位置１に維持し、超えるとすぐに、スイッチ６１２を位置２に設定するように構成されている。この事例では、ＡＣ幹線１１０の正の半サイクル中、スイッチ制御回路６１０は、スイッチ６１２を動作させて、ＡＣ供給電圧波形がＶＴＲＩＧに達するまで、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２を「オフ」状態に維持し、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のソースＳ端子が０ボルトのままである間、バイアス回路機構６０３、６０５、６１３がＶＴＲＩＧに充電されることを可能にする。
【0103】
スイッチ６１２が位置２にされると、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のゲート端子にバイアス電圧ＶＴＲＩＧが印加され、それによってバイアス電圧値が、閾値電圧ＶＴよりもはるかに大きくなり得る。第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のソース端子は、ＶＴＲＩＧ－ＶＴへの充電を開始し、この電圧ステップの一部は、コンデンサ６１３を介して第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のゲート端子に結合される。このことにより、ゲートバイアスがＶＴＲＩＧを十分に超えて増大し、これにより、ゲートバイアスは、ＡＣソース６０１の電圧値を超える。したがって、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１は、ドレインソース間電圧がほぼゼロである一方、ゲートソース間電圧は、ＶＴＲＩＧよりも大きい状態に達する。この状態では、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１は、その最小チャネル抵抗ＲＤＳを呈し、負荷１２０に最大電圧が現れる。
【0104】
図６Ｄは、本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチ６００－３の概略回路図である。固体双方向スイッチ６００－３は、図６Ｃの固体双方向スイッチ６００－２と回路構成が同様であり、双極スイッチ６１２は、スイッチ制御回路６２０によって制御される第１および第２の制御スイッチ６２１および６２２を使用して実装されている。スイッチ制御回路６２０は、第１の制御スイッチ６２１に結合されている第１の制御線６２０－１と、第２の制御スイッチ６２２に結合されている第２の制御線６２０－２と、を備える。いくつかの実施形態では、第１および第２の制御スイッチ６２１および６２２は、フォトトランジスタ（例えば、光バイポーラ接合トランジスタ）を備える。
【0105】
スイッチ制御回路６２０は、線路活性経路１１１上の供給電圧波形の電圧レベルを監視する。電圧レベルが所定のトリガレベルであるトリガレベルＶＴＲＩＧ未満のままである間、スイッチ制御回路６２０は、制御線６２０－１上に光制御信号を出力して、第１の制御スイッチ６２１を駆動する（すなわち、スイッチ６２１を「オン」状態に維持する）一方、第２の制御スイッチ６２２は、オフ状態に維持される。一方、電圧レベルが所定のトリガレベルであるトリガレベルＶＴＲＩＧを超えると、スイッチ制御回路６２０は、制御線６２０－２上に光制御信号を出力して、第２の制御スイッチ６２２を駆動する（すなわち、第２の制御スイッチ６２２を「オン」状態に維持する）一方、第１の制御スイッチ６２１は、オフ状態に維持される。いくつかの実施形態では、スイッチ制御回路６２０は、光駆動制御信号出力６２０－１および６２０－２が重複せず、それによってコンデンサ６１３を早期に放電することを回避する、「ブレークビフォーメイク」スイッチ特性を提供するように構成されている。
【0106】
図６Ｅは、本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチ６００－４の概略回路図である。固体双方向スイッチ６００－４は、固体双方向スイッチ６００－４が、ツェナーダイオード６０８と並列に接続されているコンデンサ６１３を備え、第２の抵抗器６０４および第２の整流器ダイオード６０６を備える第２のバイアス分岐が、第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２のドレイン端子Ｄに接続されているのとは対照的に、ＡＣ幹線１１０の線路神経１１２に接続されていることを除いて、図６Ａの固体双方向スイッチ６００－１と回路構成が同様である。
【0107】
固体双方向スイッチ６００－４の構成は、図６Ａの構成のために発生するクランプ動作を回避し、第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２のソース端子Ｓが－ＶＺに降下すると、ツェナーダイオード６０８がそのツェナー電圧ＶＺに達することを可能にする。このことにより、第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２のゲートソース間電圧は、比較的小さい結果となるＶＴよりも著しく大きくなり得るＶＺとなり、それにより、比較的小さなドレインソース間抵抗値（ＲＤＳ）を呈し、電力散逸を減少させる。さらに、ブーストされたゲートソース間バイアスは、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２ならびにコンデンサ６１３の内部ゲートソース間静電容量に記憶され、ＡＣ幹線１１０の供給電圧波形のその後の正半サイクル中に維持される。したがって、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２は、スイッチ６０７が閉鎖されるまで、最小ＲＤＳ構成のままである。
【0108】
第１の抵抗器６０３および第１の整流器ダイオード６０５（バイアス分岐素子）は、正の半サイクル中に初期のターンオン特性を改善するように維持され、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２の内部ゲートソース間静電容量と並列の追加のコンデンサ６１３は、ブーストされたゲートソース間バイアス電圧の記憶をより堅牢にすることを可能にする。固体双方向スイッチ６００－４が位相制御モードで利用されるとき、スイッチ６０７は、ＡＣ幹線１１０の供給電圧波形の各サイクル中に所定の期間閉鎖される。コンデンサ６１３は、スイッチ６０７が閉鎖されている間にスイッチ６０７を介して放電されることから、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２をターンオンさせるために必要とされるゲートソース間バイアスは、各サイクル中に再確立されなければならない。この結果として、スイッチ６０７が閉鎖されると負の半サイクル中に提供されたブーストがリセットされることから、ＡＣ幹線１１０の電圧波形の正の半サイクル中にスイッチ６０７が開放された場合、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１は、準最適モードで動作する。
【0109】
図６Ｆは、本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチ６００－５の概略回路図である。固体双方向スイッチ６００－５は、固体双方向スイッチ６００－５がＳＰＳＴスイッチ６０７の代わりにＳＰＤＴスイッチ６３２を実装し、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のゲート端子がＳＰＤＴスイッチ６３２の入力に直接接続されていることを除いて、図６Ｅの固体双方向スイッチ６００－４と回路構成が同様である。ＳＰＤＴスイッチ６３２は、制御線６３０－１によってＳＰＤＴスイッチ６３２に結合されているスイッチ制御回路６３０によって制御される。いくつかの実施形態では、スイッチ制御回路６３０は、図３Ａおよび３Ｂに示されるスイッチ制御回路機構３０８の実施形態を備える。スイッチ制御回路６３０は、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のゲート端子を、（ｉ）ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２の共通接続されたソース端子Ｓ（「位置１」）、または（ｉｉ）抵抗器６０３および６０４、整流器ダイオード６０５および６０６、ならびにコンデンサ６１３（「位置２」）のいずれかに選択的に接続するように、ＳＰＤＴスイッチ６３２を動作させる。
【0110】
より具体的には、この回路構成では、スイッチ６３２を位置１にアクティブ化することは、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のゲート端子をツェナーダイオードバイアス回路から切断し、かつ第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のＶＧＳを短絡させることによって、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２をターン「オフ」させる。このことにより、コンデンサ６１３は、コンデンサ６１３が外部回路機構を通して放電されるか、またはスイッチ６３２が位置２にされるまで、ツェナーダイオード６０８のツェナー電圧に充電されることが可能になり、結果として、記憶されたツェナー電圧がゲート端子に再印加され、続いて、負の半サイクル中に、ゲートソース間バイアス電圧がリフレッシュされる。いくつかの実施形態では、一旦充電されると、コンデンサ６１３は、ＡＣ電力が除去されるまで、抵抗器６０３および６０４ならびにコンデンサ６１３の値が適切に選択されている限り、スイッチ６３２の位相または位置に関係なく、完全に放電されることはない。
【0111】
図６Ｇは、本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチ６００－６の概略回路図である。固体双方向スイッチ６００－６は、図６Ｆの固体双方向スイッチ６００－５と回路構成が同様であり、（図６Ｆの）ＳＰＤＴスイッチ６３２は、スイッチ制御回路６４０によって制御される第１および第２の制御スイッチ６４１および６４２を使用して実装されている。スイッチ制御回路６４０は、第１の制御スイッチ６４１に結合されている第１の制御線６４０－１と、第２の制御スイッチ６４２に結合されている第２の制御線６４０－２と、を備える。いくつかの実施形態では、第１および第２の制御スイッチ６４１および６４２は、フォトトランジスタ（例えば、光バイポーラ接合トランジスタ）を備える。
【0112】
スイッチ制御回路６４０は、光制御信号出力６４０－１および６４０－２をＡＣ幹線１１０の供給電圧波形に同期させるように構成されている。スイッチ制御回路６４０は、線路活性経路１１１上の供給電圧波形の電圧レベルを監視する。電圧レベルが所定のトリガレベルであるトリガレベルＶＴＲＩＧ未満のままである間、スイッチ制御回路６４０は、制御線６４０－１上に光制御信号を出力して、第１の制御スイッチ６４１を駆動する（すなわち、スイッチ６４１を「オン」状態に維持する）一方、第２の制御スイッチ６４２は、オフ状態に維持される。一方、電圧レベルが所定のトリガレベルであるトリガレベルＶＴＲＩＧを超えると、スイッチ制御回路６４０は、制御線６４０－２上に光制御信号を出力して、第２の制御スイッチ６４２を駆動する（すなわち、第２の制御スイッチ６４２を「オン」状態に維持する）一方、第１の制御スイッチ６４１は、オフ状態に維持される。いくつかの実施形態では、スイッチ制御回路６４０は、光駆動制御信号出力６４０－１および６４０－２が重複せず、それによってコンデンサ６１３を早期に放電することを回避する、「ブレークビフォーメイク」スイッチ特性を提供するように構成されている。スイッチ制御の時定数は、調光器アプリケーションで使用されるように、印加されるＡＣ波形の位相制御を提供するための外部制御回路機構（図示せず）を介してＡＣ幹線１１０の供給電圧波形と同期して光駆動信号出力６４０－１および６４０－２を急速に切り替えることを可能にする。
【0113】
図６Ｈは、本開示の別の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る固体双方向スイッチ６００－７の概略回路図である。固体双方向スイッチ６００－７は、固体双方向スイッチ６００－７が電流センサ回路６５０および電流検知素子６５２を備えることを除いて、図６Ｇの固体双方向スイッチ６００－６と回路構成が同様である。電流センサ回路６５０は、電流検知素子６５２を使用して、ＡＣ幹線１１０によって負荷１２０に給送されるＡＣ電流を検知する。図６Ｈの例示的な実施形態では、電流検知素子６５２は、直列接続された第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２間のノードに結合されている（例えば、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２の共通接続されたソース端子Ｓのノードに結合されている）。いくつかの実施形態では、電流検知素子６５２は、変流器またはホール効果検知素子を含む。
【0114】
電流センサ回路６５０は、スイッチ制御回路６４０に、制御スイッチ６４１および６４２のアクティブ化および非アクティブ化を選択的に制御するための制御信号を生成し、出力するように構成されている。例えば、電流センサ回路６５０が、線路活性１１１と負荷活性１２１との間の活性線経路に電流の流れがないか、または過剰な電流があると判定すると、電流センサ回路６５０は、スイッチ制御回路６４０に制御信号を出力し、この制御信号により、スイッチ制御回路６４０は、（ｉ）制御スイッチ６４２をターンオフさせ、それによって第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２をバイアス回路機構から切断し、（ｉｉ）制御スイッチ６４１をターンオンさせ、それによって第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２を非アクティブ化し、固体双方向スイッチ６００－７をスイッチオフ状態にする。
【0115】
他の例示的な実施形態では、インテリジェント回路遮断器は、以下の同時係属出願および発行済み特許のうちのいずれか１つに開示されているのと同じまたは類似の固体ＡＣスイッチング回路機構および技術を実装することができる。（１）２０１８年１０月１１日に出願された、Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｌｉｎｅ Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒという名称の米国特許出願第１６／０９３，０４４号（公開第ＵＳ２０１９／０２０７３７５号）、（２）２０１９年１１月５日に発行された、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｗｉｔｃｈ ａｎｄ Ｄｉｍｍｅｒという名称の米国特許第１０，４６９，０７７号、（３）２０１８年１１月７日に出願された、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｗｉｔｃｈ ａｎｄ Ｄｉｍｍｅｒという名称の国際特許出願第 ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０５９５６４号（国際特許出願第２０１９／１３３１１０号）、（４）２０１８年７月７日に出願された、Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒという名称の米国特許出願第１６／０２９，５４９号、（５）２０１８年１０月１日に出願された、Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎという名称の米国特許出願第１６／１４９，０９４号、および（６）２０１９年１０月１日に出願された、Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒｓという名称の米国特許出願第１６／５８９，９９９号であり、これらの開示はすべて参照により本明細書に組み込まれる。
【0116】
図７Ａおよび図７Ｂは、本開示の一実施形態による、固体双方向スイッチを制御するためのスイッチ制御回路を概略的に例示している。特に、図７Ａは、本開示の実施形態による、固体双方向スイッチを制御するためのインテリジェント回路遮断器に実装され得るスイッチ制御回路の概略ブロック図であり、図７Ｂは、本開示の実施形態による、図７Ａのスイッチ制御回路の概略回路図である。図７Ａおよび７Ｂは、図３Ａおよび３Ｂの例示的な実施形態における固体双方向スイッチ３０４を制御するためのスイッチ制御回路機構３０８の例示的な実施形態を例示している。
【0117】
図７Ａは、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２ならびにそれぞれのボディダイオード６０１－１および６０２－１を備える固体双方向スイッチ７００を例示している。固体双方向スイッチは、検知抵抗器７１６、短絡検出および保護回路７１２、ならびにスイッチＶＧＳコントローラ７１４を備える制御回路７１０に結合されている。検知抵抗器７１６は、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のソース端子Ｓ（例えば、ノードＮ１およびＮ２）間に接続されている。短絡検出および保護回路７１２は、負荷側短絡障害状態を検出するように構成されており、短絡障害状態の検出に応答して固体双方向スイッチの高速切断を提供するように、スイッチＶＧＳコントローラ７１４と連動する。
【0118】
特に、短絡検出および保護回路７１２は、ノードＮ１およびＮ２に連結されており、センサ抵抗器７１６の負担電圧を測定し、かつ負担電圧が短絡障害状態を示す事前設定された値を超えるときを判定するように構成されている。短絡検出および保護回路７１２は、スイッチＶＧＳコントローラ７１４と協働して、検知抵抗器７１６の負担電圧が事前設定された値を超えたときに、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２を迅速に遮断する。いくつかの実施形態では、短絡検出および保護回路７１２は、プロセッサ（例えば、プロセッサ２２０、図３Ａおよび３Ｂ）に障害の通知を提供するように構成されている。
【0119】
図７Ａに概略的に例示されるように、スイッチＶＧＳコントローラ７１４は、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のゲート端子（例えば、ノードＮ３）に結合されている。スイッチＶＧＳコントローラ７１４は、双方向スイッチ（例えば、オン状態）の通常動作中に、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のアクティブ化および非アクティブ化を制御するように、かつ障害状態に応答して、ＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２の両方を非アクティブ化するように構成されている。加えて、スイッチＶＧＳコントローラ７１４は、固体双方向スイッチのオンオフ状態中の第１および第２のＭＯＳＦＥＴデバイス６０１および６０２の漏れを最小限に抑えるように構成されている。いくつかの実施形態では、スイッチＶＧＳコントローラ７１４は、スイッチＶＧＳ制御機能性を実装するために、制御プロセッサ（例えば、プロセッサ２２０、図３Ａおよび３Ｂ）から制御信号（例えば、スイッチ制御信号、漏れ制御信号）を受信するように構成されている。
【0120】
図７Ａは、検知抵抗器７１６が第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１および６０２のソース端子Ｓ間に接続されている例示的な実施形態を例示しているが、検知抵抗器７１６が線路活性１１１と負荷活性１２１との間の活性線経路に沿った他の位置に接続され得ることを理解されたい。加えて、検知抵抗器７１６の負担電圧が、それぞれの機能を実装するために異なる検知および制御回路機構によって利用されるように、検知抵抗器７１６はまた、図３Ｂの電流センサおよびエネルギーメータリング回路機構２４０のエネルギー検知要素として利用され得る。
【0121】
図７Ｂは、本開示の実施形態による短絡検出および保護回路７１２の回路図を概略的に例示している。検知抵抗器７１６は、ノードＮ１およびＮ２間に接続されており、ノードＮ１は、図７Ａに示されるように、第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０１のソース端子（ハイサイドスイッチとして表されている）に結合され、ノードＮ２は、第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ６０２のソース端子（ローサイドスイッチとして表されている）に結合されている。スイッチＶＧＳコントローラ７１４は、短絡検出保護回路７１２のノードＮ４に接続されている。
【0122】
短絡検出および保護回路７１２は、複数のバイポーラ接合トランジスタ７２０、７２１、および７２２、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ７２４、複数の抵抗器７３０、７３１、７３２、７３３、７３４、７３５、および７３６、ならびにコンデンサ７４０を備え、すべてが図７Ｂに示されるように配置および接続されている。トランジスタ７２０、７２１、および７２２は、ＡＣ電流の基本的に双方向のサポートを特徴とする位相判別器を備えるように配置される。短絡検出回路７１２は、検知抵抗器７１６の（すなわち、ノードＮ１およびＮ２の）負担電圧を監視し、負担電圧が０．７ボルトを超えると、スイッチ６０１および６０２にＶＧＳ制御をトリップさせる。より具体的には、この実施形態では、検知抵抗器７１６を通る電流が所定の最大電流値（例えば、トリップ電流閾値）を満たすかまたは超えると、バイポーラ接合トランジスタ７２０および７２２をターンオンさせるのに十分であるベースエミッタ間（ＶＢＥ）を生成するように、検知抵抗器７１６の抵抗値が選択されている。より高いトリップ電流については、検知抵抗器７１６の抵抗値が減少するのに対して、より低いトリップ電流については、検知抵抗器７１６の抵抗値が増加する。例えば、約２００アンペアのトリップ電流について、検知抵抗器７１６は、約３０ミリオームの抵抗値を有するであろう。
【0123】
当業者は、接地基準検知回路が利用され得るが、そのような回路が、アイソレータを含む追加の構成要素を必要とする、劣った、高価で複雑なソリューションを提供することを理解するであろう。また、短絡トリップ電流は、センサ抵抗器７１６の抵抗値を変化させるか、または分圧器で０．７ボルトのバイアス点に影響を与えるセンサ抵抗器７１６の能力を調整することによって、調整可能である。他の実施形態では、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）などの追加の機構を利用して、リアルタイムで短絡電流閾値に影響を与え、短絡電流閾値を調整し、それによってシステムを短絡電流レベルに関してプログラム可能にすることを可能にしてもよい。このプログラム可能性は、応動時間を改善し、かつ不要トリップを低減するためにシステムの性能を拡張するのに特に有用である。一例として、重負荷下で動作する回路遮断器は、無負荷遮断器よりも、両方が短絡負荷に遭遇するに至るときに、短絡トリップ閾値にはるかに近い場合がある。
【0124】
図８Ａは、本開示の別の実施形態によるインテリジェント回路遮断器の高レベルの概略説明図である。特に、図８Ａは、固体双方向スイッチ８０１および負荷分離スイッチ８０２を備えるインテリジェント回路遮断器８００を例示している。固体双方向スイッチ８０１は、インテリジェント回路遮断器８００の線路入力端子（線路活性１１１に接続されている）とラウド出力端子（負荷活性１２１に接続されている）との間の電路で直列に接続されている。負荷分離スイッチ８０２は、負荷活性１２１と負荷中性１２２との間に接続されている。例示および議論を容易にするために、インテリジェント回路遮断器８００の様々な構成要素（例えば、プロセッサ、スイッチコントローラ、電流センサ、電圧センサ、ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構など）が、図８Ａに例示されていないことを理解されたい。
【0125】
インテリジェント回路遮断器８００は、負荷分離スイッチ８０２をアクティブ化して負荷１２０をバイパスし、それによって固体双方向スイッチ８０１がスイッチオフ状態にあるときに、負荷１２０をインテリジェント回路遮断器８００から分離する（例えば、電気的に分離する）制御スキームを実装する。このことにより、非アクティブ化された固体双方向スイッチ８０１からの任意の漏れ電流は、分離スイッチ８０２を通って接地に流れることが可能になり、そのような漏れ電流が負荷１２０に流れることが防止される。負荷分離スイッチ８０２は、固体双方向スイッチ８０１がスイッチオン状態にあり、インテリジェント回路遮断器８００が負荷１２０に電力を供給しているときに、無効化される。
【0126】
図８Ｂは、本開示の一実施形態による、インテリジェント回路遮断器を負荷から分離するように構成されている分離回路を備えるインテリジェント回路遮断器の高レベル概略説明図である。より具体的には、図８Ｂは、図８Ａのインテリジェント回路遮断器８００の例示的な実施形態を例示しており、分離スイッチ８０２は、固体双方向スイッチ８０１がスイッチオフ状態にあるときに、インテリジェント回路遮断器８００を負荷１２０から分離（例えば、誘電体分離）するように構成されている分離回路８１０の一部として実装されている。上述したように、固体双方向スイッチ８０１がスイッチオフ状態にあるとき、固体双方向スイッチは、少量の漏れ電流を生成し得る。例えば、固体双方向スイッチ８０１が完全にスイッチオフ状態になるようにバイアスされている場合でも、少量の漏れ電流（例えば、２００ｕＡ）が固体スイッチ８０１を流れ、負荷１２０が高インピーダンス負荷を含むときに負荷１２０にかなりの電圧降下を生成し得る。分離回路８１０は、固体双方向スイッチ８０１が非アクティブ化されると、負荷１２０からの不要な漏れ電流を分流するように機能する。
【0127】
分離回路８１０は、コントローラ８２０、ＭＯＳＦＥＴデバイス８３０および８４０、ならびに関連付けられたボディダイオード８３０－１および８４０－１を備える。この例示的な実施形態では、図８Ａの分離スイッチ８０２は、ＭＯＳＦＥＴデバイス８３０および８４０を備える固体双方向スイッチとして実装されている。固体双方向スイッチ８０１がスイッチオフ状態にされると、コントローラ８２０は、ＭＯＳＦＥＴスイッチ８３０および８４０にターンオンするように命令し、これにより、非アクティブ化された固体双方向スイッチ８０１からのリーク電流が負荷１２０に流れるのを防止する。漏れ電流を負荷１２０から離してバイパスするか、または分流する効果は、ＡＣ幹線１１０と負荷１２０との間にエアギャップスイッチが実装され得るガルバニック分離技術と同等のものとして機能する。この構成では、分離回路８１０は、誘電体分離を提供し、擬似エアギャップとして機能する。分離回路８１０は、本明細書で論じられるように、インテリジェント回路遮断器の他の例示的な実施形態に実装され得ることを理解されたい。
【0128】
図９Ａ、９Ｂ、および９Ｃは、本開示の実施形態による、インテリジェント回路遮断器に実装され得る集積電流センサおよびエネルギーメータリング回路９００を概略的に例示している。いくつかの実施形態では、図９Ａ、９Ｂ、および９Ｃは、図２Ｂおよび３Ｂに示される電流センサおよびエネルギーメータリング回路２４０の例示的な実施形態を例示している。図９Ａ、９Ｂ、および９Ｃは、電流センサおよびエネルギーメータリング回路９００の異なる回路ブロックを例示しており、図９Ａは、電源ブロック９１０および電流センサブロック９２０の概略図であり、図９Ｂは、過電流検出ブロック９３０の概略図であり、図９Ｃは、エネルギーメータリングブロック９８０の概略図である。
【0129】
図９Ａを参照すると、電源ブロック９１０は、分離ＤＣ－ＤＣ変換器９１１、フェライトビーズ９１２、コンデンサ９１４および９１６、ならびに仮想接地（ＨＧＮＤ）９１８を備え、すべてが、示されるように配置され、接続されている。分離ＤＣ－ＤＣ変換器９１１は、第１のＤＣ供給電圧ＶＤＣ－Ａを第２のＤＣ供給電圧ＶＤＣ－ｏｎ－Ｈｏｔに変換し、第１および第２のＤＣ供給電圧間の分離を提供するように構成されている。フェライトビーズ９１２は、線路活性１１１と仮想接地（ＨＧＮＤ）９１８との間に接続されている。コンデンサ９１４は、分離ＤＣ－ＤＣ変換器９１１の入力端子間に接続されており、したがって、ＶＤＣ－Ａ電圧レールと中性接地（ＧＮＤ）１１４との間に接続されている、バイパスコンデンサとして機能する。同様に、コンデンサ９１６は、分離ＤＣ－ＤＣ変換器９１１の出力端子間に接続されており、したがって、ＶＤＣ－ｏｎ－Ｈｏｔ電圧レールと仮想接地ＨＧＮＤ９１８との間に接続されている、バイパスコンデンサとして機能する。フェライトビーズ９１２ならびにコンデンサ９１４および９１６は、供給電圧レールからの高周波ノイズをフィルタリングするように機能する。
【0130】
いくつかの実施形態では、ＶＤＣ－Ａ電圧レール上の第１のＤＣ供給電圧ＶＤＣ－Ａは、ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構２１０によって生成されたＤＣ供給電圧（例えば、５Ｖ）を含み（図２Ｂおよび３Ｂを参照）、分離ＤＣ－ＤＣ変換器９１１は、線路活性１１１に接続されているＶＤＣ－ｏｎ－Ｈｏｔ電圧レールに印加される第２のＶＤＣ－ｏｎ－Ｈｏｔ供給電圧（例えば、５Ｖ）を生成するための１：１の変換を提供する。この点で、分離ＤＣ－ＤＣ変換器９１１は、活性線経路に印加される第２のＶＤＣ－ｏｎ－Ｈｏｔ電圧（例えば、５Ｖ）を生成して、仮想接地ＨＧＮＤ９１８に対して測定される活性線経路上に５ＶのＤＣオフセットを提供する一方、第１のＤＣ供給電圧ＶＤＣ－Ａは、中性接地ＧＮＤ１１４に対して測定される。
【0131】
電流センサブロック９２０は、第１のブロック９２１－１および第２のブロック９２１－２を含む分離増幅器９２１を備え、これらは、例えば、光結合技術、静電結合技術などを使用して互いにガルバニックに分離される。第１のブロック９２１－１は、電源ブロック９１０によって生成されたＶＤＣ－ｏｎ－Ｈｏｔ供給電圧によって電力供給され、第２のブロック９２１－２は、ＶＤＣ－Ａ供給電圧によって電力供給される。電流センサブロック９２０は、電流検知抵抗器９２２と、分離増幅器９２１の入力で抵抗器９２３および９２４ならびにコンデンサ９２５によって形成されたローパスフィルタと、をさらに備える。バイパスコンデンサ９２６は、電源レールＶＤＣ－Ａと接地１１４との間に接続されている。
【0132】
図９Ａに示されるように、いくつかの実施形態では、検知抵抗器９２２は、線路活性１１１とＡＣスイッチとの間の電路で直列に接続されている。検知抵抗器９２２は、活性線経路内の検知抵抗器９２２を流れるＡＣ負荷電流に基づいて、第１のノードＮ１（線路側ノードと称される）と第２のノードＮ２（負荷側ノードと称される）との間にＡＣ電圧（本明細書では負担電圧（ＶＢ）または検知電圧（ＶＳｅｎｓｅ）と称される）を生成する。いくつかの実施形態では、検知抵抗器９２２は、測定の目的で検知抵抗器９２２に十分な検知電圧を生成することができる比較的低い抵抗値を有する高電力抵抗器を備え、大量のエネルギーを消費しない。例えば、いくつかの実施形態では、検知抵抗器９２２は、約１ミリオームの抵抗値を含む。
【0133】
動作中、電流検知抵抗器９２２は、活性線経路上に流れる負荷電流に比例して負担電圧ＶＢを生成する。負担電圧ＶＢは、ＶＢ＝ＩＬ×ＲＳのように判定され、式中で、ＩＬは、負荷電流を表し、ＲＳは、検知抵抗器９２２の抵抗値を表す。分離増幅器９２１の第１のブロック９２１－１は、検知抵抗器９２２の負担電圧ＶＢの電圧レベルを増幅し、サンプリングし、分離バリアを通して、サンプリングされた電圧情報を第２のブロック９２１－２に伝送する（例えば、光学的に、静電容量的になど）。この回路構成では、ＶＤＣ－ｏｎ－Ｈｏｔおよび仮想ＨＧＮＤ９１８を使用した分離増幅器９２１の第１のブロック９２１－１のバイアスにより、分離増幅器９２１の第１のブロック９２１－１は、仮想接地ＨＧＮＤ９１８に対して検知抵抗器９２２（活性線経路で直列に接続されている）の電圧を測定することが可能になる。分離増幅器９２１の第１および第２のブロック９２１－１および９２１－２間の分離により、第２のブロック９２１－２および下流回路構成要素を、ＶＤＣ－Ａおよび中性接地ＧＮＤ１１４を使用してバイアスすることが可能になる。
【0134】
分離増幅器９２１の第２のブロック９２１－２は、第１のブロック９２１－１から提供されるサンプリングされた電圧情報を利用して、中性接地ＧＮＤ１１４に関して第１および第２の電流検知制御信号（Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｅｎｓｅ（＋）およびＣｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｅｎｓｅ（－）と表される）を含む差動信号を生成し、出力する。いくつかの実施形態では、分離増幅器９２１の差動出力は、ＤＣオフセット（例えば、１．３Ｖのオフセット）および所望の利得（例えば、８の利得）を有する差動信号として実装されている。過電流検出ブロック９３０（図９Ｂ）およびエネルギーメータリングブロック９８０（図９Ｃ）には、第１および第２の電流検知制御信号（Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｅｎｓｅ（＋）およびＣｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｅｎｓｅ（－））が入力される。
【0135】
いくつかの実施形態では、図９Ａに示されるように、分離増幅器９２１は、インテリジェント回路遮断器のプロセッサまたはコントローラによって制御され得る調整可能な利得を有するように構成されている。特に、図９Ａに示されるように、分離増幅器９２１の第２のブロック９２１－２は、プロセッサまたはコントローラが、分離増幅器９２１の利得を調整し、それによってインテリジェント回路遮断器がトリップする過電流状態のレベルを調整することを可能にする、Ｇａｉｎ＿Ａｄｊｕｓｔ制御入力を備える。この構成では、分離増幅器９２１は、線路活性１１１と負荷活性１２１との間の活性線経路上の電流の流れの結果として、検知抵抗器９２２に（すなわち、ノードＮ１およびＮ２間に）生成される比較的小さい検知電圧を増幅するための利得の要素を提供する。したがって、検知抵抗器９２２は、比較的小さい検知電圧を生成し、かつ通常の回路動作のための電力消散を最小限に抑えるが、小さい検知電圧を使用して過電流検出を可能にするように、分離増幅器９２１によって増幅される、比較的小さい抵抗値（例えば、１ミリオーム）を有することができる。さらに、分離増幅器９２１の利得を所望に応じて調整して過電流検出のレベルを調整する間、検知抵抗器９２２の抵抗値を固定されたまま（例えば、１ミリオーム）とすることができる。
【0136】
いくつかの実施形態では、プロセッサまたはコントローラは、インテリジェント回路遮断器と統合されるか、またはインテリジェント回路遮断器に別用に結合される温度センサによって判定されるような、インテリジェント回路遮断器の温度に基づいて、増幅器９１２の利得を調整するように構成され得る。例えば、インテリジェント回路遮断器の温度が比較的高いレベル（例えば、摂氏１１５度以上）に上昇する場合、分離増幅器９２１の利得は、インテリジェント回路遮断器がトリップする過電流のレベルを低減するように調整され得る（例えば、増加され得る）。
【0137】
図９Ｂを参照すると、過電流検出ブロック９３０は、単位利得増幅器９３１と、ＲＭＳ段９３５－１および比較器段９３５－２を備える２段検出回路９３５と、を備える。単位利得増幅器９３１は、抵抗器９３２および９３３間のノードＮ３に接続された非反転入力を有する。抵抗器９３２および９３３は、電流センサブロック９２０（図９Ａ）の分離増幅器９２１の差動出力間に直列に接続されている。単位利得増幅器９３１および抵抗器９３２および９３３は、過電流検出ブロック９３０のレベルシフト入力段として機能し、抵抗器９３２および９３３は、分離増幅器９２１の差動出力のＤＣオフセット（例えば、１．３Ｖのオフセット）に対処するために同じ抵抗値を有するように選択されている。この点において、過電流検出ブロック９３０は、分離増幅器９２１の電流検出差動出力の一方の側のみを利用するため、過電流検出ブロック９３０への入力は、Ｖｉｎ＿ＯＣＤ＝１．３Ｖ＋Ａａ／２×ＩＬ×ＲＳによって与えられ、式中で、Ａは、８であり、「ａ」は、電流センサブロック９２０の分離増幅器９２１によって増幅されるＡＣ波形のピーク振幅を表す。
【0138】
単位利得増幅器９３１の出力は、ＲＭＳ段９３５－１に入力される。ＲＭＳ段９３５－１は、Ｖｉｎ＿ＯＣＤのＲＭＳ（二乗平均平方根）値を表す出力信号を生成するように構成されている能動ピーク検出回路を備える。ＲＭＳ段９３５－１は、第１の増幅器９４０および第２の増幅器９５０を備える。第１および第２の増幅器９４０および９５０は、それぞれ抵抗器９４１および９５１を介して単位利得増幅器９３１の出力に結合されているそれぞれの非反転入力を備える。第１および第２の増幅器９４０および９５０は、それぞれ抵抗器９４２および９４３を介して電流センサブロック９２０のＣｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｅｎｓｅ（－）出力に結合されているそれぞれの反転入力を備える。第１の増幅器９４０の出力は、整流器ダイオード９４６および抵抗器９５２を介して第２の増幅器９５０の反転入力に結合されている。第１の増幅器９４０は、整流器ダイオード９４５を備える第１のネガティブフィードバックループと、抵抗器９４４を備える第２のネガティブフィードバックループと、を備える。第２の増幅器９５０は、並列接続された抵抗器９５３およびコンデンサ９５４を備えるネガティブフィードバックルックを備える。
【0139】
ＲＭＳ段９３５－１は、正弦波を仮定して、ＶＲＭＳ＝１．３Ｖ－ＲＭＳ（Ａａ／２×ＩＬ×ＲＳ）または１．３Ｖ－（．７０７）×Ａａ／２×ＩＬ×ＲＳによって与えられるＲＭＳ電圧を生成するように構成されている。ＲＭＳ電圧は、第２の（比較器）段９３５－２の入力に結合されている第２の増幅器９５０の出力で生成される。比較器段９３５－２は、ＲＭＳ電圧ＶＲＭＳを受信するために増幅器９５０の出力に結合された反転入力を有する比較器９６０と、Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ制御信号を入力として受信する非反転入力と、を備える。いくつかの実施形態では、Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ制御信号は、制御プロセッサ（例えば、プロセッサ２２０、図２Ｂおよび３Ｂ）内の電流ＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）によって生成される電流を含む。Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ制御信号は、比較器９６０の非反転入力に接続されている抵抗器９６１に電流閾値電圧ＶＣＴを生成する。いくつかの実施形態では、ＤＡＣの分解能は、２．４μＡ／ビットであり、抵抗器９６１は、４３２０Ωの抵抗値を有する。このことは、電流閾値電圧ＶＣＴが比較器９６０の非反転入力において１０．３６８ｍＶ／ビットの分解能を有することをもたらす。ＤＡＣコードとＣｕｒｒｅｎｔ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（ＣＴ）との間の関係は、Ｄ＝（１．３Ｖ－（Ａａ／２×ＣＴ×ＲＳ）／（１０．３６８ｍＶ／ビット）またはＤ＝（１．３Ｖ－１６ｍΩ×Ｃｔ）／（１０．３６８ｍＶ／ビット）によって与えられ、式中で、ＣＴは、アンペアＲＭＳ単位である。
【0140】
ＲＭＳ段９３５－１によって生成されたＲＭＳ電圧ＶＲＭＳがいくつかの電圧リップルを有し得ることから、比較器段９３５－２は、第１の比較器９６０および第２の比較器９７０を備える２段比較器として実装されている。比較器９６０は、ＶＣＴをＶＲＭＳと比較する。ＶＲＭＳ信号に対するＶＣＴ信号が互いに近接している場合、第１の比較器９６０の出力は、現在のＶＲＭＳがどのくらいの量超えているか、または下回っていることを表すかに関して、デューティサイクルを有してディザリングする。第１の比較器９６０は、抵抗器９６２およびコンデンサ９６３によって形成されたローパスフィルタを介して第２の比較器９６０の非反転入力に結合されている出力を有する。第２の比較器９７０は、供給電圧ＶＤＣ－Ａと接地ＧＮＤ１１４との間に直列接続された第１の抵抗器９７１および第２の抵抗器９７２を備える分圧器ネットワークに接続されている反転入力を備える。分圧器ネットワークは、第２の比較器９７０の反転入力に印加される基準電圧ＶＲＥＦを生成する。第２の比較器９７０は、第１の比較器９６０のデューティサイクルが５０％を超えるとＯｖｅｒ＿Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ信号を生成する。
【0141】
Ｏｖｅｒ＿Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ信号は、回路遮断器のＡＣスイッチを非アクティブ化して過電流障害状態から保護するために、制御回路機構に入力される。過電流障害状態を監視し、かつ検出するために、図９Ａおよび９Ｂの電流センサ回路機構９００と併せて、インテリジェント回路遮断器のプロセッサによって実装され得る例示的な制御プロセスを、図１１を参照して以下でさらに詳細に説明する。
【0142】
ここで図９Ｃを参照すると、エネルギーメータリングブロック９８０は、エネルギーメータリング回路９８１と、抵抗器９８２、９８３、および９８４ならびにコンデンサ９８５、９８６、および９８７を備える受動バンドパスフィルタと、を備える。エネルギーメータリング回路９８１は、受動バンドパスフィルタを介して電流センサブロック９２０（図９Ａ）の分離増幅器９２１の差動出力Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｅｎｓｅ（＋）およびＣｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｅｎｓｅ（－）に結合されている差動入力を備える。実効的に、バンドパスフィルタがＤＣオフセット（例えば、１．３Ｖのオフセット）を除去し、Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｅｎｓｅ（＋）およびＣｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｅｎｓｅ（－）信号を減衰させ、不要な高周波を大きく減衰させることから、エネルギーメータリング回路機構９８１への入力電圧ＶＣＭは、ＶＣＭ＝（Ａａ×ＩＬ×ＲＳ）／ＡＮ（ＡＮは、バンドパスフィルタの減衰を表す）によって提供される。エネルギーメータリングソフトウェアの観点から、有用な定数は、電流対電圧比、Ｋｓ＝Ａａ×ＲＳ＝０．０３２Ω（Ａａ＝８、Ｒｓ＝０．００４Ωと仮定する）であり、１／Ｋｓ＝ＡＮ／（Ａａ＊ＲＳ）＝６５６．２５アンペア／ボルトである。
【0143】
図９Ａ、９Ｂ、および９Ｃの回路構成要素の様々な抵抗および静電容量値は、用途に応じて変化し得ることを理解されたい。いくつかのコンテキストを提供するために、抵抗値および静電容量値の以下の非限定的な例を、図９Ａ、９Ｂ、および９Ｃの回路機構に実装することができる。例えば、図９Ａでは、抵抗器９２２、９２３、および９２４ならびにコンデンサ９２５の値は、所望の入力信号フィルタリングを提供するように選択される。
【0144】
さらに、いくつかの実施形態では、図９Ｂの抵抗値およびコンデンサ値は、以下のとおりである。抵抗器９３２および９３３は、５．９Ｋの抵抗値を有する。抵抗器９４１は、４．７Ｋの抵抗値を有する。抵抗器９４２、９４３、および９４４は、１０Ｋの抵抗値を有する。抵抗器９５１は、２．７Ｋの抵抗値を有する。抵抗器９５２は、４．９９Ｋの抵抗値を有する。抵抗器９５３は、１１Ｋの抵抗値を有する。コンデンサ９５４は、２．２ｕＦの静電容量値を有する。抵抗器９６１は、４．３Ｋの抵抗値を有する。抵抗器９６２は、２２Ｋの抵抗値を有する。コンデンサ９６３は、０．４７ｕＦの静電容量値を有する。抵抗器９７１および９７２は、２２Ｋの抵抗値を有する。
【0145】
さらに、いくつかの実施形態では、図９Ｃの抵抗値およびコンデンサ値は、以下のとおりである。抵抗器９８２および９８３は、４．７Ｋの抵抗値を有する。抵抗器９８４は、４７０オームの抵抗値を有する。コンデンサ９８５および９８６は、１０ｕＦの静電容量値を有する。コンデンサ９８７は、１０ｎＦの静電容量値を有する。いくつかの実施形態では、エネルギーメータリング回路９８１は、電力線路システムの電力およびエネルギーを測定し、かつ瞬時電圧および電流波形を処理して、電圧および電流、能動、無効および見かけの電力およびエネルギーのＲＭＳ値を計算するように、専用に設計された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を備える。他の実施形態では、エネルギーメータリング回路９８１は、所望のエネルギーメータリング機能性を実装する「オフザシェルフ」特定用途向け標準製品（ＡＳＳＰ）チップを備える。
【0146】
エネルギーメータリング回路９８１は、エネルギーメータリングデータを生成し、インテリジェント回路遮断器のプロセッサ２２０に出力し（例えば、図２Ｂおよび３Ｂ）、プロセッサ２２０は、エネルギーメータリングデータを記憶し、分析して、インテリジェント回路遮断器によって保護される分岐回路上の負荷のエネルギー使用を判定する。プロセッサ２２０は、無線または有線ネットワーク接続を介して、リモートコンピューティングノードまたはデバイスにエネルギー使用情報を提供することができる。この構成は、エネルギー使用のリモートエネルギー監視および通知を可能にし、それによって様々なアプリケーションのエネルギー認識を向上させる。
【0147】
例として、複数のエネルギー認識インテリジェント回路遮断器は、所与の住居または建物内の複数の分岐回路からのリアルタイムのおよび蓄積されたエネルギー使用を報告するように構成され得る。所与の住居または建物内のエネルギー認識インテリジェント回路遮断器は、所与の住居または建物のエネルギー使用を外部会社による報告対象として検証するか、または別用に相関付けるために物件所有者が利用することができる蓄積されたエネルギー使用情報を提供することができる。加えて、ストリップモールなどの集合住宅またはマルチユニット物件では、エネルギー認識インテリジェント回路遮断器を使用したインテリジェントエネルギーメータリングにより、物件所有者は、複数の外部計器を必要とせずにテナントに個別に請求することが可能になる。別の例として、インテリジェント回路遮断器によるインテリジェントエネルギーメータリングは、賃借人またはＡｉｒｂｎｂレンタルについて、賃借人が寒い夜に窓を開けたまま電気ヒータを全出力で継続的に稼働させて寝る、またはＡＣユニットを最大冷房に設定しながら賃借人が暖かい夜に重いカバーの下で寝るなどの、不必要なエネルギーの無駄を防止するか、または報告するのにも、有用である。
【0148】
別の例として、インテリジェント回路遮断器によるインテリジェントエネルギーメータリングは、起こり得るエネルギー盗難、または異常な予期しないエネルギー消費を判定する方法を提供し、また、欠陥のあるまたは機能不全の外部計器を明らかにすることができる。他の用途では、インテリジェントエネルギー認識回路遮断器はまた、電気使用量が、分岐上のデバイスのための、またはデバイスおよび分岐の集約のための設定可能な「通常のレベル」を超えると、警告／通知を送信することが可能である。さらに、インテリジェントエネルギー認識回路遮断器はまた、ピーク負荷期間中に無効化または電力削減され得る負荷を探す外部企業にとって有用である。例えば、いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器は、２０１９年１１月１３日に出願された、Ｍａｎａｇｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ ｆｏｒ Ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ａｎｄ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓという名称の米国特許出願第１６／６８２，６２７号に開示されているような負荷プロファイリング技術を実装することができ、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。開示されるように、これらの同じスマートデバイスは、外部電源の崩壊中および回路の復旧中の瞬間に、貴重な停電情報を提供することができる。停電のタイミングは、停電または損傷した電力線の位置を特定し、損傷の数を推定することを支援し、より正確な設備の復旧時間を生成するのに役立つ。他の用途では、インテリジェントエネルギー認識回路遮断器はまた、建物のインフラストラクチャおよび外部エネルギー供給に接続された再生可能エネルギー源および電気自動車で一般的に経験されるますます不適切に同期される双方向エネルギーを測定し、診断し、および制御することができる。
【0149】
図１０は、本開示の一実施形態による、障害状態の検出に応答してインテリジェント回路遮断器のスイッチを制御するための方法の流れ図である。例示の目的で、図１０の例示的なプロセスの流れを、インテリジェント回路遮断器の固体双方向スイッチを制御するコンテキストで論じるが、インテリジェント回路遮断器の電磁スイッチ（例えば、スイッチ３０２、図３Ａおよび３Ｂ）を制御するために、同じまたは類似のプロセスの流れが実装されてもよい。外部電源の印加に際して、インテリジェント回路遮断器の制御ロジックは、固体双方向スイッチの制御を前提とする（ブロック１０００）。最初に、制御ロジックは、固体双方向スイッチを開放状態（またはスイッチオフ状態）にし（ブロック１００１）、固体双方向スイッチをいつ閉鎖状態（またはスイッチオン状態）にするのが適切であるかを判定するように進行する（ブロック１００２）。
【0150】
例えば、制御ロジックは、（ｉ）手動回路遮断器スイッチ位置（例えば、手動スイッチが閉鎖されている）、（ｉｉ）外部電源喪失時のスイッチ状態（例えば、電源喪失時にスイッチが閉鎖されていた）、（ｉｉｉ）ローカルプロセッサから受信されたコマンド、またはリモートノードから無線で受信されたコマンド、（ｉｖ）寿命終了無効化状態などに基づいて、固体双方向スイッチを閉鎖するのに適切であると判定し得る。固体双方向スイッチが閉鎖状態になると（ブロック１００３）、制御ロジックは、固体双方向スイッチを開放状態、すなわちスイッチオフ状態にする必要があると見なされる事象の発生を監視するように進行する（ブロック１００４）。
【0151】
例えば、電流過負荷事象（ブロック１００５）または短絡事象（ブロック１００６）などの障害事象の発生は、固体双方向スイッチの非アクティブ化（すなわち、スイッチオフ状態）をトリガする。例えば、上述したように、いくつかの実施形態では、電流過負荷事象は、線路電流を検出するように構成された電流センサを使用して取得された電流センサデータをリアルタイムで分析するプロセッサによって判定され得る。他の実施形態では、インテリジェント回路遮断器は、電流過負荷検出回路機構（例えば、図９Ａおよび９Ｂ）を備える電流センサであって、電流過負荷事象を検出するように、かつ固体双方向スイッチの開放をトリガする電流過負荷検出信号を生成するように構成されている電流センサを備える。
【0152】
他の実施形態では、手動回路遮断器スイッチの開放を検出することは、固体双方向スイッチの開放をトリガするであろう事象と見なされる（ブロック１００７）。上述したように、この事例では、手動スイッチ開放事象の前または手動スイッチ開放事象と同時の固体双方向スイッチの開放は、インテリジェント回路遮断器の電気機械または電磁スイッチの接点間の電気アーキングの発生を排除するか、または最小限に抑えるように機能するであろう。アーキングの発生は、回路遮断器の金属接点の劣化を引き起こし、可燃性ガスが存在し得る状況での安全上の危険である。これに関して、障害事象または手動レバー動作中にアークを排除する能力は、本明細書に開示されるインテリジェント回路遮断器が、単に下流の回路配線を熱損傷から保護することを超えて、回路遮断器の安全性を拡張する方法の例である。さらに、上述したように、高速切断応答時間の固体双方向スイッチの実装は、下流の配線および負荷にアーキングを引き起こす可能性のある危険な電流レベルの流れを防止する。
【0153】
他の実施形態では、リモートスイッチ開放コマンド事象が、固体双方向スイッチの開放をトリガするであろう（ブロック１００８）。上述したように、インテリジェント回路遮断器内の無線送受信機の実装は、無線通信がインテリジェント回路遮断器によって保護される分岐回路および負荷をリモートに切断することを可能にする。例えば、リモートスイッチ開放コマンド能力により、緊急サービス人員は、報告されたガス漏れまたは洪水事象中に構造の一部またはすべてを電源遮断することが可能になる。セキュアなインターネットプロトコル（ＩＰ）アドレスおよびＩＰネットワークを介した無線送受信機の実装により、リモートコマンドをインテリジェント回路遮断器の制御ロジックに発行して、固体双方向スイッチをオフに切り替え、インテリジェント回路遮断器を実際にトリップさせることが可能になる。
【0154】
他の実施形態では、センサデータトリップ事象が、固体双方向スイッチの開放をトリガするであろう（ブロック１００９）。上述したように、様々なセンサおよび制御ロジックを有するプロセッサの実装は、様々な検知された状態に応答して、インテリジェント回路遮断器のトリップを可能にする。例えば、電流および電圧センサに加えて、インテリジェント回路遮断器は、温度センサ、湿度センサなどの他のタイプのセンサを含むことができる。センサデータを入手する能力は、入手されたセンサデータを処理し、危険で問題のある事象を予測し、無線警告／通知を発行することができる制御アルゴリズムの実装と組み合わせて、本明細書に開示されるようなインテリジェント回路遮断器の安全性能力を拡張する。
【0155】
例えば、センサデータを入手し、処理することによって、インテリジェント回路遮断器は、スパポンプ、ヒータ、または中央空調システムのコンプレッサなどの負荷の差し迫った障害を予測することによって、負荷の潜在的な障害状態の直前に固体スイッチの開放を開始するように構成され得る。いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器は、２０１８年５月１５日に出願された、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ Ａｎａｌｙｔｉｃｓ Ｓｙｓｔｅｍという名称の米国特許出願第１５／９８０，３１１号に開示されているような予測分析技術を実装することができ、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。さらに、インテリジェント回路遮断器が負荷タイプ（例えば、スパポンプ）を識別する能力は、潜在的に安全でない状態を分析するのに非常に有用であり得る。いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器は、２０１９年４月９日に出願された、Ｌｏａｄ Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ＡＣ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓという名称の米国特許出願第１６／３４０，４７４号（公開ＵＳ２０１９／０２４５４５７号）に開示されているような回路負荷特性技術を実装することができ、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。さらに、インテリジェント回路遮断器の無線通信能力は、新しいタイプの冷凍モータなどの新しいタイプの負荷プロファイル、ならびにリモートサイトからの自動ソフトウェア、ファームウェア、およびアルゴリズムの更新を介した非通常の代替エネルギー供給に対する、拡張されたサポートを可能にする。
【0156】
別の例として、センサは、下流の電気デバイスにインテリジェントに接続されると、特定のレセプタクルまたは負荷で安全でない状態を検出することができる。２０アンペアの回路遮断器は、典型的には、多数の下流のレセプタクルに給電する。これらのレセプタクルの各々は、２０アンペアの負荷が複数のレセプタクル間で共有されることを前提とした１５アンペア定格のデバイスであり得る。回路遮断器のセンサは、特定のスマートレセプタクル、スマート負荷、または物件所有者に、過負荷になった、およびデイジーチェーン化された電源ストリップ、または単一のレセプタクル上のホリデーライトの多すぎるストリングなどの安全でない状態を警告し得る。図１５とともに以降でさらに詳細に論じられるように、インテリジェント回路遮断器は、無線警告／通知を発行、またはレセプタクルに切断するように指示、または状況が修正されてリセットされるまで遮断器自体を単にトリップすることができる。
【0157】
別の実施形態では、インテリジェント回路遮断器が負荷タイプを特徴付ける能力は、アルゴリズムを通じてか、または物件所有者によって提供されたデータを用いるかにかかわらず、インテリジェント回路遮断器が、所与の負荷タイプの性能における潜在的な劣化を検出するか、または別様に監視することを可能にする。このことは、例えば、障害および任意の結果として生じる損傷の前の冷凍ユニット、および多数の他のタイプの装置または負荷に対する予防保守のための情報を提供することにおいて特に有用である。これに関して、インテリジェント回路遮断器は、多くのタイプの負荷を識別し、プロファイルし、所与の負荷のリアルタイム動作プロファイルを所与の負荷の公称の動作プロファイルと比較するように構成され得る。装置製造者は、エネルギー使用のプロファイリング、通信、分析と関連付けられたビッグデータの収集から大きな利益を得る。
【0158】
他の実施形態では、インテリジェント回路遮断器をスマートレセプタクルと組み合わせて、スマートレセプタクルの負荷に電力を再供給する前に無線通信する能力を用いてスマートレセプタクルの過負荷状態を検出することができ、危険な障害状態を被る分岐回路をトリップさせ、インテリジェント回路遮断器によって分岐回路に電力が再印加された後に、問題を起こしているスマートレセプタクルに、負荷切断状態に留まるように無線で指示することによって、自動的に電力を再印加することができる。このことにより、インテリジェント回路遮断器は、所与の分岐上の他のすべての負荷に対して再度通電し、電力の融通を継続することが可能になり、その詳細については、図１５の流れ図と併せて以降で論じる。さらに、インテリジェント回路遮断器は、２つ以上の個々の分岐フィードまたは相を有するスマートレセプタクル、およびそれらを切り替える機構と組み合わされると、負荷を平衡させるためにスマートレセプタクルに、分岐回路を切り替えるように指示することができ、相平衡をより経済的に利用することができる。
【0159】
他の実施形態では、インテリジェント回路遮断器は、温度、湿度、ガス、煙／火災、および水センサなどのリモートセンサを備えるか、またはリモートセンサに別様に接続され得る。インテリジェント回路遮断器は、そのようなセンサを使用して環境状態を監視し、安全でない水位が感電または火災につながる可能性があるか、または安全でない温度が回路遮断器パネル内のデバイス障害につながる可能性がある状態の分岐回路から電源を切断することによって、安全でない状態に応動することができる。具体的な例として、湿度センサを、インテリジェント回路遮断器内、または遮断器分電盤内、または壁内に配設し、湿度センサを使用して、電気システム全体の安全性に悪影響を及ぼす可能性のある屋根または配管漏れを検出することができる。インテリジェント回路遮断器はまた、障害事象の前または直後に無線警告／通知を発行することができる。これらの例の各々はまた、現地の緊急サービスおよび現地の外部企業への無線通知を含むことができる。
【0160】
他の実施形態では、アーク障害および／または地絡障害センサを備えるインテリジェント回路遮断器はまた、安全でない状態の分岐回路を安全にシャットダウンすることができる。インテリジェント回路遮断器は、そのようなアーク障害または地絡障害事象の前または直後に、無線警告／通知を発行することができる。これらの例の各々はまた、現地の緊急サービスおよび現地の外部企業への無線通知を含むことができる。
【0161】
他の実施形態では、外部センサまたは無線通信を通じて利用可能なデータから導出された追加情報もまた、通知／警告またはトリップ事象を引き起こすために利用され得る。
【0162】
図１１は、本開示の一実施形態による、障害状態を検出し、かつ障害状態から保護するためにインテリジェント回路遮断器によって実装される制御プロセスを例示する状態図である。特に、図１１は、過電流障害状態を検出するために、インテリジェント回路遮断器のプロセッサ（例えば、インテリジェント回路遮断器２Ｂおよび３Ｂのプロセッサ２２０）によって実装される状態機械を例示する障害検出状態グラフを例示している。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２０は、プログラム可能な基準電流（例えば、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ、図９Ｂ）を生成するための電流デジタルアナログ変換器（電流ＤＡＣ）と、電流センサによって生成された過電流検出信号（例えば、電流センサ９００の過電流検出ブロック９３０の過電圧比較器９３５－２によって生成されたＯｖｅｒ＿Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ信号、図９Ｂ）を受信するための汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）デジタル信号ピンと、を備える。
【0163】
いくつかの実施形態では、プロセッサ２２０は、過電流障害状態を検出するための１ＫＨｚ状態機械を実装し、状態機械は、以下の状態を含む。（ｉ）停止、（ｉｉ）リセット、（ｉｉｉ）過電流検出（Ｓ０）、（ｉｖ）スローブローランプ（Ｓ１）、（ｖ）テール検出（Ｓ２）、および（ｖｉ）トリップ。加えて、いくつかの実施形態では、状態機械は、以下のプログラム可能なパラメータを実装する。（ｉ）過電流閾値（Ｓ０およびＳ２中に出力される）を表すＯＣＴ、（ｉｉ）瞬時トリップ閾値（Ｓ１ランプの開始）を表すＩＴＴ、（ｉｉｉ）スローブローランプ時間（Ｓ２の持続時間）を表すＳＢＲＴ、および（ｉｖ）テール時間（Ｓ２持続時間）を表すＴＴ。
【0164】
状態は、以下のように定義される。停止状態は、トリップまたは障害状態が検出されたときに使用されて、コマンドによってリセット状態に設定されるまで電流検出を停止する。リセット状態は、状態機械を始動するために使用される初期状態であり、リセット状態は、過電流閾値検出回路機構へのＤＡＣ出力を初期化し、状態機械をＳ０状態に設定する。Ｓ０状態では、電流ＤＡＣは、図９Ｂの電流センサ９００の過電流検出ブロック９３０の比較器段に入力される所望の過電流閾値（ＯＣＴ）を表す電圧を出力するようにプログラムされる。これは、比較器回路で測定されるような出力閾値よりも電流が上昇するまでの定常状態であり、この時点で、比較器は、過電流状態機械によって検出されるＯｖｅｒ＿Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ信号として論理レベル「１」を出力する。そのとき、ＤＡＣは、瞬時トリップ閾値にプログラムされ、ランプ持続時間、および状態Ｓ１に必要な各ステップの長さおよび持続時間をセットアップし、状態機械はＳ１状態に遷移する。
【0165】
Ｓ１状態の間、比較器出力が論理「１」に遷移するときはいつでも、トリップ状態と見なされ、状態機械は、直ちにトリップ状態に移行する。Ｓ１状態の間、スローブローランプが実行され、ＤＡＣは、瞬時トリップ閾値から過電流閾値に戻るまでの時間が経過するにつれて段階的に調整される。比較器がトリップ状態を示すことなくランプが完了する場合には、状態機械は、Ｓ２状態に移行する。ランプは、図１１に示されるように線形である必要はないが、ランプは、所望の効果、例えば保護されている配線の加熱特性、を達成するために、任意の所望の方法で重み付けされ得るか、または非線形であり得る。いくつかの実施形態では、Ｓ１ランプは、インテリジェント回路遮断器の上昇した温度を補償するために（ソフトウェア制御を介して）撹乱され得る。
【0166】
Ｓ２状態の間、比較器出力が論理「１」に遷移するときはいつでも、トリップ状態と見なされ、状態機械は、直ちにトリップ状態に移行する。Ｓ２状態の間、ＤＡＣは、プログラムされた期間にわたって過電流閾値（状態Ｓ０と同じ）を出力し、実際にトリップ状態を宣言することなく過電流状態を継続的に循環させる代わりに、状態機械に、電流が定常的で丁度過電流閾値基準レベルにある状態を検出する機会を与える。Ｓ２期間の終了時に、状態機械は、リセット状態（ＤＡＣ出力を過電流閾値に設定し、状態をＳ０に設定する）に設定される。
【0167】
Ｓ１状態またはＳ２状態のいずれかでの過電流検出の結果として、トリップ状態に入ると、ＡＣスイッチオフ動作が開始され、次のゼロ交差機能実行時またはその前に、ＡＣスイッチ制御線がオフ状態に切り替えられる。
【0168】
別の実施形態では、「ワイヤ加熱」プロセスは、過電流検出を超えることなく高電流トリップが何回発生したかに基づいて、Ｓ０出力電流を変動させることによって実装される。プロセスは、Ｓ０レベル、瞬時トリップレベル、およびそれに応じて低速ブローランプの傾きを変動させる（秒または分の持続時間で）ように構成されている二次状態機械を実装することができる。
【0169】
図１２は、本開示の一実施形態による、インテリジェント回路遮断器を利用するインテリジェント配電および監視システム１２００を概略的に例示している。システム１２００は、回路遮断器分電盤１２１０、有線および／または無線通信ネットワーク１２２０、１つ以上のインテリジェント負荷デバイス１２３０、１つ以上のユーザコンピューティングデバイス１２４０、ならびにモノのインターネット（ＩｏＴ）コンピューティングプラットフォーム１２５０を備える。回路遮断器分電盤１２１０は、主幹回路遮断器１２１３にアクセスするために開放されるフロントパネル１２１１およびカバー１２１２と、所与の住宅または建物における分岐回路を保護する複数の分岐回路遮断器１２１４と、遮断器および負荷ステータス表示モジュール１２１５と、を備える。
【0170】
回路遮断器分電盤１２１０の構成は、提供される電気サービスのタイプに応じて変わる。例えば、米国の住居用電気サービス（１２０／２４０ＶＡＣ）は、２つの活性電圧線路および１つの中性線を備える単相サービスを含み、両方の線路電圧は、センタータップ付き中性を有する単相の配電変圧器から導出され、互いに１８０°相がずれている。このタイプの電気サービスでは、回路遮断器パネル１２１０に給電する２本の活性線サービス配線が、主幹回路遮断器１２１３に接続されており、主幹回路遮断器１２１３は、回路遮断器パネル１２１０内の２本の活性バスバーに接続されている。加えて、入線する中性線サービス配線は、回路遮断器パネル１２１０の中性バスバーに接続されており、中性バスバーは、回路遮断器パネル１２１０の別個の接地バスバーに結合されている。
【0171】
主幹回路遮断器１２１３に給電する２本の活性線サービスワイヤは各々、例えば電気計器から１２０Ｖを提供し、（主幹回路遮断器１２１３がオンに切り替えられているときに）主幹回路遮断器１２１３を通して、回路遮断器パネル１２１０の２本の活性バスバーに給電する。分岐回路遮断器１２１４は、回路に電力供給するために活性バスバーの一方または両方に接続する線路入力端子を有する（例えば、単極回路遮断器は、分岐回路に１２０Ｖを提供するために１つの活性バスバーに接続する１つの入力線路端子を有する一方、二極回路遮断器は、分岐回路に２４０Ｖを提供するために両方の活性バスバーに接続する２つの入力線路端子を備える）。本開示の実施形態によれば、主幹回路遮断器１２１３および分岐回路遮断器１２１４の一部またはすべては、本明細書で論じられるようなインテリジェント回路機構および機能性を使用して実装されているインテリジェント回路遮断器を備える。この事例では、インテリジェント回路遮断器１２１３および１２１４は、中性線、例えば固体回路機構用の接地面を回路遮断器パネル１２１０の中性バスバーに接続する配線、への接続を有するであろう。
【0172】
インテリジェント負荷デバイス１２３０は、スイッチ、電源コンセント、電球、装置、暖房システム、換気システム、空調システム、装置、通信システム、娯楽システム、ホームセキュリティデバイスなどを含むがこれらに限定されない、インテリジェント電気レセプタクルまたはインテリジェントエネルギー消費負荷デバイスなどの様々なタイプのインテリジェントデバイス、ならびに住居用、商業用、または工業用の建物で利用される他のタイプのスマート電気および電子デバイスおよびシステムを含み得る。
【0173】
ＩｏＴコンピューティングのコンテキストでは、インテリジェント回路遮断器１２１３および１２１４ならびにインテリジェント負荷デバイス１２３０は、ＩｏＴデバイスネットワーク内で動作し、通信し、所与のアプリケーションドメインのＩｏＴアプリケーションをサポートするように構成されているスマートＩｏＴデバイスを備える。ＩｏＴデバイス（例えば、１２１３、１２１４、および１２３０）は、クラウドコンピューティングプラットフォーム１２２０によるデータ処理、データ記憶、およびデータ管理のために、通信ネットワーク１２２０を介してＩｏＴクラウドコンピューティングプラットフォーム１２５０にアップロードされるデータを生成する。加えて、ＩｏＴデバイスは、通信ネットワーク１２２０を介してＩｏＴクラウドコンピューティングプラットフォーム１２５０からデータにアクセスし、データをダウンロードすることができる。さらに、デバイスおよびネットワーク構成のタイプに応じて、ＩｏＴデバイスのうちのいくつかまたはすべて（例えば、１２１３、１２１４、および１２３０）は、ＩｏＴデバイスネットワーク内のピアツーピア通信用に構成されている。ＩｏＴデバイスは、知られている方法を使用して自己組織化を通じてネットワーク（例えば、メッシュネットワーク）を形成するように構成されている。
【0174】
ユーザコンピューティングデバイス１２４０は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、サーバ、スマートフォン、電子タブレットなどの様々なタイプのコンピューティングデバイスの１つを備え、これにより、ユーザまたは管理者は、通信ネットワーク１２２０を介してＩｏＴクラウドコンピューティングプラットフォーム１２５０およびインテリジェントデバイス１２１３、１２１４、および１２３０にアクセスすることを可能になる。ユーザコンピューティングデバイス１２４０は、直接またはＩｏＴクラウドコンピューティングプラットフォーム１２５０を介してのいずれかで、ネットワークインテリジェントデバイス１２１３、１２１４、および１２３０を構成し、管理するために利用されるクライアントサイドＩｏＴアプリケーションをホストすることができる。
【0175】
通信ネットワーク１２２０は、図１に一般的に描示されているが、通信ネットワーク１２２０は、グローバルコンピュータネットワーク（例えば、インターネット）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、衛星ネットワーク、電話もしくはケーブルネットワーク、セルラネットワーク、Ｗｉ－ＦｉもしくはＷｉＭＡＸ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの知られている有線および／もしくは無線ネットワークの任意の組み合わせ、またはこれらならびに他のタイプのネットワークの様々な部分もしくは組み合わせを含んでもよいことを理解されたい。「通信ネットワーク」という用語は、異なるタイプの可能性がある複数のネットワークの組み合わせを含む、多種多様な異なるネットワーク配置を包含するように広く解釈される。これに関して、いくつかの実施形態では、通信ネットワーク１２２０は、インターネットプロトコル（ＩＰ）または他の関連する通信プロトコルを使用して通信するように構成されたネットワークデバイスを各々が備える、複数の異なるタイプの通信ネットワークの組み合わせを含む。通信ネットワーク１１２０は、通信経路を確立し、かつネットワークエンドポイント間の通信を可能にするために、ネットワークバックボーンを形成する中間ポイント（ルータ、スイッチなど）および他の要素（例えば、ゲートウェイ）を備える。
【0176】
ＩｏＴコンピューティングのコンテキストでは、通信ネットワーク１２２０は、ＩｏＴデバイスネットワークを含み、インテリジェント回路遮断器１２１３および１２１４、ならびにインテリジェント負荷デバイス１２３０（および湿度センサ、温度センサなどの他の無線／有線センサ）は、ＩｏＴデバイスネットワーク内で動作し、通信し、かつ所与のアプリケーションドメイン（例えば、所与の住宅または建物内のインテリジェント回路遮断器およびスマート電気デバイスを制御および管理し、所与の住宅または建物のためのエネルギー使用情報を収集し、分析するなど）のＩｏＴアプリケーションをサポートするように構成されているスマートＩｏＴデバイスを含む。
【0177】
ＩｏＴデバイス（例えば、１２１３、１２１４、および１２３０）は、クラウドコンピューティングプラットフォーム１２２０によるデータ処理、データ記憶、およびデータ管理のために、通信ネットワーク１２２０を介してＩｏＴクラウドコンピューティングプラットフォーム１２５０にアップロードされるデータを生成する。加えて、ＩｏＴデバイスは、通信ネットワーク１２２０を介してＩｏＴクラウドコンピューティングプラットフォーム１２５０からデータにアクセスし、データをダウンロードすることができる。ＩｏＴクラウドコンピューティングプラットフォーム１２５０は、様々なＩｏＴデバイス１２１３、１２１４、および１２３０から受信されたＩｏＴデータを管理し、処理する。いくつかの実施形態では、ＩｏＴクラウドコンピューティングプラットフォーム１２５０は、データ処理、データ記憶、およびデータ管理機能を実行し、１つ以上のＩｏＴネットワークアプリケーションおよび／もしくは深層学習アプリケーション、機械学習、ビッグデータアナリティクスなどの他のタイプの高性能コンピューティングアプリケーション、または本明細書に開示されるような技術を使用して監視し、制御され得るスマート電気デバイスのネットワークを含むホームまたはビルディングオートメーションシステムをサポートするのに有用である他のタイプの高性能コンピューティングアプリケーションをサポートする。
【0178】
さらに、デバイスおよびネットワーク構成のタイプに応じて、ＩｏＴデバイスのうちのいくつかまたはすべて（例えば、１２１３、１２１４、および１２３０）は、ＩｏＴデバイスネットワーク内のピアツーピア通信用に構成されている。ＩｏＴデバイスは、知られている方法を使用して自己組織化を通じてネットワーク（例えば、メッシュネットワーク）を形成するように構成されている。いくつかの実施形態では、ＩｏＴデバイス（例えば、１２１３、１２１４、および１２３０）間の無線通信、およびユーザコンピューティングデバイス１２４０とＩｏＴデバイス（例えば、１２１３、１２１４、および１２３０）との間の無線通信は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、近距離通信、Ｗｉ－Ｆｉデバイス、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、および他の独自および非独自のプロトコルなどの無線周波数通信プロトコルおよびシステムを介して実装され得る。加えて、悪い環境状態から結果として生じ得る潜在的な電気的危険から保護するためにインテリジェント回路遮断器１２１３および１２１４によって使用される環境情報を提供するために、温度、湿度、動き、および音のセンサなどの様々なセンサが、ＩｏＴデバイスネットワークの一部として含まれてもよい。
【0179】
いくつかの実施形態では、遮断器および負荷ステータス表示モジュール１２１５は、インテリジェント回路遮断器１２１３および１２１４のプロセッサならびにインテリジェント負荷デバイス１２３０と通信して、そのようなデバイスの動作ステータスデータを取得し、処理し、表示するマスタプロセッサを備える。マスタプロセッサは、様々なインテリジェントデバイスおよびセンサから受信されたアナログまたはデジタルデータを表示し、かつ遮断器のステータス（例えば、トリップ、オーバーロードなど）を提供し、かつセンサ読み値が事前に選択された制限外の場合にアラーム／通知をアクティブ化するように構成されている。アラームは、フェースプレートのユーザインターフェース上の視覚的ディスプレイ、音声出力デバイスからの可聴音、電子通信モジュールを通して送信される通信信号、および光または音声アラームに送信される信号を含む。いくつかの実施形態では、ユーザコンピューティングデバイス１２４０は、遮断器／負荷ステータス表示モジュール１２１５にアクセスして、ＩｏＴデバイスに関するステータス情報を取得し、特定の機能（例えば、インテリジェント遮断器をトリップさせ、インテリジェント遮断器をリセットするなど）を実行するためのコマンドを発行することができる。いくつかの実施形態では、図１２のシステム１２００は、２０１７年１０月１９日に出願された、Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍという名称の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０５７３０９号（ＷＯ２０１８／０７５７２６号として公開済み）に開示されているようなホーム／ビルオートメーションおよび制御システムならびに方法を実装し、その開示は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。本出願は、安全性およびセキュリティ、電力計測、電力制御、および家庭診断の向上のために本明細書で論じられるようなインテリジェント回路遮断器を使用して拡張され得る、インテリジェント電気レセプタクルを実装するための技術を開示する。
【0180】
いくつかの実施形態では、マスタプロセッサは、分電盤内のすべてのインテリジェント回路遮断器および構成要素のためにＩｏＴ通信を制御し、管理し、分電盤内の個々のインテリジェント回路遮断器に、有線通信（例えば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス）またはバス）を使用して、または分電盤内の個々のインテリジェント遮断器に、ローカルＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ－Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）メッシュネットワークを使用して無線通信を使用して通信し、マスタプロセッサは、リモートＩｏＴデバイス、システムなどへの通信を行うために、任意の好適なブロードバンド通信技術を実装するか、または別様に利用するように構成されている。
【0181】
図１３は、本開示の実施形態による、インテリジェント回路遮断器のスイッチ、回路機構、センサ、および他の構成要素を収容するために利用され得る回路遮断器ハウジング構造１３００の分解図である。ハウジング構造１３００は、第１のハウジング部材１３０１、ヒートシンク要素１３０２、および第２のハウジング部材１３０３を備える。ヒートシンク要素１３０２は、第１および第２のハウジング部材１３０１および１３０３の結合によって形成されたハウジング構造１３００内に配設されている。第１および第２のハウジング部材１３０１および１３０３は、ヒートシンク要素１３０２および回路遮断器の他の構成要素のための成形プラスチック筐体を備える。ヒートシンク要素１３０２は、アルミニウムなどの金属材料、または所与の用途には十分な熱伝導性を有する他の好適な材料もしくは合金から形成されている。
【0182】
第１のハウジング部材１３０１は、複数の開口スロット１３０１－１を備え、ヒートシンク要素１３０２は、複数の冷却フィン１３０２－１を備える。ハウジング構造１３００が組み立てられると、ヒートシンク要素１３０２の冷却フィン１３０２－１は、空冷ヒートシンク機構を可能にするために、第１のハウジング部材１３０１の対応するスロット１３０１－１と位置合わせされる。様々な集積回路チップ構成要素（例えば、プロセッサ、固体双方向スイッチなど）は、ヒートシンク要素１３０２に熱的に結合されて、集積回路チップの冷却プレートとして機能する。統合されたヒートシンク冷却は、重い回路遮断器負荷状態中の固体双方向スイッチの総オン抵抗の熱交換および緩和の向上を可能にする。ＡＦＣＩおよびＧＦＣＩ製品に、ならびにインテリジェント回路遮断器に使用される伝統的な業界標準のアプローチでは、線路中性配線（図示せず）が追加される。当業者は、インテリジェント回路遮断器の開示された構成の様々な回路、アルゴリズム、熱交換器、および他の態様が、他の場所または国において必要とされる様々な形態要素に対して調整され得ることを認識するであろう。
【0183】
図１４は、本開示の一実施形態による、分岐回路上のエネルギー使用を監視し、かつ分岐回路上の障害状態から保護するためにインテリジェント回路遮断器によって実装されるプロセスの流れ図である。いくつかの実施形態では、図１４は、外部供給電力が通常状態（例えば、停電なし）にあるときに、図１２のインテリジェント配電および監視システム１２００によって実装される自動化されたプロセスを例示している（ブロック１４００）。インテリジェント回路遮断器は、本明細書で論じられるようなインテリジェントエネルギーメータリング方法を利用して、回路遮断器およびインテリジェントレセプタクルまたは電気デバイスのエネルギー使用プロファイルを監視する（ブロック１４０１）。監視されたエネルギー使用に基づいて、インテリジェント回路遮断器が所与の負荷が差し迫った障害状態を有すると判定した場合（ブロック１４０２における肯定の判定）、インテリジェント回路遮断器は、インテリジェントレセプタクルまたはデバイスと通信して、所与の負荷への電力供給を自動的に無効にする（ブロック１４０３）。いくつかの実施形態では、「差し迫った障害」は、ユーザ／機械プログラム可能閾値（例えば、履歴情報に基づいて人工知能技術を使用して判定される）を含む。この事例では、インテリジェント回路遮断器は、監視対象のエネルギー使用を、監視対象であるデバイスに保持されているプログラムされた閾値設定（または「差し迫った障害閾値」）と比較するであろう。インテリジェント回路遮断器（またはマスタプロセッサ）は、自動化されたアクションの警告信号または通知を１つ以上のユーザコンピューティングデバイスに送信して、実行されるアクションをユーザに通知する（ブロック１４０４）。
【0184】
例えば、下流の電気デバイスにインテリジェントに接続されているインテリジェント回路遮断器またはセンサが、特定のレセプタクルまたは負荷において安全でない状態を検出すると仮定する。具体的な例として、２０アンペアの回路遮断器は、典型的には、多数の下流のレセプタクルに給電する。これらのレセプタクルの各々は、２０アンペアの負荷が複数のレセプタクル間で共有されることを前提とした１５アンペア定格のデバイスであり得る。インテリジェント回路遮断器のセンサは、特定のスマートレセプタクル、スマート負荷、または物件所有者に、過負荷になった、およびデイジーチェーン化された電源ストリップ、または単一のレセプタクル上のホリデーライトの多すぎるストリングなどの安全でない状態を警告し得る。この事例では、インテリジェント回路遮断器は、無線警告／通知を発行、またはレセプタクルに切断するように指示、または状況が修正されてリセットされるまで遮断器自体を単にトリップすることができる。
【0185】
図１５は、本開示の一実施形態による、分岐回路上のエネルギー使用を監視し、かつ分岐回路上の障害状態から保護するためにインテリジェント回路遮断器によって実装されるプロセスの流れ図である。図１５は、外部供給電力が通常状態（例えば、停電なし）にあるときに、図１２のインテリジェント配電および監視システム１２００によって実装される自動化されたプロセスを例示している（ブロック１５００）。インテリジェント回路遮断器は、本明細書で論じられるようなインテリジェントエネルギーメータリング方法を利用して、回路遮断器およびインテリジェントレセプタクルまたは電気デバイスのエネルギー使用プロファイルを監視する（ブロック１５０１）。所与の分岐回路上で、分岐回路上に電力の喪失を引き起こす遮断器トリップまたは障害事象が発生すると、所与の分岐回路を保護するインテリジェント回路遮断器は、所与の分岐回路上のインテリジェントデバイス（例えば、インテリジェントレセプタクルおよび負荷デバイス）と通信し、そのようなインテリジェントデバイスに、負荷デバイスへの電力を無効にするように命令する（ブロック１５０２）。
【0186】
インテリジェント回路遮断器は、障害事象の後に所定の時間待機し（ブロック１５０３）、次いで、分岐回路に自動的に再通電する（ブロック１５０４）。分岐回路の電源投入後、インテリジェント回路遮断器は、どのレセプタクルまたは負荷が障害事象の発生源であったかを判定するか、または別様に識別する（ブロック１５０５）。インテリジェント回路遮断器は、問題を起こしていない他のレセプタクルまたは負荷と通信して電力を再印加する（ブロック１５０６）。
【0187】
この制御プロセスでは、インテリジェント回路遮断器は、インテリジェント回路遮断器の負荷に電力を再供給する前に無線で通信する能力を有する過負荷のインテリジェントレセプタクルと組み合わされると、危険な障害状態を被る分岐回路をトリップさせ、問題を起こしているスマートレセプタクルに、電源投入後に負荷が切断された状態に留まるように無線で指示することによって自動的に電力を再印加し得る。これにより、インテリジェント回路遮断器は、障害を分離したまま、分岐上の他のすべての負荷への電力の融通を継続するために再通電することが可能になる。さらなる例として、インテリジェント回路遮断器が、２つ以上の個々の分岐フィードまたは相を有するインテリジェントレセプタクル、およびこれらのインテリジェントレセプタクルを切り替えるための機構と組み合わされている場合、インテリジェント回路遮断器は、インテリジェントレセプタクルに、負荷を平衡させ、かつ相平衡をより経済的に利用しようと分岐回路を切り替えるように指示することができる。
【0188】
他の実施形態では、２０１９年４月９日に出願された、「Ｌｏａｄ Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ＡＣ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の米国特許出願第１６／３４０，４７４号に開示されているような制御回路機構および制御プロセスを使用して、回路遮断器に接続されている負荷のタイプを識別子、かつ識別された負荷を制御するように、インテリジェント回路遮断器を構成することができ、その開示は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。例えば、図１６は、本開示の一実施形態による、回路遮断器に接続された負荷のタイプを識別するように、かつ識別された負荷タイプに基づいて負荷を制御するように構成されているインテリジェント回路遮断器１６００の概略ブロック図である。特に、図１６は、ＡＣ幹線１１０と負荷１２０との間に接続されたインテリジェント回路遮断器１６００を概略的に例示している。インテリジェント回路遮断器１６００は、プロセッサ１６０２、第１のスイッチ１６０４、第２のスイッチ１６０６、スイッチ制御回路機構１６０８、ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構１６１０、第１の電圧センサ１６２０、第２の電圧センサ１６２２、第１の電流センサ１６３０、第２の電流センサ１６３２、第３の電流センサ１６３４、および第４の電流センサ１６３６を備える。
【0189】
第１のスイッチ１６０４は、回路遮断器１６００の線路入力端子と負荷出力端子との間の活性線経路で直列に接続されており、ＡＣ幹線１１０の線路活性１１１は、線路入力端子に接続されており、負荷１２０の負荷活性１２１は、負荷出力端子に接続されている。第２のスイッチ１６０６は、線路中性１１２と負荷中性１２２との間の中性線経路で直列に接続されている。ＡＣ幹線１１０の線路活性１１１は、第１のスイッチ１６０４がスイッチオン状態にあるときに負荷活性１２１に接続され、線路中性１１２は、第２のスイッチ１６０６がスイッチオン状態にあるときに負荷中性１２２に接続される。上記で論じたインテリジェントの他の実施形態でのように、線路中性１１２（例えば、遮断器分電盤のアース接地１１４に接合されている）は、インテリジェント回路遮断器１６００の電子回路機構のローサイド電圧基準（例えば、接地）として機能する。
【0190】
いくつかの実施形態では、第１および第２のスイッチ１６０４および１６０６は、図６Ａ～６Ｈと併せて上記で論じたような例示的なスイッチング回路の１つを使用して構成され得る固体双方向スイッチを備える。スイッチ制御回路機構１６０８は、本明細書で論じられるようなスイッチ制御回路機構および技術を使用して、第１および第２のスイッチ１６０４および１６０６の動作を制御するように構成されている。ＡＣ電源を識別する負荷は、電流センサ１６３０、１６３２、１６３４、および１６３６に、ならびに、ＡＣ幹線データおよび負荷データを入手する電圧センサ１６２０および１６２２に電力を供給するＡＣ－ＤＣ変換器１６１０を含む。ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構１６１０は、プロセッサ１６０２、電圧センサ１６２０および１６２２、電流センサ１６３０、１６３２、１６３４、および１６３６、ならびにスイッチ制御回路機構１６０８を含む、インテリジェント回路遮断器１６００の様々な回路機構および要素にＤＣ電源を提供するように構成されている。ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構１６１０は、図４Ａ、４Ｂ、および５と併せて上記で論じた例示的なフレームワークを使用して実装され得る。
【0191】
第１および第２の電圧センサ１６２０および１６２２は、回路遮断器１６００を通る活性線経路に沿った異なる点における電圧を監視するように構成されている。例えば、図１６に示されるように、第１の電圧センサ１６２０は、第１のスイッチ１６０４の上流の活性線経路に結合されて、ＡＣ幹線１１０のＡＣ供給電圧を監視し、第２の電圧センサ１６２２は、第１のスイッチ１６０４の下流の活性線経路に結合されて、インテリジェント回路遮断器１６００に接続され、かつインテリジェント回路遮断器１６００によって保護される分岐回路上の負荷電圧を監視する。電圧センサ１６２０および１６２２は各々、それぞれ１つ以上のデータ入手および制御線１６２０－１および１６２２－１によって、プロセッサ１６０２に結合されている。電圧センサ１６２０および１６２２は、ゼロ交差検出器回路、抵抗分圧器などを含むが、これらに限定されない、任意の好適なタイプの電圧検知回路機構を使用して実装され得る。
【0192】
電流センサ１６３０、１６３２、１６３４、および１６３６は、回路遮断器１６００を通る活性線経路および中性線経路に沿った異なる点で電流を監視するように構成されている。例えば、図１６に示されるように、第１の電流センサ１６３０は、第１のスイッチ１６０４の上流の活性線経路に結合されて、線路側供給電流を監視し、第２の電流センサ１６３２は、第１のスイッチ１６０４の下流の活性線経路に結合されて、負荷側供給電流を監視する。第３の電流センサ１６３４は、第２のスイッチ１６０６の上流の中性線経路に結合されて、線路側供給電流を監視し、第４の電流センサ１６３６は、第２のスイッチ１６０６の下流の中性線経路に結合されて、負荷側帰線電流を監視する。電流センサ１６３０、１６３２、１６３４、および１６３６は各々、それぞれ１つ以上のデータ入手および制御線１６３０－１、１６３２－１、１６３４－１、および１６３６－１によって、プロセッサ１６０２に結合されている。電流センサ１６３０、１６３２、１６３４、および１６３６は、電流検知抵抗器、電流増幅器、ホール効果電流センサなどを含むが、これらに限定されない、任意の好適なタイプの電流検知回路を使用して実装され得る。
【0193】
プロセッサ１６０２は、電圧センサ１６２０および１６２２、ならびに電流センサ１６３０、１６３２、１６３４、および１６３６と連携して動作して、ＡＣ幹線１１０のアナログ供給電圧および電流波形、ならびに負荷１２０の電圧波形および負荷１２０を通る電流波形をサンプリングする。プロセッサ１６０２は、ＡＣ幹線１１０の電源電圧の単一の周期のサイクル時間よりも著しく大きいサンプリング周波数で、検知された電流波形および電圧波形をサンプリングするように構成されている。電圧波形および電流波形のサンプリング周波数は、負荷のタイプを区別するために必要に応じて選択される。いくつかの実施形態では、サンプリング周波数は、キロヘルツ範囲である。他の実施形態では、サンプリング周波数は、メガヘルツ範囲である。いくつかの実施形態では、予想される負荷タイプ間の入手された波形の弁別を最適化するために、電力のプログラムされた変形（または電力変調）が、負荷１２０に適用される。
【0194】
いくつかの実施形態では、プロセッサ１６０２は、電流サンプルおよび電圧サンプルを捕捉し、処理し、かつ記録するための回路機構を備え、回路機構は、比較器、アナログデジタル変換器など、ならびに、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、および当技術分野で知られている他のタイプの固体メモリデバイスおよび非固体メモリデバイスなどのデータ記憶要素を含む。いくつかの実施形態では、プロセッサ１６０２は、記録された電流サンプルおよび電圧サンプル（例えば、ニューラルネットワークの分析、および負荷データの分類）を分析して、負荷１２０の負荷タイプを識別するための制御ロジックおよび関連付けられたコンピューティングリソースを備える。
【0195】
例えば、サンプリングされた電流波形および電圧波形の分析は、負荷１２０からの電圧波形および電流波形の高周波成分におけるマッチングパターンを含む。他の実施形態では、波形の分析は、電力が最初に負荷に印加された後の、負荷が電力を引き出すタイミングの遅延を判定することを含む。他の実施形態では、分析は、入手された波形を、その高周波数成分を含めて、異なる負荷タイプを示すグループに分類することを含む。グループの非限定的な例としては、主として抵抗性の負荷、容量性の負荷、誘導性の負荷、力率補正を含む負荷、および、電源を形成する電力の負荷への初期印加における電力の遅延があるような電力制御を含む負荷を示す波形が挙げられる。
【0196】
他の実施形態では、プロセッサ１６０２は、記録された電流波形および電圧波形サンプルを分析するためのリモートサーバにアクセスし、リモートサーバを利用することができる。この事例では、プロセッサ１６０２は、（ＩＰ（インターネットプロトコル）ネットワークを介して有線または無線通信リンクを介して）記録されたサンプルを処理のためにリモートサーバに伝送し、次いで、プロセス結果をリモートサーバから受信する。いくつかの実施形態では、プロセッサ１６０２は、図１７に例示されるようなプロセの流れを実行するように構成されている。
【0197】
特に、図１７は、本開示の一実施形態による、インテリジェント回路遮断器によって実装される負荷識別および制御プロセスの方法の流れ図である。負荷タイプ別識別および負荷制御能力を有するインテリジェント回路遮断器が、ＡＣ幹線と負荷との間の目標の場所に設置される（ブロック１７００）。例示の目的で、図１７を、図１６のインテリジェント回路遮断器１６００のコンテキストで説明する。いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器１６００は、回路遮断器分電盤に設置されている。いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器１６００は、ＡＣ幹線と負荷との間の別個の接続箱に設置されているデバイスを備える。他の実施形態では、インテリジェント回路遮断器１６００は、電気レセプタクルの構成要素である。いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器１６００は、電子供給ストリップまたはスマート延長コードの構成要素である。
【0198】
設置され、供給電力が印加されると、インテリジェント回路遮断器１６００は、負荷の接続を監視するように進行する（ブロック１７０１）。負荷の検出（ブロック１７０１における肯定の判定）に応答して、インテリジェント回路遮断器１６００は、スイッチ１６０４および１６０６をアクティブ化して、ＡＣ幹線の電源電圧を負荷に接続する（ブロック１７０２）。次いで、インテリジェント回路遮断器１６００は、後続の分析のために様々なタイプのデータを入手し、記憶する（ブロック１７０３）。入手されたデータは、データ記憶デバイス１７１０に記憶される。
【0199】
例えば、データ入手は、負荷がＡＣ幹線電源に接続されている時間、負荷に電力が印加されている時間、および負荷が電力を使用している時間に関するタイミング情報を記録することを含む。加えて、データ入手は、波形データを入手することを含む。負荷が検出される際に入手される、負荷に固有である任意のデータを、「負荷データ」と呼ぶ。負荷データは、負荷のターンオン時間ならびに波形データを含む。波形データは、時間の関数としての、ＡＣ主電圧、負荷電圧負荷電流、および負荷によって消費される電力の値を入手することを含む。
【0200】
データは、負荷のタイプを検出するために最適化された周波数で入手される。いくつかの実施形態では、データは、ＡＣ幹線源の周波数の何倍も高い周波数で入手される。例えば、一実施形態では、５０～６０サイクルＡＣ源データのデータは、キロヘルツレートで入手される。電圧波形および電流波形の高周波成分が、所与のタイプの負荷を適切に識別するために必要とされる他の実施形態では、データは、メガヘルツレートで入手される。
【0201】
いくつかの実施形態では、入手されたデータは、リアルタイムの処理またはほぼリアルタイムの処理のためにプロセッサ１６０２のＲＡＭに記憶される。他の実施形態では、入手されたデータは、後続のアクセスおよび分析、例えば、負荷の最初の接続（ブロック１７０１）で取得された波形パターンと、後の時間での同じまたは異なる負荷の接続と、のマッチングに基づいて同一または類似の負荷を識別するためのパターンマッチング、のための永続的メモリまたはストレージに記憶される。いくつかの実施形態では、データストレージ１７１０は、負荷識別および負荷制御能力を有する複数のインテリジェント回路遮断器デバイスによってアクセス可能である。そのようなストレージは、インテリジェント回路遮断器１６００に有線または無線接続されているデバイスによって、またはインテリジェント回路遮断器１６００からインテリジェント回路遮断器デバイスなどの別のデバイスに、記憶された負荷データを転送することによって、アクセス可能である。
【0202】
初期データ入手後（ブロック１７０３）、インテリジェント回路遮断器１６００は、負荷に供給される電力を変調することができる（ブロック１７０４）。特に、いくつかの実施形態では、電力変調は、スイッチ１６０４および１６０６のうちの１つ以上を制御して、負荷に給送される電力を変動させることを含む。追加の負荷データは、電力変調の間および後の両方で入手され、記憶される（ブロック１７０５）。インテリジェント回路遮断器１６００は、負荷識別プロセスを実行して、電力変調の前、間、および後に捕捉される入手された負荷データに基づいて、接続された負荷の負荷タイプを識別する（ブロック１７０６）。
【0203】
いくつかの実施形態では、負荷識別プロセスは、負荷データの波形を、既知の負荷デバイスの負荷データの以前の入手された波形と比較することによって、実行される。他の実施形態では、負荷識別プロセスは、既に議論したように、負荷への電力のターンオンに関するタイミングと、波形データのマッチングと、の両方に基づく。他の実施形態では、ニューラルネットワーク分析を使用して、以前の負荷データのライブラリとの比較によって負荷データを負荷タイプのカテゴリに分類する。他の実施形態では、負荷識別プロセスは、スイッチ１６０４および／または１６０６を使用して接続された負荷への電力の変調の前、間、および後の負荷電圧波形および電流波形とＡＣ幹線電圧波形との間の位相関係に基づいて、接続された負荷を特定の負荷カテゴリに分類するための訓練されたモデルを使用して、任意の好適な分類プロセスを実装することができる。
【0204】
例えば、所与の負荷の負荷タイプは、以下のうちの１つに分類され得る。
（１）純抵抗性の負荷：電圧と電流とのゼロ交差およびピークは、供給電圧の変調の前、間、および後の両方で同期する。電圧が低下すると、電力が減少し、電源電圧の変調が停止し、かつ供給電圧が全電圧に戻ると、電力が変調前のレベルに戻る。
（２）電力補正を伴う定電力の抵抗性の負荷。変調前の電圧と電流とのピークは同期し、変調の前、間、および後に電力が一定である。
（３）純無効（容量性または誘導性の）負荷。変調の前、間、および後の電圧と電流とで位相が異なり、電源電圧の変調の間に電力が減少し、電源電圧の変調が終了し、かつ全電圧に戻ると、電力が変調前のレベルに戻る。
（４）定電力無効負荷。変調の前、間、および後に電圧および電流の位相がずれ、電源電圧の変調の前、間、および後の電力が、一定である。
（１）純抵抗性の負荷：電圧と電流とのゼロ交差およびピークは、供給電圧の変調の前、間、および後の両方で同期する。電圧が低下すると、電力が減少し、電源電圧の変調が停止し、かつ供給電圧が全電圧に戻ると、電力が変調前のレベルに戻る。
（２）電力補正を伴う定電力の抵抗性の負荷。変調前の電圧と電流とのピークは同期し、変調の前、間、および後に電力が一定である。
（３）純無効（容量性または誘導性の）負荷。変調の前、間、および後の電圧と電流とで位相が異なり、電源電圧の変調の間に電力が減少し、電源電圧の変調が終了し、かつ全電圧に戻ると、電力が変調前のレベルに戻る。
（４）定電力無効負荷。変調の前、間、および後に電圧および電流の位相がずれ、電源電圧の変調の前、間、および後の電力が、一定である。
【0205】
いくつかの実施形態では、供給電圧の変調は、ＲＭＳ供給電圧の１～２０％の量の減少をもたらす。いくつかの実施形態では、負荷識別プロセス（ブロック１７０６）は、識別の信頼レベルを判定することをさらに含む。一実施形態では、信頼レベルは、データ入手ステップ１７０３および１７０５の間に取得された負荷データと、既知の負荷に関して以前に取得され、データストレージ１７０１に記憶されたデータと、の一致の適合の良さによって判定される。識別プロセスが完了すると（ブロック１７０６）、接続された負荷の負荷タイプが所与の信頼のレベルで適切に識別されているかどうか、および識別された負荷のタイプと関連付けられた制御ルールが存在するかどうかの判定が行われる（ブロック１７０７）。いくつかの実施形態では、そのような判定（ブロック１７０７）は、識別における信頼レベルを、肯定的識別として定義される事前選択された信頼レベルと比較することによって行われる。
【0206】
負荷が肯定的に識別され、かつ識別された負荷と関連付けられた事前選択された制御ルールがある場合（ブロック１７０７における肯定の判定）、インテリジェント回路遮断器１６００は、関連付けられた制御ルールの１つ以上に従って接続された負荷への電力を制御することができる（ブロック１７０８）。例えば、接続された負荷への電力は、負荷と直列のスイッチ１６０４および／または１６０６を制御することによって制御される。事前選択された制御ルールの非限定的な例としては、以下が挙げられる。
（１）昼間には、電球などの純抵抗性の負荷が減光されて、特にピーク需要時の電力使用量が低減され、
（２）定電力負荷では、負荷需要が低下すると、入力電力はそれに応じて低下して、無負荷／最小負荷要件の消費電力が最小限に抑えられ、
（３）遠隔地（人がいない）では、純抵抗性の負荷および定電力の抵抗性の負荷が切断され、負荷の需要によって自動的に再接続され、
（４）正常動作中にアークを発生させるデバイス（例えば、回転子へのブラシ接続を有する電気モータ）は、厄介な切断を防止するためにアーク障害回路遮断装置によって無視される。
（１）昼間には、電球などの純抵抗性の負荷が減光されて、特にピーク需要時の電力使用量が低減され、
（２）定電力負荷では、負荷需要が低下すると、入力電力はそれに応じて低下して、無負荷／最小負荷要件の消費電力が最小限に抑えられ、
（３）遠隔地（人がいない）では、純抵抗性の負荷および定電力の抵抗性の負荷が切断され、負荷の需要によって自動的に再接続され、
（４）正常動作中にアークを発生させるデバイス（例えば、回転子へのブラシ接続を有する電気モータ）は、厄介な切断を防止するためにアーク障害回路遮断装置によって無視される。
【0207】
他の実施形態では、負荷タイプが、純抵抗性の負荷、定電力の抵抗性の負荷、純無効負荷、および定電力の無効負荷のうちの１つであるかどうかに基づく、事前選択されたルールのセットがある。事前選択されたルールの１つの非限定的な例では、含まれる力率補正、すなわち定電力の負荷、を有すると識別された負荷は、コントローラによってターンオフされず、純抵抗性の負荷は、事前選択された期間中にターンオフされ、純無効負荷への電力は、事前選択された期間中に低減される。一方、負荷タイプが識別されないか、または識別された負荷タイプと関連付けられた事前定義された制御ルールがないかのいずれかの場合（ブロック１７０７における否定の判定）、インテリジェント回路遮断器は、単に電源と負荷との接続を維持し（ブロック１７０９）、本明細書で議論されるように障害状態に応答して切断する。
【0208】
他の実施形態では、２０１８年１０月１１日に出願された、「Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｌｉｎｅ Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ」という名称の米国特許出願第１６／０９３，０４４号に開示されているような制御回路機構および方法を使用して、アーク障害回路遮断（ＡＦＣＩ）および／または地絡障害回路遮断（ＧＦＣＩ）機能をサポートするための障害検出センサおよび回路機構を含むように、インテリジェント回路遮断器を構成することができ、その開示は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。本開示の実施形態によるインテリジェントＡＦＣＩ回路遮断器は、並列アーキング（ライン－中性間）、直列アーキング（所与の線路での弛緩した、破壊された、または別様の高抵抗セグメント）、および地絡アーキング（ライン、または中性から接地への）に対する保護を提供するように構成されている。本開示の一実施形態によるインテリジェントＧＦＣＩ回路遮断器は、所与のデバイスまたは装置の電流がラインから中性装置への正常な経路から漏れたときに生じる地絡障害からの保護を提供するように構成されている。ＧＦＣＩ回路遮断器は、活性線と中性線との間の電流の差を監視し、活性線上の所与の負荷に対する電流入力が、中性線上の負荷からの帰線電流よりも所定の量（例えば、５ｍＡ）大きいとき、ＧＦＣＩ回路遮断器は、トリップして電流の流れの停止に至る。図１８Ａは、本開示の一実施形態による、地絡障害状態およびアーク障害状態を監視し、かつ検出された障害状態に応答して回路遮断を提供するように構成されているインテリジェント回路遮断器１８００の概略ブロック図である。インテリジェント回路遮断器１８００は、低電圧ＤＣ電源１８０４、電圧および電流検知回路機構１８２０、制御プロセッサ１８３０、ならびに電子スイッチおよびスイッチ制御回路機構１８４０を備える。低電圧ＤＣ電源１８１０は、電圧および電流検知回路機構１８２０、ならびに制御プロセッサ１８３０に、ＤＣ電力を効率的に提供する。制御プロセッサ１８３０への検知入力１８２０－１および１８２０－２は、電圧および電流検知回路機構１８２０から提供される。電圧および電流検知回路機構１８２０は、負荷回路に印加される電圧および電流の波形を検知し、比例アナログ波形を生じるセンサを備える。制御プロセッサ１８３０は、比例アナログ波形を処理し、地絡障害またはアーク障害のいずれかの検出時に、スイッチ制御回路機構１８４０に結合されている制御線１８４０－１上に障害出力を生成する。障害が検出されると、制御線１８４０－１に印加される障害出力信号がラッチされ、スイッチ制御回路機構の制御入力に供給され、リセット１８５０が障害検出制御プロセッサ１８３０に印加されるまで、電子スイッチに負荷１２０をＡＣ幹線１１０から切り離させる。
【0209】
他の実施形態では、電子スイッチ１８４０の出力電圧を、スイッチ制御回路機構を介して変動させることができる。例えば、アーク障害を検出すると、出力電圧は、アーキングの閾値未満であるがゼロよりも大きい値に低減され得る。そのような実施形態により、負荷回路は、損傷を与えるアークの可能性を低減しながら、低減された電圧で動作を継続することが可能になる。低減された電圧での動作はまた、後の交換または修理のためにアーク障害の場所を判定するための、負荷および幹線供給回路の継続される特性を可能にする。
【0210】
図１８Ｂは、本開示の一実施形態による、図１８Ａのインテリジェント回路遮断器１８００の概略回路図である。図１８Ｂの例示的な実施形態では、電圧および電流検知回路機構（１８２０、図１８Ａ）は、第１の電流センサ１８２１、第２の電流センサ１８２２、全波整流器１８２３、ならびに検知抵抗器１８２４および１８２５を備える。電子スイッチおよび制御回路機構（１８４０、図１８Ａ）は、ＡＣ幹線１１０を負荷１２０に接続するための固体スイッチ回路機構１８４２（例えば、固体双方向スイッチ）と、光信号インターフェース１８４４－１を介して固体スイッチ回路機構１８４２を制御するスイッチ制御回路１８４４と、を備える。低電圧ＡＣ－ＤＣ電源１８１０は、電流センサ１８２１および１８２２、障害検出プロセッサ１８３０、ならびにスイッチ制御回路機構１８４４のためのＤＣ電源を提供する。障害検出プロセッサ１８３０は、電流センサ１８２１および１８２２の各々の電流検知入力と、検知抵抗器１８２４および１８２５の電圧を検知する電圧検知入力と、を備える。
【0211】
いくつかの実施形態では、図１８Ｂに示されるように、第１および第２の電流センサ１８２１および１８２２は、線路活性１１１および線路中性１１２経路で流れる電流に比例した出力電圧を生成する固体ホール効果センサを備える。ホール効果センサ出力によって生成された電圧は、障害検出プロセッサ１８３０の電流検知入力に供給される。さらに、いくつかの実施形態では、電圧センサは、ＡＣ幹線１１０のＡＣ供給電圧波形の両方の半サイクルを脈動ＤＣ電圧に変換するように構成されている全波整流器ブリッジ１８２３を備える。全波整流波形は、抵抗器１８２４および１８２５を備える抵抗分割器ネットワークを使用して減衰され、障害検出プロセッサ１８３０の電圧検知入力に印加される。いくつかの実施形態では、全波整流器ブリッジ１８２３は、排除され得、全波整流波形は、ＡＣ－ＤＣ変換器回路１８１０の出力から直接取得される。
【0212】
障害検出プロセッサ１８３０によって障害が検出されると、障害検出プロセッサ１８３０の出力は、ラッチされ、スイッチ制御回路機構１８４４の制御入力に供給され、次いでスイッチ制御回路機構１８４４は、光制御信号１８４４－１を固体双方向スイッチ回路機構１８４２に対して生成し、リセットスイッチ１８５０がアクティブ化されて障害検出プロセッサ１８３０をリセットするまで、負荷１２０をＡＣ幹線１１０から切断する。上述したように、他の実施形態では、固体スイッチ回路機構１８４２の出力電圧は、スイッチ制御回路機構１８４４を介して変動し、その結果、アーク障害の検出時に、出力電圧は、アーキングの閾値未満であるがゼロよりも大きい値に低減される。このことにより、負荷１２０は、損傷を与えるアークの可能性を低減しながら、低減された電圧で動作を継続することが可能になる。低減された電圧での動作はまた、後の交換または修理のためにアーク障害の場所を判定するための、負荷および幹線供給回路の継続される特性を可能にする。
【0213】
図１９は、本開示の一実施形態による、図１８Ｂのインテリジェント回路遮断器に実装され得る障害検出プロセッサ１９００の概略ブロック図である。障害検出プロセッサ１９００は、入力抵抗器１９０２および１９０４、増幅器１９１０、１９１２、および１９１４、Ａ／Ｄ変換器１９２０、１９２２、および１９２４、電圧異常検出モジュール１９３０、電流異常検出モジュール１９３２、および閾値検出モジュール１９３４、ＡＮＤゲート１９４０、およびＯＲゲート１９５０、ならびにラッチ回路１９６０を備える。電圧検知信号は、増幅器１９１０の反転入力端子および非反転入力端子に印加される。増幅器１９１０は、Ａ／Ｄ変換器１９２０に入力される差分信号ΔＶを生成する差動増幅器として構成されている。電流検知入力は、抵抗器１９０２および１９０４を介して増幅器１９１２の非反転入力に印加される。検知入力は、入力回路（１９０２、１９０４）によって合計され、演算増幅器１９１２は、ＡＣ幹線１１０のラインレッグおよび中性レッグの電流ΣＩの合計に比例する信号を出力する。ΣＩ信号はまた、Ａ／Ｄ変換器１９２２の入力に印加される。デジタル化されたΔＶ信号は、アーク障害の存在を示すいくつかのサイクルにわたって電圧波形の異常を検出するために、障害検出プロセッサ１９００によって実行される電圧異常検出モジュール１９３０（例えば、サブプログラム）によって処理される。そのような電圧異常の１つの非限定的な例は、通常低周波数のＡＣ幹線電圧波形に加えられる過剰な高周波数エネルギーの存在である。
【0214】
デジタル化されたΣＩ信号は、アーク障害の存在を示すいくつかのサイクルにわたって電流波形の異常を検出するために、障害検出プロセッサ１９００によって実行される電流異常検出モジュール１９３２（例えば、サブプログラム）によって処理される。そのような電流異常の１つの非限定的な例は、電流波形のゼロ交差付近で発生する電流波形における「肩」（平坦な点）の発生である。検出モジュール１９３０および１９３２の出力は、ＡＮＤゲート１９４０に入力され、電圧波形異常および電流波形異常の組み合わされた様相は、アーク障害の１つの指標である。
【0215】
電流検知信号はまた、ラインレッグと中性レッグとの電流の差に比例する差分信号ΔＩを形成する増幅器１９１４の入力に印加される。ΔＩ信号は、Ａ／Ｄ変換器１９２４によってデジタル化され、地絡障害を示す閾値検出信号を生成する閾値検出モジュール１９３４によって処理される。ＡＮＤゲート１９４０の出力におけるアーク障害信号、および閾値検出モジュール１９３４の出力における地絡障害信号は、ロジックによって、ＯＲゲート１９５０を介してＯＲを取られ、ＯＲゲート１９５０の出力は、ラッチ回路１９６０に入力される。ラッチ回路１９６０は、障害検出信号を出力し、外部リセット信号によってクリアされるまで障害状態を記憶する。
【0216】
図２０は、本開示の一実施形態による電流ゼロ交差検出器回路を概略的に例示している。特に、図２０は、極性変化検出段２０１０、エッジ検出段２０２０、出力段２０３０、および検知抵抗器２０４０を備える電流ゼロ交差検出器回路２０００を概略的に例示している。いくつかの実施形態では、検知抵抗器２０４０は、線路活性１１１と負荷活性１２１との間の電路で直列に接続されている。極性変化検出段２０１０は、第１の比較器２０１１および第２の比較器２０１２を備える。エッジ検出段２０２０は、第１の比較器２０１１の出力に接続された第１のエッジ検出回路２０２０－１と、第２の比較器２０１２の出力に接続された第２のエッジ検出回路２０２０－２と、を備える。第１および第２のエッジ検出回路２０２０－１および２０２０－２は、それぞれのインバータ２０２１および２０２２、それぞれの抵抗器２０２３および２０３４、それぞれのキャパシタ２０２５および２０２６、ならびにそれぞれの排他的ＯＲ（ＸＯＲ）ゲート２０２７および２０２８を備える。出力段２０３０は、エッジ検出段２０２０のＸＯＲゲート２０２７および２０２８の出力に接続された入力を有するＡＮＤゲート２０３２を備える。
【0217】
検知抵抗器２０４０は、線路活性１１１と負荷活性１２１との間の電路において検知抵抗器２０４０を流れるＡＣ負荷電流に基づいて、第１のノードＮ１（線路側ノード）と第２のノードＮ２（負荷側ノード）との間にＡＣ電圧（検知電圧、ＶＳｅｎｓｅと称される）を生成する。上述したように、いくつかの実施形態では、検知抵抗器２０４０は、測定の目的で検知抵抗器２０４０に十分な検知電圧を生成することができる比較的低い抵抗値を有する高電力抵抗器を備え、大量のエネルギーを消費しない。例えば、いくつかの実施形態では、検知抵抗器２０４０は、約１ミリオームの抵抗値を含む。いくつかの実施形態では、図２０に示される検知抵抗器２０４０は、図９Ａに示される同じ検知抵抗器９２２であり、インテリジェント回路遮断器の複数の検出回路は、様々な機能性を提供するために同じ検知抵抗器をタップオフされる。
【0218】
極性変化検出段２０１０は、検知抵抗器２０４０を通るＡＣ電流の流れの結果として検知抵抗器２０４０に生成される検知電圧ＶＳｅｎｓｅの極性変化を検出するように構成されている。第１および第２の比較器２０１１および２０１２は各々、比較器の反転入力（－）に印加される基準電圧と、比較器の非反転入力（＋）に印加される入力電圧と、を比較し、入力電圧が基準電圧よりも大きい場合に論理「１」出力を生成し、入力電圧が基準電圧よりも小さい場合に論理「０」出力を生成する電圧比較器として構成されている。より具体的には、図２０の例示的な実施形態では、第１の比較器２０１１は、検知抵抗器２０４０の負荷側（ノードＮ２）に接続された非反転入力（＋）と、検知抵抗器２０４０の線路側（ノードＮ１）に接続された反転入力（－）と、を備える。第２の比較器２０１２は、検知抵抗器２０４０の線路側（ノードＮ１）に接続された非反転入力（＋）と、検知抵抗器２０４０の負荷側（ノードＮ２）に接続された反転入力（－）と、を備える。
【0219】
ＡＣ幹線１１０の電圧波形の正の半サイクル中、正の電流が検知抵抗器２０４０をノードＮ１からノードＮ２に流れ、検知抵抗器２０４０に正の検知電圧（＋ＶＳｅｎｓｅ）降下をもたらす（すなわち、ＶＮ１－ＶＮ２＞０）。正の検知電圧（＋ＶＳｅｎｓｅ）では、第１の比較器２０１１の出力比較信号Ｃ１は、論理「０」となり、第２の比較器２０１２の出力比較信号Ｃ２は、論理「１」となる。一方、ＡＣ幹線１１０の電圧波形の負の半サイクル中、負の電流が検知抵抗器２０４０をノードＮ２からノードＮ１に流れ、検知抵抗器２０４０に負の検知電圧（－ＶＳｅｎｓｅ）降下をもたらす（すなわち、ＶＮ１－ＶＮ２＜０）。負の検知電圧（－ＶＳｅｎｓｅ）では、第１の比較器２０１１の出力比較信号Ｃ１は、論理「１」となり、第２の比較器２０１２の出力比較信号Ｃ２は、論理「０」となる。
【0220】
検知電圧ＶＳｅｎｓｅが正（＋ＶＳｅｎｓｅ）から負（－ＶＳｅｎｓｅ）に遷移すると、第１の比較器２０１１の出力比較信号Ｃ１は、論理０から論理１に遷移し、第２の比較器２０１２の出力比較信号Ｃ２は、論理１から論理０に遷移する。一方、検知電圧ＶＳｅｎｓｅが負（－ＶＳｅｎｓｅ）から正（＋ＶＳｅｎｓｅ）に遷移すると、第１の比較器２０１１の出力比較信号Ｃ１は、論理１から論理０に遷移し、第２の比較器２０１２の出力比較信号Ｃ２は、論理０から論理１に遷移する。
【0221】
比較信号Ｃ１およびＣ２の遷移（またはエッジ）は、エッジ検出段２０２０の各エッジ検出回路２０２０－１および２０２０－２によって検出される。より具体的には、第１のエッジ検出回路２０２０－１において、ＸＯＲゲート２０２７は、比較信号Ｃ１を受信する第１の入力端子と、遅延相補比較信号
を受信する第２の入力端子と、を有する。遅延相補比較信号
は、インバータ２０２１と抵抗器２０２３およびキャパシタ２０２５によって実装される遅延回路とによって生成され、インバータ２０２１は、反転（相補）比較信号
を生成し、出力するように構成されており、抵抗器２０２３およびキャパシタ２０２５は、相補比較信号
にＲＣ遅延を適用し、それによって遅延相補比較信号
を生成するように構成されている。例示的な実施形態では、抵抗器２０２３は、１キロオームの抵抗を有し、キャパシタ２０２５は、３．３ナノファラッドの静電容量を有する。ＸＯＲゲート２０２７は、入力信号Ｃ１および
が同じ論理レベルを有する（例えば、両方とも論理０または両方ともまたは論理１）期間中に短い論理０エッジパルス信号Ｅ１を生成する。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【0222】
同様に、第２のエッジ検出回路２０２０－２では、ＸＯＲゲート２０２８は、比較信号Ｃ２を受信する第１の入力端子と、遅延相補比較信号
を受信する第２の入力端子と、を有する。遅延相補比較信号
は、インバータ２０２２と抵抗器２０２４およびキャパシタ２０２６によって実装される遅延回路とによって生成され、インバータ２０２２は、反転（相補）比較信号
を生成し、出力するように構成されており、抵抗器２０２４およびキャパシタ２０２６は、相補比較信号
にＲＣ遅延を適用し、それによって遅延相補比較信号
を生成するように構成されている。例示的な実施形態では、抵抗器２０２４は、１キロオームの抵抗を有し、キャパシタ２０２６は、３．３ナノファラッドの静電容量を有する。ＸＯＲゲート２０２８は、入力信号Ｃ２および
が同じ論理レベルを有する（例えば、両方が論理０であるか、または両方が論理１である）期間中に短い論理０エッジパルス信号Ｅ２を生成する。
【数7】
【数8】
【数9】
【数10】
【数11】
【数12】
【0223】
動作中、ＸＯＲゲート２０２７および２０２８は、電流ゼロ交差の直前およびゼロ電流交差の直後に、それぞれのエッジパルス信号Ｅ１およびＥ２を生成する。ＡＮＤゲート２０３２は、ＸＯＲゲート２０２７および２０２８のそれぞれの出力に接続された第１および第２の入力端子を有する。ＡＮＤゲート２０３２は、出力信号Ｅ１およびＥ２の論理的なＡＮＤを取ることに基づいて、電流ゼロ交差検出信号Ｚｉを生成し、出力する。電流ゼロ交差検出信号Ｚｉは、インテリジェント回路遮断器の１つ以上のスイッチ（例えば、固体双方向スイッチおよび／または電気機械スイッチのソレノイド）を制御するスイッチ制御回路機構に印加される。図２０の例示的な回路構成では、ＡＮＤゲート２０３２は、電流ゼロ交差の前の１つと後の１つとの２つのゼロに向かうパルスを出力する。２つのパルスは、検知電流の増加とともに近付く。大電流（例えば、１００アンペア）では、２つのパルスは、本質的に１つのパルスである。エッジ検出回路２０２０－１および２０２０－２の出力が「地絡真」であることを考えると、いつでも論理「０」がＡＮＤゲート２０３２の入力のうちの１つにあるため、この構成におけるＡＮＤゲート２０３２は、「地絡真」ＯＲゲートとして機能し、ＡＮＤゲート２０３２の出力は、論理「０」となる。
【0224】
図２１Ａおよび図２１Ｂは、本開示の一実施形態による、図２０の電流ゼロ交差検出回路の動作モードを例示する様々な波形を描示している。例えば、図２１Ａは、図２０のエッジ検出段２０２０の動作のモード、特に第１のエッジ検出回路２０２０－１の動作モードを例示する波形を描示している。特に、図２１Ａは、複数の信号波形２１００、２１１０、２１２０、および２１３０のタイミング図を例示しており、波形２１００は、第１の比較器２０１１によって生成される例示的な比較信号Ｃ１を表し、波形２１１０は、インバータ２０２１から出力された例示的な相補比較信号
を表し、波形２１２０は、インバータ２０２１の出力でＲＣ遅延回路の結果として生成される例示的な遅延相補比較信号
を表し、波形２１３０は、ＸＯＲゲート２０２７の入力に印加された波形２１００および２１２０に応答してＸＯＲゲート２０２７によって生成される例示的なエッジ検出信号Ｅ１を表す。
【数13】
【数14】
【0225】
図２１Ａに示されるように、エッジ検出信号Ｅ１の波形２１３０は、第１の比較器２０１１から出力された比較信号Ｃ１の波形２１００の各論理遷移に応答してゼロに向かうパルスを生成する。エッジ検出回路２０２０－２は、図２１Ａのタイミング図に描示されるように、エッジ検出回路２０２０－１と同様の様態で動作する。特に、波形２１００、２１１０、２１２０、および２１３０は、それぞれ、第２の比較器２０１２によって生成された比較信号Ｃ２、インバータ２０２２によって生成された相補比較信号
、ＲＣ遅延回路（抵抗器２０２４、およびキャパシタ２０２６）によって生成された遅延相補比較信号
、およびＸＯＲゲート２０２８の入力に印加された波形Ｃ２および
に応答してＸＯＲゲート２０２８から出力されたエッジ検出信号Ｅ２を表すことができる。波形２１００、２１１０、２１２０、および２１３０は、図２１Ａに一般的に描示されており、例えば、信号のスルーレート（エッジの立ち上がりおよび立ち下がり）、論理ゲート中の伝播遅延などを考慮に入れないことを理解されたい。
【数15】
【数16】
【数17】
【0226】
図２１Ｂは、本開示の一実施形態による、図２０の電流ゼロ交差検出回路２０００の動作モードを例示するシミュレートされた信号波形を例示している。特に、図２１Ｂは、複数のシミュレートされた信号波形２１４０、２１５０、２１６０、２１７０、２１８０、および２１９０のタイミング図を例示している。波形２１４０は、検知抵抗器２０４０を流れる負荷電流の例示的な電流波形を表す。波形２１５０は、第１の比較器２０１１によって生成される例示的な比較信号Ｃ１を表す。波形２１６０は、第２の比較器２０１２によって生成される例示的な比較信号Ｃ２を表す。波形２１７０は、第１のエッジ検出回路２０２０－１によって生成された例示的なエッジ検出信号Ｅ１を表す。波形２１８０は、第２のエッジ検出回路２０２０－２によって生成された例示的なエッジ検出信号Ｅ２を表す。波形２１９０は、波形（Ｄ）および（Ｅ）に応答してＡＮＤゲート２０３２によって生成される電流ゼロ交差検出信号Ｚｉを表す。加えて、図２１Ｂは、電流波形２１４０の電流ゼロ交差の時間を表すＺ－ＲＥＦ破線を描示している。
【0227】
図２１Ｂでは、負荷電流の波形２１４０が負から正に上昇することが示されており、このことは、検知抵抗器２０４０を通るＡＣ電流波形が負の半サイクルから正の半サイクルに遷移することを示す。この事例では、検知電圧ＶＳｅｎｓｅは負（－ＶＳｅｎｓｅ）から正（＋ＶＳｅｎｓｅ）に遷移する。実際には、検知抵抗器２０４０を通る負荷電流のゼロ交差は、電圧のゼロ交差と必ずしも一致せず、これは、例えば、誘導性の負荷（電流位相が電圧位相よりも遅れる）に起因する電圧と電流との間の位相差、または力率が１未満であることにより、負荷の電流波形と電圧波形との位相差をもたらす他の事例があり得るためである。
【0228】
図２１Ｂに示されるように、波形２１５０は、検知電圧ＶＳｅｎｓｅの負から正への遷移に応答して論理「１」から論理「０」に遷移する第１の比較信号Ｃ１を例示しており、波形２１６０は、検知電圧ＶＳｅｎｓｅの負から正への遷移に応答して論理「０」から論理「１」に遷移する第２の比較信号Ｃ２を例示している。さらに、波形２１７０は、ＸＯＲゲート２０２７から出力された第１のエッジ検出信号Ｅ１が、波形２１５０の第１の比較信号Ｃ１のエッジ遷移に対応する短いゼロに向かうエッジ検出パルス２１７１を含むことを例示している。同様に、波形２１８０は、ＸＯＲゲート２０２８から出力された第２のエッジ検出信号Ｅ２が、波形２１６０の第２の比較信号Ｃ２のエッジ遷移に対応する短いゼロに向かうエッジ検出パルス２１８２を含むことを例示している。
【0229】
図２１Ｂに示されるように、第１の比較信号Ｃ１波形２１５０の立ち下がりエッジがゼロ電流交差Ｚ－ＲＥＦに先行し、波形２１６０の第２の比較信号Ｃ２の立ち上がりエッジがゼロ電流交差Ｚ－ＲＥＦに続くことに留意されたい。負荷電流２１４０（具体的には図示せず）の負に向かうサイクルでは、役割は反転する。特に、第２の比較信号Ｃ２の立ち下がりエッジは、負荷電流のゼロ交差に先行し、第１の比較信号Ｃ１の立ち上がりエッジは、負荷電流のゼロ交差に続く。このことは、極性変化検出段２０１０における比較器回路機構の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの伝播遅延の非対称性に起因しており、二重回路構成の理由である。
【0230】
さらに、ゼロ交差検出信号Ｚｉの波形２１９０は、負荷電流波形２１４０の実際のゼロ交差の直前および直後に生成される第１のゼロ交差検出パルス２１９１（ゼロに向かうパルス）、および第２のゼロ交差検出パルス２１９２（ゼロに向かうパルス）を含む。上述したように、ゼロ交差検出信号Ｚｉの波形２１９０は、エッジ検出信号Ｅ１およびＥ２の波形２１７０および２１８０を論理的にＡＮＤを取ることによって生成され、第１のゼロ交差検出パルス２１９１は、Ｅ１波形２１７０の第１のエッジ検出パルス２１７１に対応し、第２のゼロ交差検出パルス２１９２は、Ｅ２波形２１８０の第２のエッジ検出パルス２１８２に対応する。これに関して、上述したように、図２０の例示的な回路構成では、ＡＮＤゲート２０３２は、電流ゼロ交差の前の１つと後の１つとの２つのゼロに向かうパルス２１９１および２１９２を出力する。
【0231】
さらなるシミュレーションは、ゼロ交差検出パルスが、検知抵抗器２０４０を通る負荷電流の増加とともにより近付くことを示す。大電流（例えば、１００アンペア）では、２つのゼロ交差検出パルスは、本質的に１つのパルスであり、実際のゼロ交差電流と本質的に同時に生成され、検知抵抗器２０４０を通る負荷電流は、実質的にまたは実際にゼロである。特に、負荷電流が増加するにつれて、負荷電流の傾き（ｄｖ／ｄｔ）が増加する。図２０の電流ゼロ交差検出器回路２０００の利益は、負荷電流が増加するにつれて、Ｚｉの二重の負に向かうパルスが、互いに向かって、かつ電流ゼロ交差の時点に向かって、時間的に近付くことである。インテリジェント回路遮断器（電流ゼロ交差検出器回路２０００が統合されている）の目標が、ゼロ交差に極力近い時間にＡＣスイッチを開放することであることを考えると、（ゼロ電流交差に先行する）Ｚｉの二重パルスのうちの第１のものを利用して動作を呼び出し、そのような動作を呼び出すスイッチ制御回路機構にやむを得ない遅延があることを考えると、「ヘッドスタート」を採用してＡＣスイッチを開放することが有益である。加えて、上述したように、別の利益は、Ｚｉのパルスが、高電流負荷で最も重要となる、電流ゼロ交差に最も近いことである。最高負荷（例えば、１００Ａ超）では、Ｚｉの二重パルスは、電流ゼロ交差とほぼ一致する１つのパルスに本質的に融合するように、互いに近付く。
【0232】
図２２は、本開示の一実施形態による短絡検出回路を概略的に例示している。特に、図２２は、第１の比較器２２０２、第２の比較器２２０４、ＮＯＲゲート２２１０、複数の抵抗器２２１２、２２１３、２２１３、および２２１５、ならびに検知抵抗器２０４０を備える短絡検出回路２２００を概略的に例示している。検知抵抗器２０４０は、線路活性１１１と負荷活性１２１との間の電路のノードＮ１およびＮ２間で直列に接続されている。いくつかの実施形態では、検知抵抗器２０４０は、図２０の電流ゼロ交差検出器回路２０００に利用される同じ検知抵抗器２０４０である。
【0233】
第１の比較器２２０２は、検知抵抗器２０４０の負荷側（ノードＮ２）に接続された非反転入力（＋）と、抵抗器２２１２および２２１３間のノードＮ３に接続された反転入力（－）と、を備える。第２の比較器２２０４は、検知抵抗器２０４０の線路側（ノードＮ１）に接続された非反転入力（＋）と、抵抗器２２１４および２２１５間のノードＮ４に接続された反転入力（－）と、を備える。抵抗器２２１２および２２１３は、第１の比較器２２０２の反転入力（－）に印加される第１の基準電圧ＶＲＥＦ１をノードＮ３で生成するように構成されている第１の分圧器回路（ＶＤＣ ｏｎ ＨｏｔとノードＮ１との間に接続されている）を実装する。抵抗器２２１４および２２１５は、第２の比較器２２０４の反転入力（－）に印加される第２の基準電圧ＶＲＥＦ２をノードＮ４で生成するように構成されている第２の分圧器ネットワーク（ＶＤＣ ｏｎ ＨｏｔとノードＮ２との間に接続されている）を実装する。第１および第２の比較器２２０２および２２０４は、ＮＯＲゲート２２１０の入力端子に接続された出力端子を有する。
【0234】
動作中、第１の比較器２２０２は、ノードＮ２における検知電圧ＶＳｅｎｓｅを第１の基準電圧ＶＲＥＦ１と比較し、第１の比較信号ＨＣ１を生成し、出力する。第２の比較器２２０４は、ノードＮ１における検知電圧ＶＳｅｎｓｅを第２の基準電圧ＶＲＥＦ２と比較し、第２の比較信号ＨＣ２を生成し、出力する。ＮＯＲゲート２２１０は、論理的に第１および第２の比較信号ＨＣ１およびＨＣ２のＮＯＲを取って、インテリジェント回路遮断器の１つ以上のスイッチ（例えば、固体双方向スイッチおよび／または電気機械スイッチのソレノイド）を制御するスイッチ制御回路機構に印加される高電流検出信号ＨＣを生成し、出力する。
【0235】
より具体的には、第１の比較器２２０２は、ノードＮ２における検知電圧ＶＳｅｎｓｅが第１の基準電圧ＶＲＥＦ１を超えると、論理「１」信号（ＨＣ１）を生成し、出力し、第２の比較器２２０４は、ノードＮ１における検知電圧ＶＳｅｎｓｅが第２の基準電圧ＶＲＥＦ２を超えると、論理１信号（ＨＣ２）を生成し、出力する。つまり、図２２の例示的な実施形態では、第１の比較器２２０２は、ＡＣ供給電圧波形の負の半サイクル中に負荷の極端な過電流状態（すなわち、短絡）を検出するように構成されており、第２の比較器２２０４は、ＡＣ供給電圧波形の正の半サイクル中に負荷の極端な過電流状態（すなわち、短絡）を検出するように構成されている。ＮＯＲゲート２２１０は、半サイクルのいずれかが極端な過電流状態を有することが検出されると（例えば、ＨＣ１またはＨＣ２のいずれかが論理「１」であると）、論理「０」信号（ＨＣ）を出力する。
【0236】
抵抗器２２１２、２２１３、２２１４、および２２１５の抵抗値は、短絡検出回路２２００が目標の過電流閾値レベルを超える過電流状態を検出することを可能にする基準電圧ＶＲＥＦ１およびＶＲＥＦ２を生成するように選択されている。例えば、２０Ａ遮断器の場合、短絡検出回路２２２０を、負荷電流が２００Ａ以上である短絡状態を検出するように構成することができる。抵抗器２２１２および２２１３の抵抗値の比率は、第１の基準電圧ＶＲＥＦ１の所望の値を達成するように選択されており、抵抗器２２１４、２２１５の抵抗値の比率は、第２の基準電圧ＶＲＥＦ２の所望の値を達成するように選択されている。いくつかの実施形態では、抵抗器２２１５の抵抗値は、検知抵抗器２０４０の電圧降下を効果的に補償する、抵抗器２２１２および２２１３の抵抗値と実質的に等しいように選択されている。
【0237】
図２３は、本開示の一実施形態による、図２２の短絡検出回路２２００の動作のモードを例示するシミュレートされた信号波形を例示している。特に、図２３は、複数の信号波形２３００、２３１０、２３２０、および２３３０のタイミング図を例示している。波形２３００は、第１の比較器２２０２によって生成される例示的な第１の比較信号ＨＣ１を表す。波形２３１０は、第２の比較器２２０４によって生成される例示的な第２の比較信号ＨＣ２を表す。波形２３２０は、ＮＯＲゲート２２１０によって生成される例示的な高電流検出信号ＨＣを表す。波形２３３０は、検知抵抗器２０４０を流れる負荷電流のシミュレートされたＡＣ電流波形を表す。
【0238】
図２３の例示的な実施形態では、短絡検出回路２２００は、負荷電流波形２３３０がいずれかの半サイクルで２００Ａに達するか、または２００Ａを超えると過電流状態を検出するように構成されていると仮定する。図２３に示されるように、波形２３００は、第１の比較信号ＨＣ１が、負荷電流波形２３３０が２００Ａに達するか、または２００Ａを超える各負の半サイクルの期間中に論理「１」レベルに設定されることを例示している。波形２３１０は、第２の比較信号ＨＣ２が、負荷電流波形２３３０が２００Ａに達するか、または２００Ａを超える各正の半サイクルの期間中に論理「１」に設定されることを例示している。波形２３２０は、論理的に波形２３００および２３１０のＮＯＲを取ることによって生成される高電流検出信号ＨＣを例示している。この例示的な実施形態では、波形２３２０は、ＮＯＲゲート２２１０が、負荷電流波形２３３０が負荷電流のいずれかの半サイクルで２００Ａに達し、かつ２００Ａを超える各期間にわたって論理「０」パルスを生成することを例示している。
【0239】
図２０および２２のハードウェア検出回路が、電流ゼロ交差事象の高速で効率的な検出、ならびに極端な過電流および短絡状態に対する高速で効率的な検出および応答を可能にすることを理解されたい。そのような検出を、プロセッサによって実行されるソフトウェアを使用して実装することができるが、ハードウェア検出の使用は、ソフトウェアを使用してセンサデータを分析することによってプロセッサが課す可能性のある不確定な処理時間の結果として発生し得る検出および応答の遅延と比較して、高速の検出および応答時間を可能にする。加えて、図２０の電流ゼロ交差検出回路２０００は、負荷電流がほぼゼロである時点に、インテリジェント回路遮断器が固体スイッチをスイッチオフ状態にすることを可能にする。この事例では、負荷電流がほぼゼロであるときに固体スイッチをオフにして、誘導性の負荷からのキックバックを回避することができ、高電圧のキックバックスパイクは、固体スイッチのＭＯＳＦＥＴまたは漏れクランプのＭＯＳＦＥＴ（例えば、分離回路機構８１０、図８Ｂ）を損傷させ得る。図２０および２２のハードウェア検出回路は、線路活性１１０から参照されるＤＣ供給（例えば、ＶＤＣ－ｏｎ－Ｈｏｔ）によって電力供給される。これは、これらの回路が中性によって参照されるＤＣ電源から電力供給されるとした場合に必要となるであろう光アイソレータまたは他の回路に伴う遅延を回避する利点を提供する。
【0240】
図２４は、本開示の別の実施形態によるインテリジェント回路遮断器を概略的に例示している。特に、図２４は、ＡＣ幹線１１０と負荷１２０との間に接続されたインテリジェント回路遮断器２４００を概略的に例示しており、インテリジェント回路遮断器２４００は、単極ハイブリッド固体および機械回路遮断器アーキテクチャを含む。インテリジェント回路遮断器２４００は、ＡＣ幹線１１０の線路活性１１１と負荷１２０の負荷活性１２１との間の電路で直列に接続された固体スイッチ２４１０およびエアギャップ電磁スイッチ２４２０を備える（例えば、エアギャップ電磁スイッチ２４２０および固体スイッチ２４１０は、インテリジェント回路遮断器２４００の線路入力端子と負荷出力端子との間で直列に接続されている）。インテリジェント回路遮断器２４００は、ＡＣ－ＤＣ変換器回路２４３０、ゼロ交差検出回路機構２４４０、検知抵抗器２４４２、電流センサ２４５０、他のタイプのセンサ２４６０（例えば、環境センサ、光センサなど）、およびスイッチコントローラ２４７０をさらに備える。
【0241】
図２４に示されるようないくつかの実施形態では、固体スイッチ２４１０は、示されるような、ゲート端子（Ｇ）、ドレイン端子（Ｄ）、およびソース端子（Ｓ）を有する電力ＭＯＳＦＥＴスイッチ２４１０（例えば、Ｎ型エンハンスメントＭＯＳＦＥＴデバイス）、および内部ボディダイオード２４１０－１を備える。エアギャップ電磁スイッチ２４２０は、電気接点のセットを物理的に開閉するように構成されている任意の好適なタイプの電磁機械スイッチ機構を備え、エアギャップ電磁スイッチ２４２０がスイッチ開放状態にあるときに、電気接点の間にエアギャップが作成される。例えば、エアギャップ電磁スイッチ２４２０は、スイッチコントローラ２４７０からの制御信号に応答して、エアギャップ電磁スイッチ２４２０の電気接点を自動的に開閉するラッチングソレノイドまたはリレー接点素子を備えてもよい。
【0242】
線路活性１１１と負荷活性１２１との間の線路経路にエアギャップを作成することにより、線路活性１１１から負荷活性１２１への電流の流れが防止されるため、ＡＣ幹線１１０を負荷１２０から完全に分離することが提供される。エアギャップ電磁スイッチ２４２０は、（図２４に示されるように）固体スイッチ２４１０の線路側、または固体スイッチ２４１０の負荷側のいずれかに配設され得る。インテリジェント回路遮断器２４００は、電気工事規定が完全な分離のために回路遮断器へのエアギャップの実装を必要とする場合に、１つの固体スイッチを（上記に記載した例示的な実施形態におけるいくつかの固体スイッチと比較して）利用することを可能にする費用対効果の高いソリューションを提供する。
【0243】
ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構２４３０は、（そのようなセンサ２４５０および２４６０の構成に応じて）ゼロ交差検出回路機構２４４０、スイッチコントローラ２４７０、および任意選択で電流センサ２４５０、および他のセンサ２４６０を含む、インテリジェント回路遮断器２４００の様々な回路機構および要素に、ＤＣ供給電力を提供するように構成されている。ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構２４３０は、固体スイッチ２４１０がスイッチオフ状態にあるとき、または電磁スイッチ２４２０がスイッチ開放状態にあるとき、障害中に電力供給されたままとなるように構成されている。いくつかの実施形態では、ＡＣ－ＤＣ変換器回路機構２４３０は、外部停電の直後にＤＣサブシステムに電力供給するのに十分な蓄電容量を備え、これにより、外部電源が崩壊する際に、関連する停電または短絡の情報が、コントローラ２４７０によって取得され、記憶され、次いで、スイッチコントローラ２４７０に結合されているか、またはスイッチコントローラ２４７０と統合された無線周波数送受信機（図示せず）を使用して、リモートノード、デバイス、またはシステムに無線で伝送され得る。
【0244】
いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路機構２４４０は、インテリジェント回路遮断器２４００の活性線電路に沿った目標の点における電圧および／または電流を監視し、かつ活性線電路上でのＡＣ波形のゼロ電流交差および／またはゼロ電圧交差を検出するように構成されている。例えば、図２４に示されるように、ゼロ交差検出回路機構２４４０は、スイッチ２４２０および２４１０の上流の活性線電路に結合されて、インテリジェント回路遮断器２４００の線路側でのＡＣ電源波形のゼロ電流および／またはゼロ電圧交差のインスタンスを検出する。ゼロ交差検出回路機構２４４０は、１つ以上のデータ入手および制御線２４４０－１によってスイッチコントローラ２４７０に結合されている。
【0245】
ゼロ交差検出回路機構２４４０は、ＡＣ電源波形の電流および／または電圧のゼロ交差を検知し、かつ電流または電圧波形のゼロ交差事象およびゼロ交差事象の関連付けられた遷移方向（例えば、負から正に遷移するＡＣ波形（「正の遷移方向」と称される）、または正から負に遷移するＡＣ波形（「負の遷移方向」と称される））を示す検出信号を生成するように構成されている任意の好適なタイプの電圧ゼロ交差および／または電流ゼロ交差検出回路機構を使用して実装され得る。
【0246】
いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路機構２４４０は、（スイッチ２４２０および２４１０の線路側の）活性線経路上でのＡＣ波形のサンプリングを入力として受信し、ＡＣ波形サンプルをゼロ基準電圧（例えば、線路中性電圧）と比較して活性線経路上でのＡＣ波形の極性を判定し、かつＡＣ波形のゼロ交差事象およびゼロ交差の関連付けられた遷移方向を検出するように、構成されている。いくつかの実施形態では、比較は、活性線経路に接続された非反転入力、および基準電圧を受信する反転入力を有する電圧比較器を使用して実行される。電圧比較器の出力は、（ｉ）入力電圧が正から負に遷移するときに論理１から論理０に切り替わり、（ｉｉ）入力電圧が負から正に遷移するときに論理０から論理１に切り替わる。この事例では、ゼロ交差検出回路機構２４４０の出力は、ＡＣ電圧波形の検出されるゼロ交差ごとに、論理「１」と論理「０」出力との間で遷移する。
【0247】
いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路機構２４２０は、図２０の電流ゼロ交差検出回路２０００を実装する。この事例では、図２４の検知抵抗器２４４２は、図２０に示される検知抵抗器２０４０と同様の様態で利用される。電圧ゼロ交差検出回路機構に代えて、または加えて、電流ゼロ交差検出回路機構を利用して、活性線上でのＡＣ電流波形（すなわち、ＡＣ負荷電流）がゼロであるときとＡＣ電流波形の遷移方向とを判定する。このことは、例えば、活性線経路上での電圧波形および電流波形の位相をずらす誘導性の負荷がある場合に所望される。
【0248】
いくつかの実施形態では、電流センサ２４５０は、インテリジェント回路遮断器２４００を通る活性線経路の負荷１２０によって引き出される電流の大きさを検出するように構成されている。電流センサ２４５０は、電流検知抵抗器、電流増幅器、ホール効果電流センサなどを含むが、これらに限定されない、任意の好適なタイプの電流検知回路を使用して実装され得る。電流センサ２４５０は、１つ以上のデータ入手および制御線２４５０－１によってスイッチコントローラ２４７０に結合されている。いくつかの実施形態では、電流センサ２４５０は、図２２の短絡検出回路２２００を実装し、電流センサ２４５０は、固体スイッチ２４１０の負荷側と負荷活性１２１との間に直列に接続されている検知抵抗器を備える。いくつかの実施形態では、電流センサ２４５０は、ゼロ交差検出回路機構２４４０と同じ検知抵抗器２４４２を利用し、この場合に電流センサ２４５０は、検知電圧ＶＳｅｎｓｅをサンプリングするためにノードＮ１およびＮ２に接続された入力を有するであろう。
【0249】
センサ２４６０は、環境状態（例えば、化学的、ガス、湿度、水、温度、光など）を検知し、かつ潜在的に有害な環境状態を示すセンサデータを生成するように構成されている１つ以上の任意選択のセンサを含む。センサ２４６０は、１つ以上のデータ入手および制御線２４６０－１によってスイッチコントローラ２４７０に結合されている。例として、センサ２４６０は、（ｉ）有害化学物質の存在を検出するように構成されている化学物質感受性検出器、（ｉｉ）有害ガスの存在を検出するように構成されているガス感受性検出器、（ｉｉｉ）例えば火災を示す高温を検出するように構成されている温度センサ、（ｉｖ）例えば爆発、地震などと関連付けられた大きな振動を検出するように構成されている圧電検出器、（ｖ）洪水もしくは湿潤状態を検出するように構成されている湿度センサまたは水センサ、および回路遮断を必要とするであろう有害環境状態の存在または発生を検出するように構成されている他のタイプのセンサ、のうちの１つ以上を含むことができる。
【0250】
スイッチコントローラ２４７０は、ゼロ交差検出回路機構２４４０、電流センサ２４５０、およびセンサ２４６０と連携して動作して、障害状態（例えば、短絡障害、過電流障害、アーク障害、地絡障害など）の検出、有害な環境状態（例えば、ガス漏れ、化学物質流出、火災、洪水など）の検出などの機能を実行し、検出された障害状態または有害な環境状態に応答してスイッチ２４１０および２４２０の開閉のためのタイミング制御を提供し、それによってエアギャップ電磁スイッチ２４２０に電気アークが生じることを回避する。スイッチコントローラ２４７０は、固体スイッチ２４１０をスイッチオン状態またはスイッチオフ状態にするために、固体スイッチ２４１０のゲート端子（Ｇ）に印加されるゲート制御信号を生成する。いくつかの実施形態では、スイッチコントローラ２４７０は、電流センサ２４５０および／または他のセンサ２４６０から取得されたセンサデータを分析した結果として、スイッチコントローラ２４７０によって検出される短絡障害、過電流障害、過電圧状態、および他の障害または危険などの障害状態に応答して、固体スイッチ２４１０をスイッチオフ状態にするためのゲート制御信号を生成する。
【0251】
スイッチコントローラ２４７０は、スイッチ２４１０および２４２０を制御するために本明細書で論じられるように、センサデータを処理し、かつスイッチ制御タイミングプロトコルを実装するように構成されているプロセッサを使用して実装され得る。加えて、スイッチコントローラ２４７０は、センサデータをプロセッサによる処理に好適である適切なフォーマットに変換するための回路機構を実装することができる。他の実施形態では、スイッチ制御２４７０は、（上記に論じた例示的な実施形態におけるような）ハードウェアベースのスイッチ制御回路機構を実装し、ソフトウェアベースの制御とは対照的に、ハードウェアベースの制御を可能にする。
【0252】
スイッチコントローラ２４７０は、リモートノード、デバイス、システムなどと無線通信して、障害状態のリモート監視および検出をサポートするための、かつインテリジェント回路遮断器２４００を制御するためのリモートコマンドを受信するための、ＲＦ送受信機を含むことができる。プロセッサは、中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および他のタイプのプロセッサ、ならびに、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェアなどに基づく処理機能を実行することができる、そのようなプロセッサの部分または組み合わせを備えてもよい。他の実施形態では、インテリジェント回路遮断器２４００の様々な構成要素（例えば、２４３０、２４４０、および２４７０）の固体回路機構は、システムオンチップとして単一のダイ上に実装され得る。
【0253】
電磁スイッチ２４２０の電気接点間の電気アークの生成を防止するために、スイッチコントローラ２４７０は、エアギャップ電磁スイッチ２４２０をスイッチ開放状態またはスイッチ閉鎖状態にする前に、固体スイッチ２４１０をスイッチオフ状態にするように構成されている。しかしながら、図２４の構成では、固体スイッチ２４１０がスイッチオフ状態にあり、かつエアギャップ電磁スイッチ２４２０がスイッチ閉鎖状態にあると仮定する場合でも、固体スイッチ２４１０のボディダイオード２４１０－１は、ＡＣ幹線１１０のＡＣ電源波形が負の半サイクルにあるときに、負の電流が負荷１２０からＡＣ幹線１１０に伝導することを可能にする。
【0254】
この事例では、エアギャップ電磁スイッチ２４２０がＡＣ電源波形の負の半サイクル中に開放される場合、負の電流の流れは、エアギャップ電磁スイッチ２４２０の電気接点の間に電気アークを生成するであろう。電気アークの生成に加えて、エアギャップ電磁スイッチ２４２０を開放することは、所与の時間における短絡電流状態および負の電流の流れに起因して生成されるであろう比較的強力な電磁力に起因して、困難であり得るか、または不可能であり得る。
【0255】
そのような電気アークが生じることを回避し、かつエアギャップ電磁スイッチ２４２０を開放しやすくするために、スイッチコントローラ２４７０は、障害または有害な状態を検出することに応答して固体スイッチ２４１０をスイッチオフ状態にし、かつゼロ交差検出回路機構２４４０から取得されたセンサデータを処理して、インテリジェント回路遮断器２４００の線路側（例えば、線路活性１１１）でのＡＣ電圧および／または電流のゼロ交差事象およびゼロ交差事象の関連付けられた遷移方向を判定し、次いで、線路側でのＡＣ電圧および／または電流の極性が正の半サイクルに遷移していると判定される場合に、検出されたゼロ交差事象に応答してエアギャップ電磁スイッチ２４２０を開放するように、構成されている。
【0256】
一方、スイッチコントローラ２４７０は、所与の時間において、ゼロ交差事象の関連付けられた遷移方向が、線路側でのＡＣ電圧および／または電流の極性が負の半サイクルに遷移している負の遷移であると判定すると、スイッチコントローラ２４７０は、エアギャップ電磁スイッチ２４２０を開放することはせずに、ゼロ交差検出回路機構２４４０によって検出されるような正の遷移を伴うゼロ交差事象の次のインスタンスまで、エアギャップ電磁スイッチ２４２０を開放することを遅延させる。この事例では、エアギャップ電磁スイッチ２４２０は、固体スイッチ２４１０がすべての電流の流れ（漏れを除く）を防止している半サイクル中に開放されるであろう。このスイッチ制御プロトコルは、エアギャップ電磁スイッチ２４２０を開放するための電気機械機構のサイズおよび強度要件の大幅なダウンサイジングを可能にする。
【0257】
ここで、スイッチコントローラ２４７０によって実装されるスイッチタイミング制御について、図２５Ａ、２５Ｂ、および２６を参照してさらに詳細に論じる。例えば、図２５Ａは、図２４のインテリジェント回路遮断器２４００の線路側に入力される電源電圧波形を例示している。特に、図２５Ａは、ＡＣ幹線１１０の電源電圧波形を表す入力電圧波形２５００を例示している。入力電圧波形２５００は、時間Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、およびＴ４において、正の半サイクル２５０２、負の半サイクル２５０４、およびゼロ電圧交差２５１０を含む。固体スイッチ２４１０がスイッチオン状態にあり、かつエアギャップ電磁スイッチ２４２０がスイッチ閉鎖状態にあるとき、入力電圧波形２５００は、負荷１２０の負荷活性線１２１に印加される。スイッチコントローラ２４７０が、電力が負荷１２０から切断されるべきであると判定すると、スイッチコントローラ２４７０は、固体スイッチ２４１０をスイッチオフ状態にするために、固体スイッチ２４１０のゲート端子Ｇに印加されるゲート制御信号を生成する。
【0258】
図２５Ｂは、固体スイッチ２４１０がスイッチオフ状態にあり、エアギャップ電磁スイッチ２４２０がスイッチ閉鎖状態にあるときの、図２４のインテリジェント回路遮断器２４００の負荷側の出力電圧波形２５２０を例示している。この状態では、固体スイッチ２４１０のボディダイオード２４１０－１は、入力電圧波形２５００の負の半サイクル２５０４中に順バイアスされ、入力電圧波形２５００を整流し、図２５Ｂに示される出力電圧波形２５２０をもたらし、入力波形２５００の正の半サイクル２５０２に対応する出力電圧波形２５２０の部分２５２２は、０Ｖであり、出力電圧波形２５２０の部分２５２４は、入力波形２５００の負の半サイクル２５０４の電圧を辿る。この事例では、負の電流は、エアギャップ電磁スイッチ２４２０が開放されるまで、各負の半サイクル２５２４中に負の電流が負の負荷１２０からＡＣ幹線１１０に流れるであろう。
【0259】
上述したように、固体スイッチ２４１０がスイッチオフされた後、スイッチコントローラ２４７０は、ゼロ交差検出回路機構２４４０から取得されたセンサデータを処理して、インテリジェント回路遮断器２４００の活性線経路上のＡＣ電圧波形（および／またはＡＣ電流波形）のゼロ交差事象およびゼロ交差事象の遷移方向を判定する。スイッチコントローラ２４７０は、ＡＣ電圧波形が正の半サイクルに遷移している場合、検出されたゼロ交差事象に応答してエアギャップ電磁スイッチ２４２０を開放するための制御信号を生成する。例えば、図２５Ａは、時間Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、およびＴ４でのＡＣ波形２５００のゼロ交差事象２５１０を示すが、時間Ｔ０、Ｔ２、およびＴ４でのゼロ交差事象２５１０のみが、ＡＣ波形２５００が正の半サイクルに遷移する正の遷移方向を有する。
【0260】
この事例では、スイッチコントローラ２４７０は、時間Ｔ０、Ｔ２、またはＴ４でのゼロ交差事象に応答して、負荷１２０への電力を完全に切断するためにエアギャップ電磁スイッチ２４２０を開放するための制御信号を生成する。特に、図２５Ａに示されるように、いくつかの実施形態では、正の遷移ゼロ交差事象（例えば、時間Ｔ０またはＴ２での）を検出することに応答して、スイッチコントローラ２４７０は、エアギャップ電磁スイッチ２４２０を開放するためのスイッチ制御信号を生成する前に、短い時間遅延ＴＳ（例えば、約１０μｓ）を待つ。この短い遅延時間ＴＳは、ＡＣ波形がわずかに正であること、および活性線経路に電流が流れていないことを確保し、それによってエアギャップ電磁スイッチ２４２０での起こり得る電気アーク形成を防止し、小さな電流の流れに起因して、エアギャップ電磁スイッチ２４２０がジッタなしで容易に開放することを可能にする。
【0261】
一方、図２５Ａおよび２５ＢにおいてＴ０～Ｔ１の時間周期で障害状態が発生し、固体スイッチ２４１０がオフされると仮定する。この例では、スイッチコントローラ２４７０は、時間Ｔ１におけるＡＣ波形２５００の次のゼロ交差事象２５１０が負遷移のゼロ交差事象であると判定するであろう。この事例では、スイッチコントローラ２４７０は、エアギャップ電磁スイッチ２４２０を開放するための制御信号を（時間Ｔ２でゼロ交差事象を検出した後の遅延時間ＴＳで）生成する前に、時間Ｔ２で次の正遷移のゼロ交差事象２５１０を待つ。ここでも、このことは、ＡＣ波形２５００がわずかに正であること、および活性線経路に電流が流れていないことを確保し、それによってエアギャップ電磁スイッチ２４２０での起こり得る電気アーク形成を防止し、エアギャップ電磁スイッチ２４２０が小さな電流の流れに起因してジッタなしで容易に開放することを可能にする。
【0262】
例示的な電圧波形２５Ａおよび２５Ｂが、ＡＣ電圧波形および負荷１２０によって引き出される電流の位相が揃っていると見なされる約１（１）の力率を有する負荷１２０を表すことを理解されたい。そのような事例では、ゼロ電圧交差を、ゼロ電流交差と見なす。しかしながら、負荷１２０が１未満の力率（例えば、容量性または誘導性の負荷）を有する事例では、電圧波形および負荷１２０によって引き出される電流の位相がずれる。これに関して、ゼロ交差検出回路機構２４４０は、スイッチ２４２０および２４１０の線路側での電流波形のゼロ電流交差または正遷移のゼロ電流交差を判定して、エアギャップ電磁スイッチ２４２０を開放する前に、正の電流が線路活性経路に流れていないことを確保するための電流ゼロ交差検出器を含むことができる。例えば、上述したように、いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路機構２４２０は、図２０の電流ゼロ交差検出回路２０００を実装する。
【0263】
図２６は、本開示の一実施形態による、図２４のインテリジェント回路遮断器２４００のスイッチコントローラ２４７０によって実装されるスイッチ制御プロセスの流れ図である。図２６のスイッチ制御プロセスは、外部電源の回復のための非限定的な例示的な実施形態、またはインテリジェント回路遮断器２４００をアクティブ化するための手動、自動、またはリモートアクティブ化制御を表す（ブロック２６００）。この例では、固体スイッチ２４１０がスイッチオフ状態にあり、エアギャップ電磁スイッチ２４２０がスイッチ閉鎖状態にあると仮定する。
【0264】
スイッチコントローラ２４７０は、エアギャップ電磁スイッチ２４２０を閉鎖する（ブロック２６０４）前に、適切なゼロ交差を検出するのを待つ（ブロック２６０２）。エアギャップ電磁スイッチ２４２０を閉鎖する前に電圧および／または電流ゼロの交差事象を待つことが理想的であるが、当業者は、このことが閉鎖のための必須条件ではないことを理解するであろう。ゼロ交差事象は、正遷移のゼロ交差事象または負遷移のゼロ交差事象であり得る。上述したように、いくつかの実施形態では、固体スイッチ（例えば、スイッチ２４１０）のボディダイオード（例えば、ダイオード２４１０－１）が順バイアスされず、導通しない、次回の半サイクルのゼロ交差でエアギャップ電磁スイッチ２４２０を閉鎖することが好ましい。例えば、図２４の例示的な実施形態では、固体スイッチ２４１０のボディダイオード２４１０－１は、ＡＣ幹線１１０の供給電圧波形の正の半サイクル中に逆バイアスされ、非導通である。そのような実施形態では、正遷移の（電流または電圧）ゼロ交差事象を検出すると、エアギャップ電磁スイッチをスイッチ閉鎖状態にする（ブロック２６０４）ことが理想的である。
【0265】
他の実施形態では、固体スイッチ２４１０を実装するために使用されるＭＯＳＦＥＴのタイプに応じて、負遷移の（電流または電圧）ゼロ交差事象を検出すると、エアギャップ電磁スイッチ２４２０を閉鎖することが理想的であり得る。例えば、図２４の固体スイッチ２４１０が、エアギャップスイッチ２４２０に結合されたドレイン端子（線路側）および結合されたソース端子（負荷側）を有するＰ型エンハンスメントＭＯＳＦＥＴとして実装される例示的な実施形態では、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードは、線路側が接続されたそのアノード、および負荷側に配設されたそのカソードを有する。そのような事例では、Ｐ型固体スイッチのボディダイオードは、ＡＣ幹線１１０の供給電圧波形の負の半サイクル中に、逆バイアスされ、非導通であろう。したがって、Ｐ型固体状態スイッチがスイッチオフ状態にあるとき、負遷移の（電流または電圧）ゼロ交差事象を検出すると、エアギャップ電磁スイッチ２４２０を閉鎖することが理想的であろう。同じことが、図２４に示されるＮ型固体スイッチ２４１０が反転されて、線路側が接続されたソース端子、および負荷側が接続されたドレイン端子を有する回路構成に当てはまろう。
【0266】
エアギャップ電磁スイッチ２４２０が閉鎖されると、スイッチコントローラ２４７０は、固体スイッチ２４１０をスイッチオン状態にするためのゲート制御信号を生成するように進行する（ブロック２６０６）。固体スイッチ２４１０は、エアギャップ電磁スイッチ２４２０が閉鎖された後の任意の時間にスイッチオンされ得る。例えば、インテリジェント回路遮断器２４００は、エアギャップ電磁スイッチ２４２０がスイッチ閉鎖状態で維持される「待機」モードで動作してもよく、スイッチコントローラ２４７０は、固体スイッチ２４１０のアクティブ化を進行させるために、いくつかのトリガ事象（例えば、リモートコマンド）の発生を待つ。
【0267】
スイッチ２４１０および２４２０の両方がアクティブ化されると、スイッチコントローラ２４７０は、電源と負荷との間の回路接続を遮断するためのいくつかの事象またはコマンドの待機状態に入る（ブロック２６０８）。待機期間中、固体スイッチ２４１０およびエアギャップ電磁スイッチ２４２０は、アクティブ化された状態に維持される（ブロック２６１０）。事象は、スイッチコントローラ２４７０が様々なセンサ２４５０および２４６０から受信されたセンサデータを処理することによって判定される、所与の障害状態または有害な状態の検出であり得る。コマンドは、回路接続を遮断するための手動コマンドまたは自動コマンドであり得る。
【0268】
障害または有害な状態を検出すると（ブロック２６０８における肯定の判定）、または回路遮断器をトリップさせるための手動または自動コマンドに応答して、スイッチコントローラ２４７０は、固体スイッチ２４１０をスイッチオフ状態にするためのゲート制御信号を生成する（ブロック２６１２）。次いで、スイッチコントローラ２４７０は、ゼロ交差検出回路機構２４４０からのデータを処理して、線路活性経路上で目標のゼロ交差事象（例えば、正遷移のゼロ交差事象）を検出し（ブロック２６１４）、ターゲットゼロ交差事象を検出することに応答して（ブロック２６１４における肯定の判定）、スイッチコントローラ２４７０は、スイッチ制御信号を生成して、エアギャップ電磁スイッチ２４２０をスイッチ開放状態にする（ブロック２６１６）。
【0269】
スイッチコントローラ２４７０は、待機状態に入って（ブロック２６１８）、障害事象または有害な状態がクリアされるのを待ち、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチを非アクティブ状態に維持する（ブロック２６２０）。障害事象または有害な状態がクリアされると（ブロック２６１８における肯定の判定）、またはスイッチコントローラ２４７０がそうでなければ負荷に電源を再接続することを示す手動またはリモートコマンドを受信すると、制御プロセスは、ブロック２６００に戻り、スイッチコントローラ２４７０は、エアギャップおよび固体スイッチを再アクティブ化し、それによって負荷に電源を再接続する。図２６のプロセスの流れが、固体スイッチ２４１０を開閉する前にゼロ交差検出を実行するためのプロセスステップを明示的には含まないが、当業者は、特定の用途について、固体スイッチ２４１０のスイッチオンおよびスイッチオフが、所望に応じて、電圧ゼロ交差事象または電流ゼロ交差事象のいずれかでタイミング設定され得ることを認識および理解するであろうことを理解されたい。
【0270】
図２７は、本開示の別の実施形態によるインテリジェント回路遮断器を概略的に例示している。特に、図２７は、ＡＣ幹線１１０と負荷１２０との間に接続されたインテリジェント回路遮断器２７００を概略的に例示している。インテリジェント回路遮断器２７００は、図２７のインテリジェント回路遮断器２７００が、（図２４のエアギャップ電磁スイッチ２４２０の代わりに）熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０、内部スイッチ２７２０、および分流抵抗器２７３０を実装することを除いて、図２４のインテリジェント回路遮断器２４００と同様である。いくつかの実施形態では、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０は、図１Ａと併せて上記で論じたような従来の回路遮断器アーキテクチャを備える。
【0271】
内部スイッチ２７２０および分流抵抗器２７３０は、ノードＮ３と接地（中性）１１４との間で直列に接続されており、ノードＮ３は、熱電機械的回路遮断器スイッチ２７１０と固体スイッチ２４１０との間の接続点を含む。いくつかの実施形態では、図２７に示されるように、内部スイッチ２７２０は、共通接続されたソース端子および共通接続されたゲート端子とバックトゥーバックで直列に接続される第１のＭＯＳＦＥＴスイッチ２７２１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ２７２２（例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチ）を備える固体双方向スイッチを備える。第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ２７２１および２７２２の共通接続されたゲート端子は、スイッチコントローラ２４７０の制御出力ポートに接続されている。第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ２７２１および２７２２は、内部ボディダイオード（図２７に具体的に示さず）を有する。
【0272】
図２４の例示的な実施形態におけるのと同様に、スイッチコントローラ２４７０は、ゼロ交差検出回路機構２４４０、電流センサ２４５０、および他のセンサ２４６０と連携して動作して、障害状態（例えば、短絡状態、過電流状態、過電圧状態、アーク障害、地絡障害など）を検出すること、および有害な環境状態（例えば、ガス漏れ、化学物質流出、火災、洪水など）を検出することなどの機能を実行する。スイッチコントローラ２４７０は、固体スイッチ２４１０のゲート端子（Ｇ）に制御信号を印加して、固体スイッチ２４１０のアクティブ化（スイッチオン）および非アクティブ化（スイッチオフ）を制御するように構成されている。加えて、スイッチコントローラ２４７０は、内部スイッチ２７２０のアクティブ化および非アクティブ化を制御するための制御信号を生成するように構成されている。スイッチコントローラ２４７０は、インテリジェント回路遮断器２７００の異なる動作状態下で、固体スイッチ２４１０および内部スイッチ２７２０のアクティブ化／非アクティブ化のタイミングを制御するように構成されているタイミング制御プロトコルを実装する。
【0273】
例えば、スイッチコントローラ２４７０は、電流センサ２４５０および／または他のセンサ２４６０から取得されたセンサデータを分析した結果として、スイッチコントローラ２４７０によって検出される短絡障害、過電流障害、過電圧状態、および他の障害または危険などの障害状態に応答して、固体スイッチ２４１０をスイッチオフ状態にするためのゲート制御信号を生成する。加えて、固体スイッチ２４１０がスイッチオフされた後、スイッチコントローラ２４７０は、制御信号を生成して、内部スイッチ２７２０をアクティブ化し、それによってノードＮ３と接地１１４との間の内部短絡を生成する。ノードＮ３と接地１１４との間の内部短絡により、過電流が熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０を流れ、それによって熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０がトリップし、線路活性１１０と負荷活性１２１との間の電路にエアギャップが生じる。
【0274】
つまり、この実施形態では、スイッチコントローラ２４７０は、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０に直接印加されて熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０をトリップさせる制御信号を生成しない。代わりに、スイッチコントローラ２４７０は、ゲート制御信号を第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ２７２１および２７２２の共通接続されたゲート端子に印加して、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ２７２１および２７２２をターンオンさせる。このことにより、ノードＮ３と接地１１４との間に、電流が分流抵抗器２７３０を流れる内部短絡が生じ、これにより、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０がトリップする。内部スイッチ２７２０は、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０がトリップした後、かつインテリジェント回路遮断器２７００が通常動作のためにリセットされる前の、ある時点で非アクティブ化される（例えば、第１および第２のＭＯＳＦＥＴスイッチ２７２１および２７２２がスイッチオフされる）。
【0275】
いくつかの実施形態では、分流抵抗器２７３０の抵抗は、ノードＮ３から接地１１４への短絡電流の流れが熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０の電流定格の約２倍～３倍の範囲にあるように選択されている。例えば、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０が２０アンペアの電流定格を有する場合、およそ４０～６０アンペアの最大の電流が、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０を、およびノードＮ３と接地１１４との間の短絡分岐を流れて、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０をトリップさせ、線路活性１１０と負荷活性１２１との間の電路にエアギャップを生成するように、分流抵抗器２７３０の抵抗が選択されている。
【0276】
いくつかの実施形態では、スイッチコントローラ２４７０は、ゼロ交差検出回路２４４０から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、内部スイッチ２７２０をいつアクティブ化しするかを判定し、それによってノードＮ３と接地１１４との間に短絡が生じ、これにより、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０がトリップするように、構成されている。例えば、図２４～２６に関連して上記に論じた例示的な実施形態と同様に、ゼロ交差検出回路２４４０が、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０の線路側でのＡＣ電圧波形またはＡＣ電流波形の相反する半サイクル間で極性遷移すの方向を検出するように構成されている場合、スイッチコントローラ２４７０は、極性遷移により、非アクティブ化された固体スイッチ２４１０のボディダイオード２４１０－１が逆バイアスされる時点で内部スイッチ２７２０をアクティブ化するように、構成されている。
【0277】
図２７の例示的な実施形態では、固体スイッチ２４１０のボディダイオード２４１０－１は、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０の線路側でのＡＣ電圧波形またはＡＣ電流波形の正の半サイクル中に逆バイアスされる。しかしながら、固体スイッチ２４１０のボディダイオード２４１０－１は、例えば、ＡＣ幹線１１０のＡＣ電源波形が負の半サイクルにあるときに、順バイアスされ、負の電流が負荷１２０から熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０を通ってＡＣ幹線１１０に伝導することを可能にする。
【0278】
この事例では、内部スイッチ２７２０がＡＣ電源波形の負の半サイクル中にアクティブ化される場合、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０を通る電流の流れは、（ｉ）負荷１２０からＡＣ幹線１１０への負の電流の流れと、（ｉｉ）接地１１４からノードＮ３への短絡経路で生成され、それによって熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０を通る増加した電流の流れを提供して熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０をトリップさせる電流の流れと、の組み合わせであろう。これは、トリップしたときに熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０の電気接点間の高エネルギー電気アークの生成をもたらし得る。
【0279】
対照的に、極性遷移により固体スイッチ２４１０のボディダイオード２４１０－１が逆バイアスされるタイミングで内部スイッチ２７２０がアクティブ化されることを確保することによって、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０を通る電流の流れの量は、少なくとも最初に、分流抵抗器２７３０の抵抗値に基づいてノードＮ３と接地１１４との間の短絡経路で生成される電流に制限される。この事例では、熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０をトリップさせるために生成される短絡電流の量を、分流抵抗器２７３０によって制御／制限することができ、したがって、トリップしたときに熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０の電気接点間に生成される電気アークの量を制限する。つまり、内部スイッチ２７２０のアクティブ化を、非アクティブ化された固体スイッチ２１４０のボディダイオード２４１０－１が逆バイアスされる時点にタイミング設定することによって、インテリジェント回路遮断器２７００は、実際の短絡負荷電流を使用して従来の熱電気機械回路遮断器スイッチ２７１０をトリップさせることを回避し、代わりに、（内部スイッチ２７２０のアクティブ化によって生成される）制限／制御された内部短絡電流を利用して、回路遮断器スイッチ２７１０をトリップさせる。
【0280】
他の実施形態では、インテリジェント回路遮断器は、個人がインテリジェント回路遮断器の動作ステータスを判定することを可能にする１つ以上の視覚的インジケータを含むように設計されている。例えば、図２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ、および２８Ｅは、インテリジェント回路遮断器２８００の動作ステータスを示すように構成されている複数の視覚的インジケータを備えるインテリジェント回路遮断器２８００の斜視図および概略図である。特に、図２８Ａおよび２８Ｂは、回路遮断器ハウジング２８１０（または筐体）、手動ロッカースイッチ２８２０、第１の視覚的インジケータ２８３０、および第２の視覚的インジケータ２８４０を備えるインテリジェント回路遮断器２８００の斜視図である。手動ロッカースイッチ２８２０は、個人がインテリジェント回路遮断器２８００を手動でトリップさせ、リセットすることを可能にするオフ位置およびオン位置を含む。以下でさらに詳細に説明されるように、第１および第２の視覚的インジケータ２８３０および２８４０は、インテリジェント回路遮断器２８００の動作ステータスの視覚ステータスを提供するように構成されている。図２８Ｃ、２８Ｄ、および２８Ｅは、インテリジェント回路遮断器２８００の回路遮断器ハウジング２８１０内の様々な構成要素を概略的に例示している。例えば、図２８Ｃ～２８Ｅに示されるように、構成要素は、アクチュエータ機構２８５０、ソレノイド２８６０、およびエアギャップスイッチ２８７０を含む。エアギャップスイッチ２８７０は、第１の固定接点２８７１、およびアクチュエータ機構２８５０に接続されている第２の可動接点２８７２を含む。手動ロッカースイッチ２８２０およびソレノイド２８６０は、アクチュエータ機構２８５０に接続されている。アクチュエータ機構２８５０は、（ｉ）ロッカースイッチ２８２０の手動作動および（ｉｉ）ソレノイド２８６０の磁気作動に応答して、固定接点２８７１に対する可動接点２８７２の位置を制御するように構成されている。この構成では、ソレノイド２８５０は、高過電流に応答して磁気的に作動するように構成されており、ソレノイド２８６０の磁気作動は、エアギャップスイッチ２８７０の固定接点２８７１から可動接点２８７２を引き離すアクチュエータ機構２８５０の機械的作動をもたらす。例示および説明を簡単にするために、図２８Ｃ、２８Ｄ、および２８Ｅは、上記で論じたように、インテリジェント回路遮断器２８００の様々なインテリジェント機能性を実装するために使用される回路基板および関連付けられた固体回路機構を例示していない。
【0281】
図２８Ｃ、２８Ｄ、および２８Ｅは、インテリジェント回路遮断器２８００の種々の動作ステータスを例示している。特に、図２８Ｃは、エアギャップスイッチ２８７０が、「開放」であり、第１および第２の接点２８７１および２８７２が引き離されてエアギャップ２８７３を形成する動作ステータスを例示している。図２８Ｃでは、手動ロッカースイッチ２８２０は、「ＯＦＦ」位置にある。この事例では、エアギャップスイッチ２８７０は、ロッカースイッチ２８２０をオン位置からオフ位置に移動させることによって手動で開放され、この事例でのロッカースイッチ２８２０の作動により、アクチュエータ機構２８５０は、可動接点２８７２を固定接点２８７１から離れるように移動させる。
【0282】
次に、図２８Ｄは、エアギャップスイッチ２８７０が「閉鎖」状態である動作ステータスを例示しており、第１および第２の接点２８７１および２８７２は、エアギャップ２８７３が閉鎖されて、電気的に接触している。図２８Ｄでは、手動ロッカースイッチ２８２０は、「オン」位置にあり、ソレノイド２８６０は、閉鎖位置にある。この事例では、エアギャップスイッチ２８７０は、ロッカースイッチ２８２０をオフ位置からオン位置に移動させることによって手動で閉鎖され、この事例でのロッカースイッチ２８２０の作動により、アクチュエータ機構２８５０は、可動接点２８７２を固定接点２８７１に接するように移動させる。図２８Ｄは、インテリジェント回路遮断器２８００の通常の動作ステータスを例示している。
【0283】
次に、図２８Ｅは、エアギャップスイッチ２８７０が、「開放」であり、第１および第２の接点２８７１および２８７２が引き離されてエアギャップ２８７３を形成する動作ステータスを例示している。図２８Ｅでは、手動ロッカースイッチ２８２０は、「オン」位置にあり、かつインテリジェント回路遮断器２８００は、アクチュエータ機構２８５０が可動接点２８７２を固定接点２８７１から離れるように移動することによってエアギャップスイッチ２８７０を開放してエアギャップ２８７３を形成する、ソレノイド２８６０の磁気作動（例えば、開放位置にあるソレノイド２８６０）の結果として、「トリップ」状態にあると仮定する。この事例では、インテリジェント回路遮断器２８００は、電気機械的にトリップし、インテリジェント回路遮断器２８００は、手動ロッカースイッチ２８２０をオン位置からオフ位置に移動させ、次いでオン位置に戻すことによって、リセットされる。
【0284】
図２８Ａ～２８Ｅにまとめて示されるように、第１の視覚的インジケータ２８３０は、回路遮断器ハウジング２８１０の一部として形成されている窓２８３２（例えば、ガラスまたはプラスチック窓）と、窓２８３２の後方の回路遮断器ハウジング２８１０内に配設されているステータスＬＥＤ２８３４と、を備える。ステータスＬＥＤ２８３４は、インテリジェント回路遮断器２８００のステータス（例えば、オン、オフ、待機、無線ステータス、プロビジョニングなど）を示すように点灯する。ステータスＬＥＤ２８３４は、異なる動作ステータスを表すために、異なる色（例えば、赤色、緑色など）を放出し、かつ／または異なる点灯パターン（例えば、連続、点滅など）を有することができる。いくつかの実施形態では、ステータスＬＥＤ２８３４は、外部電源が存在する場合にのみ動作可能である。
【0285】
図２８Ａは、インテリジェント回路遮断器２８００が、手動ロッカースイッチ２８２０がオン位置にあるがエアギャップスイッチが開放状態にある「トリップ」状態にあるときに、第１の視覚的インジケータ２８３０のステータスＬＥＤ２８３４が第１の色（例えば、赤）で点灯する例示的な実施形態を例示している。他の実施形態では、第１の視覚的インジケータ２８３０のステータスＬＥＤ２８３４は、インテリジェント回路遮断器２８００が手動ロッカースイッチ２８２０をオン位置として通常動作している（例えば、非トリップ状態）ときに、別の色（例えば、緑色）で点灯し得る。
【0286】
図２８Ｂは、インテリジェント回路遮断器２８００がオフ状態にあるとき（例えば、外部電源に接続されていないか、または外部電源に接続されているが、手動ロッカースイッチ２８２０がオフ位置にあるとき）、第１の視覚的インジケータ２８３０のステータスＬＥＤ２８３４が点灯しない例示的な実施形態を示す。この事例では、ステータスＬＥＤ２８３４が点灯していないとき、観視窓２８３２は、回路遮断器ハウジング２８１０の色と同じまたは類似の色を有する半透明の着色コーティングを有することができる。
【0287】
さらに、図２８Ａ～２８Ｅにまとめて示されるように、第２の視覚的インジケータ２８４０は、回路遮断器ハウジング２８１０の一部として形成されている窓２８４２（例えば、ガラスまたはプラスチック窓）と、第１の着色要素２８４４（またはより一般的には、第１のインジケータ要素）と、回路遮断器ハウジング２８１０内に配設され、かつインテリジェント回路遮断器の異なる動作ステータスを示すために窓２８３２の後方に選択的に配置される第２の着色要素２８４６（またはより一般的には、第２のインジケータ要素）と、を備える。より具体的には、いくつかの実施形態では、第２の視覚的インジケータ２８４０は、エアギャップスイッチ２８７０（開放または閉鎖）のステータスを提供するように構成されている。
【0288】
例えば、第１および第２の着色要素２８４４および２８４６は、アクチュエータ機構２８５０の一部に接合された着色されたプラスチック片を含み、またはそうでなければ、アクチュエータ機構２８５０の一部分上の塗装された表面を含む。第１および第２の着色要素２８４４および２８４６は、観視窓２８４２の後方に選択的に配設されて、個人が色を観視し、それによって観視窓２８４２を通して見られる色に基づいてエアギャップスイッチ２８７０のステータスを判定することを可能にする。例えば、第２の着色要素２８４６は、エアギャップが「開放」状態にあることを示す赤色であり得る一方、第１の着色要素２８４４は、エアギャップが「閉鎖」状態にあることを示す非赤色（例えば、黒色）であり得る。他の実施形態では、第１および第２のインジケータ要素２８４４および２８４６は、異なる色に加えて、かつ／または代えて、単語、パターンなどのエアギャップスイッチ２８７０のステータスを示す他の手段を実装することができる。
【0289】
例えば、図２８Ｃおよび２８Ｅは、ロッカースイッチ２８２０のオフ位置への手動作動（図２８Ｃ）によって、またはエアギャップスイッチ２８７０にインテリジェント回路遮断器２８００を開放させ、トリップさせるソレノイド２８６０の磁気作動によって、エアギャップスイッチ２８７０が「開放」状態にある状態を概略的に例示している。この状態では、第２の着色要素２８４６は、エアギャップスイッチ２８７０を開放するためにアクチュエータ機構２８５０の移動によって観視窓２８４２の後方に配置される一方、第１の着色要素２８４４は、観視窓２８４２から離れて配置される。
【0290】
一方、図２８Ｄは、エアギャップスイッチ２８７０を閉じさせるロッカースイッチ２８２０の手動作動により、エアギャップスイッチ２８７０が「閉じた」状態にある状態を模式的に示す。この状態では、第１の着色要素２８４４は、エアギャップスイッチ２８７０を閉じるためにアクチュエータ機構２８５０の移動によって観視窓２８４２の後方に配置され、一方で、第２の着色要素２８４６は、観視窓２８４２から離れて配置される。これに関して、第２の第２の視覚的インジケータ２８４０は、外部電源がない場合でも完全に機能し、安全のための「エアギャップ開放」インジケータを提供する。
【0291】
図２９は、本開示の別の実施形態によるインテリジェント回路遮断器２９００を概略的に例示している。インテリジェント回路遮断器２９００は、インテリジェント回路遮断器２９００が、手動ロッカースイッチ２８２０に結合されている二次内部検知スイッチ２９１０（例えば、電気機械検出器）を備えることを除いて、図２８Ａ～２８Ｅのインテリジェント回路遮断器２８００と同様である。検知スイッチ２９１０は、例えば、オン位置（エアギャップスイッチ２８７０は閉鎖）からオフ（エアギャップスイッチ２８７０は開放）へのロッカースイッチ２８２０の予想される手動状態変化を検出するように構成されている。検知スイッチ２９１０は、エアギャップスイッチ２８７０が、例えば固体スイッチを開放／閉鎖するのに要するものの１桁大きいまたは２倍超の時間という瞬間の時間を要する、その開放または閉鎖の動作を終了する前に、インテリジェント回路遮断器２９００の電子装置（例えば、固体スイッチ制御回路機構）をトリガして、固体スイッチ（例えば、双方向固体スイッチ）をアクティブ化または非アクティブ化する。内部検知スイッチ２９１０は、例えば、エアギャップスイッチ２８７０が高負荷電流下で開放されないこと、または固体スイッチがアクティブ化される前にエアギャップスイッチ２８７０が閉鎖されることを確保する。
【0292】
例示的な実施形態が、ＡＣ供給電力とともに使用するためのインテリジェント回路遮断器のコンテキストにおいて上記に論じられてきたが、インテリジェント回路遮断器は、ＤＣ供給電力とともに使用するために構成され得ることを理解されたい。ＡＣ供給電力の代わりにＤＣ供給電力で動作する様々なシステム（例えば、電気通信システム）がある。これらのシステムでは、外部会社によって給送／提供されるＡＣ電力を、（ＡＣ－ＤＣ電力変換システムを使用して）オンサイトでＤＣ供給電力に変換することができ、次いで、ＤＣ供給電力は、下流の分岐回路および負荷に給電するＤＣ回路遮断器を有する１つ以上のＤＣ分電盤に供給される。
【0293】
本明細書で論じられるようなインテリジェント回路遮断器の例示的な実施形態を、ＡＣ電力またはＤＣ電力がインテリジェント回路遮断器の線路入力端子に印加されるかどうかに応じて、「ＡＣ保護モード」または「ＤＣ保護モード」のいずれかで動作するように構成することができる。インテリジェント回路遮断器の固体回路機構（例えば、センサ、プロセッサなど）を、例えばインテリジェント回路遮断器の起動時に、インテリジェント回路遮断器の線路入力端子にＡＣ電力またはＤＣ電力が印加されるかどうかを検出し、次いで、検出された入力電力に応じて、ＡＣ保護モードまたはＤＣ保護モードのいずれかで動作するようにインテリジェント回路遮断器を自動的に構成することができるように、構成することができる。
【0294】
より具体的には、いくつかの実施形態では、電力が最初にインテリジェント回路遮断器の線路入力端子に印加されると、インテリジェント遮断器のスイッチの線路側に結合された電圧センサまたはゼロ交差検出器は、電圧波形を監視し、センサデータをプロセッサに送信することができる。インテリジェント回路遮断器のプロセッサは、センサデータを分析して、入力電力がＡＣであるか、またはＤＣであるかを判定することができる。例えば、電圧センサデータが、入力電圧の大きさが所定の期間にわたって一定のレベルのままであることを示す場合、および／またはゼロ交差検出回路機構が所定の期間内にゼロ交差事象信号を出力しない場合、プロセッサは、線路入力端子にＤＣ電力が印加されていると判定することができる。一方、電圧センサデータが入力電圧の大きさが変動していることを示す場合、および／またはゼロ交差検出回路機構が所定の期間内に複数のゼロ交差事象信号を出力する場合、プロセッサは、線路入力端子にＡＣ電力が印加されていると判定することができる。
【0295】
いくつかの実施形態では、インテリジェント回路遮断器のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、コントローラなど）は、異なる保護モードのための異なる組み込みソフトウェアプログラム（例えば、異なる状態機械）を処理するように構成され得る。異なる保護モードのための組み込みソフトウェアプログラムは、異なるプログラム命令を含み、異なる事前定義されたパラメータまたはレジスタ値を利用して、プロセッサが、検出された供給電力（ＡＣまたはＤＣ電力）に応じて障害状態（例えば、短絡、過電流、過電圧など）を検出することおよび応答することに応答して、インテリジェントな制御決定を行うことを可能にする。例えば、過電流または過電圧状態を識別し、それから保護するための異なる閾値およびタイミングの考慮事項は、インテリジェント回路遮断器がＡＣ保護モードのＤＣ保護モードで動作しているかどうかに応じて変わる。
【0296】
加えて、インテリジェント回路遮断器のスイッチ（例えば、固体双方向スイッチ）のアクティブ化および非アクティブ化を制御するためのスイッチ制御プロトコルは、インテリジェント回路遮断器がＤＣまたはＡＣ保護モードで動作しているかどうかに応じて変わる。例えば、ＤＣ保護モードでは、固体双方向スイッチの両方のＭＯＳＦＥＴデバイスのゲートソース間電圧は、通常動作中に両方のＭＯＳＦＥＴデバイスのスイッチがスイッチオンされ、かつ障害状態の検出に応じて両方のスイッチがスイッチオフされるように、制御される。さらに、電力を節約するために、インテリジェント回路遮断器のいくつかのハードウェア回路機構を、インテリジェント回路遮断器がＤＣまたはＡＣ保護モードで動作しているかどうかに応じて無効にすることができる。例えば、インテリジェント回路遮断器がＤＣ保護モードで動作しているときに、インテリジェント回路遮断器のゼロ交差検出回路を無効にすることができる。加えて、ＤＣ保護モードでは、インテリジェント回路遮断器のＡＣ－ＤＣ変換器を無効にすることができ、インテリジェント回路遮断器のＤＣ－ＤＣ変換器を選択的に有効にして、ＤＣ供給電圧（インテリジェント回路遮断器の線路入力端子に印加される）をより低いＤＣ電圧に変換して、インテリジェント回路遮断器の固体回路機構に電力供給することができる。
【0297】
本明細書で論じられ、かつ図面を通じて例示されるインテリジェント回路遮断器の例示的な実施形態は、異なる用途のための様々な機能を有する異なるタイプのインテリジェント回路遮断器を実装するために利用され得る、様々な特徴、機能、構成要素などを含む。これに関して、１つの図に例示されるインテリジェント回路遮断器が、インテリジェント回路遮断器の別のアーキテクチャを実装するために、１つ以上の他の図に例示される１つ以上の追加の特徴を組み込むことができることを理解されたい。例えば、図全体を通して例示されるようなインテリジェント回路遮断器のすべての例示的な実施形態を、アーク障害および／または地絡障害検知および保護能力を含むように構成することができる。
【0298】
これに関して、本開示の例示的な実施形態は、以下のように、概説することができるか、またはそうでなければ拡張することができる、本明細書で論じられるような回路遮断器、および関連付けられたシステムおよび方法の様々な実施形態を含むことを理解されたい。
【0299】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、かつ（ｉ）スイッチ閉鎖状態および（ｉｉ）スイッチ開放状態のうちの１つにされるように構成された、電気機械スイッチと、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、電流検知信号および電圧検知信号を受信し、処理して、回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、かつ負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、を備える。
【0300】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、プロセッサに結合された無線周波数送受信機をさらに備え、無線周波数送受信機が、動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送するように、かつプロセッサによって処理するためにリモートコンピューティングノードから伝送されたリモート制御コマンドを受信するように構成されている。
【0301】
いくつかの実施形態では、電圧センサは、電気機械スイッチの上流の電路に結合されており、かつ電源入力端子に印加されたＡＣ供給電圧の大きさを検知するように構成された、第１の電圧センサと、電気機械スイッチの下流の電路に結合されており、かつ負荷出力端子に接続された負荷の負荷電圧の大きさを検知するように構成された、第２の電圧センサと、を備える。
【0302】
いくつかの実施形態では、電流センサは、過電流状態を検出し、検出された過電流状態を示す制御信号を生成し、制御信号をプロセッサに出力して、プロセッサに過電流状態を通知するように構成されている回路機構を備える。いくつかの実施形態では、電流センサは、プログラム可能な過電流閾値に基づいて過電流状態を検出する。いくつかの実施形態では、過電流閾値は、電流デジタルアナログ変換器によって生成され、かつ電流センサの比較器の入力に印加される基準閾値電流を含む。
【0303】
いくつかの実施形態では、電気機械スイッチは、エアギャップ電磁スイッチを含み、いくつかの実施形態では、プロセッサは、差し迫った障害事象を示すセンサデータに応答してエアギャップ電磁スイッチを開放させるためのスイッチ制御信号を生成する。
【0304】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、プロセッサから出力されたスイッチ制御信号に応答して回路遮断器内に内部短絡を生成するように構成されている内部短絡スイッチをさらに備え、内部短絡は、電気機械スイッチをトリップさせるか、または回路遮断器のヒューズを溶断させるために生成される。
【0305】
いくつかの実施形態では、回路遮断器の電流センサは、エネルギーメータリング回路機構を備え、エネルギーメータリング回路機構は、回路遮断器を流れる検知された電流に基づいてエネルギー使用データを生成し、かつエネルギー使用データを分析のためにプロセッサに出力するように構成されている。
【0306】
いくつかの実施形態では、回路遮断器のプロセッサは、電流および電圧センサデータを利用して、回路遮断器に接続された負荷のタイプを識別し、かつ識別された負荷のタイプに基づいて、負荷に印加される電力を制御するように構成されている。
【0307】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、電源入力端子に印加されたＡＣ供給電圧からＤＣ供給電圧を生成するように構成された、電力変換器回路をさらに備え、ＤＣ供給電圧は、プロセッサ、電流センサ、および電圧センサにＤＣ電力を供給するために利用される。
【0308】
別の実施形態では、方法は、外部電源と負荷を含む分岐回路との間に回路遮断器を接続することであって、回路遮断器は、（ｉ）外部電源を分岐回路に接続するためのスイッチ閉鎖状態、および（ｉｉ）外部電源を分岐回路から切断するためのスイッチ開放状態のうちの１つにされるように構成されている電気機械スイッチを含む、接続することと、回路遮断器を通る電流の流れを検知し、回路遮断器を通る検知された電流の流れの大きさを示す電流検知信号を生成することと、回路遮断器を通る電路上の点における電圧を検知し、検知された電圧の大きさを示す電圧検知信号を生成することと、電流検知信号および電圧検知信号を処理して、回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、負荷の電力使用情報を判定することと、を含む。
【0309】
いくつかの実施形態では、方法は、回路遮断器によって、動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送することと、回路遮断器によって、リモートコンピューティングノードから伝送されたリモートコントロールコマンドを受信することと、をさらに含み、動作ステータス情報は、無線通信チャネルおよび／または有線通信チャネル上で伝送され、リモートコンピューティングノードは、マスタコントローラを備える。
【0310】
いくつかの実施形態では、回路遮断器を通る電流の流れを検知するプロセスは、過電流状態を検出することと、検出された過電流状態を示す制御信号を生成することと、制御信号を回路遮断器のプロセッサに出力して、プロセッサに過電流状態を通知することと、を含む。いくつかの実施形態では、過電流状態は、プログラム可能な過電流閾値に基づいて検出される。いくつかの実施形態では、方法は、電流デジタルアナログ変換器を使用して基準閾値電流を生成することをさらに含み、基準閾値電流は、プログラム可能な過電流閾値として機能する。
【0311】
いくつかの実施形態では、電気機械スイッチは、エアギャップ電磁スイッチを含み、方法は、エアギャップ電磁スイッチを、差し迫った障害事象を示す検知された電圧および検知された電流のうちの少なくとも１つに応答して開放させるためのスイッチ制御信号を生成することをさらに含む。
【0312】
他の実施形態では、システムは、外部電源に結合されたバスバーを備える回路遮断器分電盤と、回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備える。回路遮断器は、バスバーに結合された線路入力端子と、分岐回路に接続された負荷出力端子と、を備える。回路遮断器は、（ｉ）外部電源を分岐回路に接続するためのスイッチ閉鎖状態、および（ｉｉ）外部電源を分岐回路から切断するためのスイッチ開放状態のいずれかにされるように構成されている、電気機械スイッチと、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、電流検知信号および電圧検知信号を受信し、かつ処理し、回路遮断器の動作ステータス情報を判定し、かつ負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、をさらに備える。
【0313】
いくつかの実施形態では、システムは、表示およびマスタプロセッサを備える状態表示システムをさらに備え、マスタプロセッサは、回路遮断器のプロセッサと通信して、回路遮断器のプロセッサから受信された動作ステータス情報および電力使用情報を取得し、処理し、かつ表示するように構成されており、マスタプロセッサは、動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送するように構成されている。
【0314】
他の実施形態では、回路遮断器は、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続された固体双方向スイッチであって、固体双方向スイッチは、（ｉ）スイッチオン状態および（ｉｉ）スイッチオフ状態のうちの１つにされるように構成されている、固体双方向スイッチと、固体双方向スイッチの動作を制御するための制御信号を生成するように構成された、第１のスイッチ制御回路と、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、電流検知信号および電圧検知信号を受信し、かつ処理して、回路遮断器の動作ステータス情報を判定するように、かつ障害事象を判定するように、かつ負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、を備える。
【0315】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、プロセッサに結合された無線周波数送受信機をさらに備え、無線周波数送受信機は、動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送するように、かつリモート制御コマンドによって指示されたアクションを実行するようにプロセッサによって処理するためにリモートコンピューティングノードから伝送されたリモート制御コマンドを受信するように構成されている。
【0316】
いくつかの実施形態では、電圧センサは、電気機械スイッチの上流の電路に結合されており、かつ電源入力端子に印加されたＡＣ供給電圧の大きさを検知するように構成された、第１の電圧センサと、電気機械スイッチの下流の電路に結合されており、かつ負荷出力端子に接続された負荷の負荷電圧の大きさを検知するように構成された、第２の電圧センサと、を備える。
【0317】
いくつかの実施形態では、電流センサは、過電流状態を検出し、検出された過電流状態を示す制御信号を生成し、制御信号をプロセッサに出力して、プロセッサに過電流状態を通知するように構成されている回路機構を備える。さらに、いくつかの実施形態では、電流センサは、プログラム可能な過電流閾値に基づいて過電流状態を検出し、過電流閾値は、電流デジタルアナログ変換器によって生成され、かつ電流センサの比較器の入力に印加される基準閾値電流を含む。
【0318】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、固体双方向スイッチと直列に接続された、エアギャップ電磁スイッチと、エアギャップ電磁スイッチの動作を制御するための制御信号を生成するように構成された、第２のスイッチ制御回路と、をさらに備える。プロセッサは、エアギャップ電磁スイッチが、（ｉ）固体双方向スイッチをスイッチオン状態にする前にスイッチ閉鎖状態にされ、（ｉｉ）固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にすることに応答してスイッチ開放状態にされるように、第１および第２のスイッチ制御回路にスイッチ制御信号を生成するように構成されている。いくつかの実施形態では、回路遮断器は、個人による手動スイッチの作動に応答してエアギャップ電磁スイッチの開放をトリガするように構成されている手動スイッチをさらに備え、プロセッサは、手動スイッチの作動を監視し、検出し、かつ、プロセッサが手動スイッチの作動を検出することに応答して、第１のスイッチ制御回路に、固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするための制御信号を生成し、かつ出力するように、構成されている。
【0319】
いくつかの実施形態では、回路遮断器の第１および第２のスイッチ制御回路は、回路遮断器を待機状態で動作させるように構成されており、固体双方向スイッチは、スイッチオフ状態にあり、エアギャップ電磁スイッチは、スイッチ閉鎖状態にある。
【0320】
いくつかの実施形態では、回路遮断器のプロセッサは、電圧および電流センサから取得されたセンサデータをリアルタイムで分析し、固体双方向スイッチの障害を検出し、かつ固体双方向スイッチの障害を検出することに応答して、エアギャップ電磁スイッチをスイッチ閉鎖状態にするための制御信号を生成し、第２のスイッチ制御回路に出力するように、構成されている。
【0321】
いくつかの実施形態では、電流センサは、エネルギーメータリング回路機構を備え、エネルギーメータリング回路機構は、回路遮断器を流れる検知された電流に基づいてエネルギー使用データを生成し、かつエネルギー使用データを分析のためにプロセッサに出力するように構成されている。
【0322】
いくつかの実施形態では、プロセッサは、電流センサデータおよび電圧センサデータを利用して、回路遮断器に接続された負荷のタイプを識別し、かつ識別された負荷のタイプに基づいて、負荷に印加される電力を制御するように構成されている。
【0323】
いくつかの実施形態では、電流センサ、電圧センサ、およびプロセッサは、（ｉ）アーク障害回路遮断および地絡障害回路遮断のうちの少なくとも１つをサポートするように構成されている。
【0324】
いくつかの実施形態では、第１のスイッチ制御回路は、固体双方向スイッチに結合された短絡検出回路を備え、短絡検出回路は、固体双方向スイッチを通る電流の流れを検出し、かつ検出された電流の流れが回路遮断器の負荷出力端子に接続された負荷の短絡障害事象を示すことに応答して、固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするためのゲーティング制御信号を生成するように構成されている。短絡検出回路は、固体双方向スイッチの第１の固体スイッチと第２の固体スイッチとの間に配置された検知抵抗器の電圧を検知し、かつ検知された電圧を利用して、短絡障害事象を示す電流の流れのレベルを検出するように構成されている。
【0325】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、電源入力端子に印加されるＡＣ供給電圧からＤＣ供給電圧を生成するように構成された、電力変換回路を備え、ＤＣ供給電圧は、プロセッサ、第１のスイッチ制御回路、電流センサ、および電圧センサにＤＣ電力を提供するために利用される。
【0326】
別の実施形態では、方法は、外部電源と負荷を含む分岐回路との間に回路遮断器を接続することであって、回路遮断器は、（ｉ）外部電源を分岐回路に接続するためのスイッチオン状態、および（ｉｉ）外部電源を分岐回路から切断するためのスイッチオフ状態のうちの１つにされるように構成されている固体双方向スイッチを備える、接続することと、回路遮断器を通る電流を検知し、回路遮断器を通る検知された電流の流れの大きさを示す電流検知信号を生成することと、回路遮断器を通る電路上の点における電圧を検知し、検知された電圧の大きさを示す電圧検知信号を生成することと、電流検知信号および電圧検知信号のうちの少なくとも１つに基づく障害事象の検出に応答して固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするための制御信号を生成することと、電流検知信号および電圧検知信号を処理して、回路遮断器の動作ステータスを判定し、負荷の電力使用を判定することと、を含む。
【0327】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、固体双方向スイッチと直列に接続されたエアギャップ電磁スイッチを含み、方法は、エアギャップ電磁スイッチが、（ｉ）固体双方向スイッチをスイッチオン状態にする前に、スイッチ閉鎖状態にされ、かつ（ｉｉ）固体双方向スイッチがスイッチオフ状態にされることに応答して、スイッチ開放状態にされるように、エアギャップ電磁スイッチおよび固体双方向スイッチのスイッチング動作を同期させるための制御信号を生成することをさらに含む。
【0328】
いくつかの実施形態では、方法は、エアギャップ電磁スイッチの開放をトリガするように構成されている手動スイッチの作動を検知することと、手動スイッチの作動を検知することに応答して、固体双方向スイッチをスイッチオフ状態にするための制御信号を生成することと、をさらに含む。
【0329】
いくつかの実施形態では、方法は、電圧センサおよび電流センサから取得されたセンサデータを分析して、固体双方向スイッチの障害を検出することと、固体双方向スイッチの障害を検出することに応答して、エアギャップ電磁スイッチをスイッチ閉鎖状態にするための制御信号を生成することと、をさらに含む。
【0330】
別の実施形態では、システムは、外部電源に結合されたバスバーを備える回路遮断器分電盤と、回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備える。回路遮断器は、バスバーに結合された線路入力端子と、分岐回路に接続された負荷出力端子と、を備える。回路遮断器は、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間に直列に接続されており、かつ（ｉ）スイッチオン状態および（ｉｉ）スイッチオフ状態のうちの１つにされるように構成されている、固体双方向スイッチと、固体双方向スイッチの動作を制御するための制御信号を生成するように構成された、第１のスイッチ制御回路と、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流の大きさを検知し、かつ電流検知信号を生成するように構成された、電流センサと、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路上の点における電圧の大きさを検知し、かつ電圧検知信号を生成するように構成された、電圧センサと、電流検知信号および電圧検知信号を受信し、かつ処理して、回路遮断器の動作ステータス情報を判定するように、かつ障害事象を判定するように、かつ負荷出力端子に接続された負荷の電力使用情報を判定するように構成された、プロセッサと、をさらに備える。
【0331】
いくつかの実施形態では、システムは、表示およびマスタプロセッサを含むステータス表示システムをさらに備える。マスタプロセッサは、回路遮断器のプロセッサと通信して、回路遮断器のプロセッサから受信された動作ステータス情報および電力使用情報を取得し、処理し、かつ表示するように構成されており、マスタプロセッサは、動作ステータス情報および電力使用情報をリモートコンピューティングノードに伝送するように構成されている。
【0332】
別の実施形態では、回路遮断器は、回路遮断器の線入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続された、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチとの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路機構と、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路上の交流（ＡＣ）電源波形のゼロ交差を検出するように構成された、ゼロ交差検出回路と、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流を検知するように、かつ検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出するように構成された、電流センサと、を備える。スイッチ制御回路機構は、電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後にエアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されている。スイッチ制御回路機構は、ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、エアギャップ電磁スイッチをいつスイッチ開放状態にするかを判定する。
【0333】
いくつかの実施形態では、固体スイッチは、Ｐ型エンハンスメント金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスを備える。いくつかの実施形態では、固体スイッチは、Ｎ型エンハンスメント金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスを備える。
【0334】
いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路は、回路遮断器の線路入力端子に印加されたＡＣ供給電圧波形のゼロ交差を検出するように構成されている。さらに、いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路は、ＡＣ供給電圧波形の相反する半サイクル間で極性遷移の関連付けられた方向を検出するように構成されており、スイッチ制御回路機構は、極性遷移により固体スイッチのボディダイオードが逆バイアスされる時点で、エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にする。
【0335】
いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路は、ＡＣ電流波形のゼロ交差を検出するように構成されている。さらに、いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路は、ＡＣ電流波形の相反する半サイクル間で極性遷移の関連付けられた方向を検出するように構成されており、スイッチ制御回路機構は、極性遷移により固体スイッチのボディダイオードが逆バイアスされる時点で、エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にする。
【0336】
いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路は、（ｉ）電路で直列に接続されている検知抵抗器の検知電圧の大きさおよび極性をサンプリングし、（ｉｉ）検知電圧の大きさがゼロであると判定することに応答して、ＡＣ電流波形のゼロ交差事象を検出し、かつ（ｉｉｉ）検知電圧の極性に基づいて、ＡＣ電流波形の極性を判定するように構成されている。
【0337】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、環境状態を検知し、かつ検知された環境状態が有害であるかどうかを検出するように構成された、環境センサ回路をさらに備え、スイッチ制御回路機構は、有害な環境状態を検出することに応答して、（ｉ）固体スイッチをスイッチオフ状態にし、（ｉｉ）固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後、エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されている。
【0338】
いくつかの実施形態では、環境センサ回路は、（ｉ）有害化学物質の存在を検出するように構成されている化学物質感受性検出器、（ｉｉ）有害ガスの存在を検出するように構成されているガス感受性検出器、（ｉｉｉ）温度を検出するように構成されている温度センサ、（ｉｖ）振動を検出するように構成されている圧電検出器、および（ｖ）湿潤環境を検出するように構成されている湿度センサのうちの１つ以上を備える。
【0339】
別の実施形態では、方法は、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流を検知することであって、回路遮断器は、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチを備える、検知することと、検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出することと、を含む。障害状態を検出することに応答して、方法は、固体スイッチをスイッチオフ状態にするための第１のスイッチ制御信号を生成することと、ゼロ交差事象に続く電路上の点における交流（ＡＣ）波形のゼロ交差事象、およびＡＣ波形の極性を検出することと、ゼロ交差事象に続くＡＣ波形の極性が固体スイッチのボディダイオードを逆バイアスすることを検出することに応答して、エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするための第２の制御信号を生成することと、をさらに含む。
【0340】
いくつかの実施形態では、ゼロ交差事象に続くＡＣ波形のゼロ交差事象およびＡＣ波形の極性を検出するプロセスは、固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後の時点に発生するＡＣ波形の次のゼロ交差事象を検出することと、次のゼロ交差事象に続くＡＣ波形の極性が固体スイッチのボディダイオードを順バイアスすることを検出することに応答して、ＡＣ波形の次の後続のゼロ交差事象を検出し終わるまで、エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするための第２の制御信号の生成を遅延させることであって、次の後続のゼロ交差事象に続くＡＣ波形の極性が、固体スイッチのボディダイオードを逆バイアスする、遅延させることと、を含む。
【0341】
いくつかの実施形態では、ＡＣ波形のゼロ交差事象を検出するプロセスは、回路遮断器の線路入力端子に印加されたＡＣ供給電圧波形のゼロ交差を検出することを含み、いくつかの実施形態では、ＡＣ波形のゼロ交差事象を検出するプロセスは、電路上の点におけるＡＣ電流波形のゼロ交差を検出することを含む。
【0342】
いくつかの実施形態では、ＡＣ電流波形のゼロ交差を検出するプロセスは、電路に直列に接続されている検知抵抗器の検知電圧の大きさおよび極性をサンプリングすることと、検知電圧の大きさがゼロであるとの判定に応答してゼロ交差事象を検出することと、検知電圧の極性に基づいてＡＣ電流波形の極性を判定することと、を含む。
【0343】
いくつかの実施形態では、障害状態を検出するプロセスは、短絡障害状態、過電流障害状態、アーク障害状態、および地絡障害状態のうちの少なくとも１つを検出することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、環境状態を検出することと、環境状態が有害であると判定することに応答して、固体スイッチをスイッチオフ状態にするための第１の制御信号を生成し、固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後にエアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするための第２の制御信号を生成することと、をさらに含み、環境状態を検出することは、（ｉ）存在化学物質、（ｉｉ）ガスの存在、（ｉｉｉ）温度、（ｉｖ）振動、および（ｖ）湿度のうちの１つを検出することを含む。
【0344】
別の実施形態では、システムは、外部電源に結合されたバスバーを備える回路遮断器分電盤と、回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備える。回路遮断器は、バスバーに結合された線路入力端子と、分岐回路に接続された負荷出力端子と、を備える。回路遮断器は、回路遮断器の線入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続された、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチとの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路機構と、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路上の交流（ＡＣ）電源波形のゼロ交差を検出するように構成された、ゼロ交差検出回路と、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流を検知するように、かつ検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出するように構成された、電流センサと、を備える。スイッチ制御回路機構は、電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後にエアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されている。スイッチ制御回路機構は、ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、エアギャップ電磁スイッチをいつスイッチ開放状態にするかを判定する。
【0345】
別の実施形態では、回路遮断器は、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されている固体スイッチおよび検知抵抗器と、（ｉ）検知抵抗器を流れる負荷電流に応答して、検知抵抗器に生成される検知電圧をサンプリングし、（ｉｉ）サンプリングされた検知電圧に基づいて、過電流障害状態を検出し、かつ（ｉｉｉ）過電流障害状態を検出することに応答して、障害検出信号を出力するように構成された、電流検出回路と、固体スイッチを制御するように構成された、スイッチ制御回路と、を備え、スイッチ制御回路は、電流検出回路から出力された障害検出信号に応答して、固体スイッチをスイッチオフするように構成されている。
【0346】
いくつかの実施形態では、検知抵抗器は、約１ミリオーム程度の抵抗値を有する電力抵抗器を備える。
【0347】
いくつかの実施形態では、電流検出回路は、入力段および出力段を備える。入力段は、第１の比較器および第２の比較器を備える。第１の比較器は、（ｉ）第１の基準電圧を、負荷電流の正の半サイクル中に検知抵抗器に生成される検知電圧と比較し、かつ（ｉｉ）負荷電流の正の半サイクル中に生成される検知電圧が第１の基準電圧を超えると、第１の過電流検出信号を生成するように構成されている。第２の比較器は、（ｉ）第２の基準電圧を、負荷電流の負の半サイクル中に検知抵抗器に生成される検知電圧と比較し、かつ（ｉｉ）負荷電流の負の半サイクル中に生成される検知電圧が第２の基準電圧を超えると、第２の過電流検出信号を生成するように構成されている。出力段は、第１および第２の比較器から出力された第１および第２の過電流検出信号に基づいて障害検出信号を生成し、かつ出力するように構成されている。
【0348】
いくつかの実施形態では、電流検出回路の出力段は、第１および第２の比較器からの第１および第２の過電流検出信号のうちの１つの出力に応答して、障害検出信号を論理ローパルスとして出力するように構成されている、論理ＮＯＲゲートを備える。
【0349】
いくつかの実施形態では、検知抵抗器は、電路の線路側ノードに接続された第１の端子と、電路の負荷側ノードに接続された第２の端子と、を有する。第１の比較器は、検知抵抗器の第１の端子に接続された非反転入力と、第１の基準電圧を受信する反転入力と、を備える。第２の比較器は、検知抵抗器の第２の端子に接続された非反転入力と、第２の基準電圧を受信する反転入力と、を備える。
【0350】
いくつかの実施形態では、電流検出回路は、第１の基準電圧を生成するように構成された、第１の分圧器回路と、第２の基準電圧を生成するように構成された、第２の分圧器回路と、を備える。第１の分圧器回路は、電路のＤＣ供給電圧レールと負荷側ノードとの間に接続されている。第２の分圧器回路は、電路のＤＣ供給電圧レールと線路側との間に接続されている。
【0351】
いくつかの実施形態では、ＤＣ供給電圧レールは、ＤＣ電圧オフセットを有する活性線レールを備える。
【0352】
いくつかの実施形態では、固体スイッチは、電力金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスを備える固体双方向スイッチを含む。
【0353】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、（ｉ）検知抵抗器を流れる負荷電流に応答して検知抵抗器に生成される検知電圧をサンプリングし、（ｉｉ）サンプリングされた検知電圧に基づいて負荷電流のゼロ交差を検出し、かつ（ｉｉｉ）負荷電流のゼロ交差を検出することに応答してゼロ交差検出信号を出力するように構成された、ゼロ交差検出回路をさらに備える。いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路は、負荷電流の正の半周期と負の半周期との間の極性の変化を検出するように構成された、極性変化検出段と、極性変化検出段の出力に結合されたエッジ検出段であって、極性変化検出段によって検出された負荷電流の極性の変化に応答して制御パルスを生成するように構成されている、エッジ検出段と、エッジ検出段によって生成された制御パルスに基づいてゼロ交差検出信号を出力するように構成された、出力段と、を備える。
【0354】
いくつかの実施形態では、検知抵抗器は、電路の線路側ノードに接続された第１の端子と、電路の負荷側ノードに接続された第２の端子と、を有する。極性変化検出段は、第１の比較器および第２の比較器を備え、第１の比較器は、検知抵抗器の第１の端子に接続された非反転入力と、検知抵抗器の第２の端子に接続された反転入力と、を備え、第２の比較器は、検知抵抗器の第２の端子に接続された非反転入力と、検知抵抗器の第１の端子に接続された反転入力と、を備える。
【0355】
いくつかの実施形態では、エッジ検出段は、第１の比較器から出力された第１の比較信号出力の遷移に応答して第１のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第１のエッジ検出回路と、第２の比較器から出力された第２の比較信号出力の遷移に応答して第２のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第２のエッジ検出回路と、を備える。
【0356】
いくつかの実施形態では、出力段は、エッジ検出段によって生成された第１および第２のエッジ検出パルスに基づいてゼロ交差検出信号を出力する論理ＡＮＤゲートを備える。
【0357】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、プロセッサをさらに備え、プロセッサは、ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を処理し、かつゼロ交差検出信号に基づいて回路遮断器の１つ以上の動作を制御するように構成されている。
【0358】
いくつかの実施形態では、プロセッサは、ゼロ交差検出回路の出力に基づいて、回路遮断器の電源投入時に直流（ＤＣ）保護モードおよび交流（ＡＣ）保護モードのうちの１つで動作するように、回路遮断器を構成する。
【0359】
別の実施形態では、回路遮断器は、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続されている、固体スイッチおよび検知抵抗器と、（ｉ）検知抵抗器を流れる負荷電流に応答して、検知抵抗器に生成される検知電圧をサンプリングし、（ｉｉ）サンプリングされた検知電圧に基づいて、負荷電流のゼロ交差を検出し、かつ（ｉｉｉ）負荷電流のゼロ交差を検出することに応答して、ゼロ交差検出信号を出力するように構成された、ゼロ交差検出回路と、ゼロ交差検出回路の出力に基づいて、スイッチの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路と、を備える。
【0360】
いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路は、負荷電流の正の半周期と負の半周期との間の極性の変化を検出するように構成された、極性変化検出段と、極性変化検出段の出力に結合されたエッジ検出段であって、極性変化検出段によって検出された負荷電流の極性の変化に応答して制御パルスを生成するように構成されている、エッジ検出段と、エッジ検出段によって生成された制御パルスに基づいてゼロ交差検出信号を出力するように構成された、出力段と、を備える。
【0361】
いくつかの実施形態では、検知抵抗器は、電路の線路側ノードに接続された第１の端子と、電路の負荷側ノードに接続された第２の端子と、を有する。極性変化検出段は、第１の比較器および第２の比較器を備え、第１の比較器は、検知抵抗器の第１の端子に接続された非反転入力と、検知抵抗器の第２の端子に接続された反転入力と、を備え、第２の比較器は、検知抵抗器の第２の端子に接続された非反転入力と、検知抵抗器の第１の端子に接続された反転入力と、を備える。エッジ検出段は、（ｉ）第１の比較器から出力された第１の比較信号出力の遷移に応答して第１のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第１のエッジ検出回路と、（ｉｉ）第２の比較器から出力された第２の比較信号出力の遷移に応答して第２のエッジ検出パルスを生成するように構成された、第２のエッジ検出回路と、を備える。出力段は、エッジ検出段によって生成された第１および第２のエッジ検出パルスに基づいてゼロ交差検出信号を出力する論理ＡＮＤゲートを備える。
【0362】
いくつかの実施形態では、スイッチ制御回路は、プロセッサを備え、プロセッサは、ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を処理し、かつゼロ交差検出信号に基づいて回路遮断器の１つ以上の動作を制御するように構成されている。いくつかの実施形態では、プロセッサは、ゼロ交差検出回路の出力に基づいて、回路遮断器の電源投入時にＤＣ保護モードおよびＡＣ保護モードのうちの１つで動作するように、回路遮断器を構成する。
【0363】
別の実施形態では、回路遮断器は、回路遮断器ハウジング内に配設されたエアギャップスイッチであって、エアギャップスイッチは、回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に配設された第１の接点および第２の接点を備える、エアギャップスイッチと、回路遮断器ハウジング内に配設されたアクチュエータ機構であって、エアギャップスイッチは、アクチュエータ機構に結合されており、（ｉ）第１および第２の接点を機械的に離間させて、エアギャップスイッチを開放状態にし、電路にエアギャップスイッチを作成し、かつ（ｉｉ）第１および第２の接点を機械的に合わせて、エアギャップスイッチを閉鎖状態にするように動作可能に構成されている、アクチュエータ機構と、エアギャップスイッチの状態の表示を提供するように構成された第１の視覚的インジケータであって、第１の視覚的インジケータは、（ｉ）遮断機構ハウジングの一部として形成されている第１の窓、（ｉｉ）アクチュエータ機構に結合された第１のインジケータ要素、および（ｉｉｉ）アクチュエータ機構に結合された第２のインジケータ要素を備える、第１の視覚的インジケータと、を備える。第１のインジケータ要素が、エアギャップスイッチの開放状態の表示を提供するように第１の窓を通して観視可能であるように、アクチュエータ機構は、エアギャップスイッチを開放状態にする際に第１のインジケータ要素を第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されている。第２のインジケータ要素が、エアギャップスイッチの閉鎖状態の表示を提供するように第１の窓を通して観視可能であるように、アクチュエータ機構は、エアギャップスイッチを閉鎖状態にする際に第２のインジケータ要素を第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されている。
【0364】
いくつかの実施形態では、第１のインジケータ要素は、第１の色を有する着色要素を含み、第２のインジケータ要素は、第１の色とは異なる第２の色を有する着色要素を含む。
【0365】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、回路遮断器の動作状態の表示を提供するように構成された、第２の視覚的インジケータをさらに備え、第２の視覚的インジケータは、（ｉ）回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第２の窓、および（ｉｉ）第２の窓の後方の回路遮断器ハウジング内に配設された少なくとも１つの発光素子を備える。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの発光素子は、発光ダイオードを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの発光素子は、第２の窓を通して観視可能である第１の色の光を放出して、回路遮断器の非トリップ動作状態の表示を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの発光素子は、第２の窓を通して観視可能である第２の色の光を放出して、回路遮断器のトリップ状態の表示を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの発光素子は、非アクティブ化され、回路遮断器のオフ状態の表示を提供するために光を放出しない。
【0366】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、アクチュエータ機構に機械的に結合されている手動制御スイッチをさらに備え、手動制御スイッチは、第１の位置と第２の位置との間で切り替わるように構成されており、手動制御スイッチを第１の位置に切り替えることにより、アクチュエータ機構がエアギャップスイッチを開放状態にする。
【0367】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、アクチュエータ機構に結合された電気機械アクチュエータをさらに備え、電気機械アクチュエータの作動により、アクチュエータ機構がエアギャップスイッチを開放状態にし、回路遮断器をトリップさせる。いくつかの実施形態では、電気機械アクチュエータは、ソレノイドを備える。
【0368】
別の実施形態では、回路遮断器は、回路遮断器の線入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップスイッチであって、エアギャップスイッチは、第１の接点および第２の接点を備える、固体スイッチおよびエアギャップスイッチと、（ｉ）第１および第２の接点を機械的に離間させて、エアギャップスイッチを開放状態にし、電路にエアギャップスイッチを作成し、かつ（ｉｉ）第１および第２の接点を機械的に合わせて、エアギャップスイッチを閉鎖状態にするように動作可能に構成されている、アクチュエータ機構と、アクチュエータ機構に動作可能に結合された手動制御スイッチであって、手動制御スイッチは、第１の位置と第２の位置との間で切り替わるように構成されており、手動制御スイッチを第１の位置に切り替えることにより、アクチュエータ機構がエアギャップスイッチを開放状態にする、手動制御スイッチと、アクチュエータ機構に動作可能に結合された電磁機械アクチュエータであって、電磁機械アクチュエータの作動によりアクチュエータ機構がエアギャップスイッチを開放状態にする、電磁機械アクチュエータと、固体スイッチおよび電気機械アクチュエータの動作を制御するように構成された制御回路機構であって、制御回路機構は、（ｉ）固体スイッチをスイッチオン状態およびスイッチオフ状態のうちの１つにするように構成されている第１の制御信号、および（ｉｉ）電磁機械アクチュエータの作動を制御するように構成されている第２の制御信号を生成するように構成されている、制御回路機構と、手動制御スイッチに動作可能に結合され、かつ制御回路機構に電気的に接続されたセンサスイッチであって、センサスイッチは、（ｉ）第２の位置から第１の位置への手動制御スイッチの切り替えを検出し、これによりアクチュエータ機構は、エアギャップスイッチを開放状態にし、かつ（ｉｉ）第２の位置から第１の位置への手動制御スイッチの切り替えを検出することに応答して、制御回路機構に第３の制御信号を出力するように構成されている、センサスイッチと、を備える。制御回路機構は、第３の制御信号に応答して、エアギャップスイッチが開放状態にされて電路にエアギャップを作成する前に、第１の制御信号を生成して、固体スイッチをスイッチオフ状態にするように、構成されている。
【0369】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流を検知し、かつ検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出するように構成された、電流センサを備える。制御回路機構は、電流センサによって障害状態を検出することに応答して、第１および第２の制御信号を生成して、（ｉ）固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後に、電気機械アクチュエータを作動させて、作動機構にエアギャップ電磁スイッチを開放状態にさせるように、構成されている。いくつかの実施形態では、電気機械アクチュエータは、ソレノイドを備える。
【0370】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、エアギャップスイッチの状態の表示を提供するように構成された、第１の視覚的インジケータをさらに備え、第１の視覚的インジケータは、（ｉ）回路遮断器の回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第１の窓、（ｉｉ）アクチュエータ機構に結合された第１のインジケータ要素、および（ｉｉｉ）アクチュエータ機構に結合された第２のインジケータ要素を備える。第１のインジケータ要素が、エアギャップスイッチの開放状態の表示を提供するように第１の窓を通して観視可能であるように、アクチュエータ機構は、エアギャップスイッチを開放状態にする際に第１のインジケータ要素を第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されている。第２のインジケータ要素が、エアギャップスイッチの閉鎖状態の表示を提供するように第１の窓を通して観視可能であるように、アクチュエータ機構は、エアギャップスイッチを閉鎖状態にする際に第２のインジケータ要素を第１の窓の後方の位置に移動させるように構成されている。
【0371】
いくつかの実施形態では、第１のインジケータ要素は、第１の色を有する着色要素を含み、第２のインジケータ要素は、第１の色とは異なる第２の色を有する着色要素を含む。
【0372】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、回路遮断器の動作ステータスの表示を提供するように構成された、第２の視覚的インジケータをさらに備える。第２の視覚インジケータは、（ｉ）回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第２の窓、および（ｉｉ）第２の窓の後方の回路遮断器ハウジング内に配設された少なくとも１つの発光素子を備える。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの発光素子は、発光ダイオードを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの発光素子は、第２の窓を通して観視可能である第１の色の光を放出して、回路遮断器の非トリップ動作状態の表示を提供し、第２の窓を通して観視可能である第２の色の光を放出して、回路遮断器のトリップ状態の表示を提供し、かつ回路遮断器のオフ状態の表示を提供するために光を放出しないように構成されている。
【0373】
別の実施形態では、回路遮断器は、回路遮断器ハウジングと、回路遮断器ハウジング内に配設されたエアギャップスイッチと、エアギャップスイッチの開放状態および閉鎖状態の表示を提供するように構成された、第１の視覚的インジケータと、を備え、第１の視覚的インジケータは、（ｉ）回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第１の窓、（ｉｉ）回路遮断器ハウジング内に配設された第１のインジケータ要素、および（ｉｉｉ）回路遮断器ハウジング内に配設された第２のインジケータ要素を備える。第１のインジケータ要素が、エアギャップスイッチの開放状態の表示を提供するように第１の窓を通して観視可能であるように、第１のインジケータ要素は、エアギャップスイッチが開放状態にされる際に第１の窓の後方の位置に移動するように構成されている。第２のインジケータ要素が、エアギャップスイッチの閉鎖状態の表示を提供するように第１の窓を通して観視可能であるように、第２のインジケータ要素は、エアギャップスイッチが閉鎖状態にされる際に第１の窓の後方の位置に移動するように構成されている。
【0374】
いくつかの実施形態では、回路遮断器は、回路遮断器の動作状態の表示を提供するように構成された、第２の視覚的インジケータをさらに備え、第２の視覚的インジケータは、（ｉ）回路遮断器ハウジングの一部として形成されている第２の窓、および（ｉｉ）第２の窓の後方の回路遮断器ハウジング内に配設された少なくとも１つの発光素子を備える。少なくとも１つの発光素子は、第２の窓を通して少なくとも１つの色の光を放出して、少なくとも１つの色に対応する回路遮断器の動作状態の表示を提供するように構成されている。
【0375】
別の実施形態では、回路遮断器デバイスは、線路活性端子、線路中性端子、負荷活性端子、および負荷中性端子と、線路活性端子と負荷活性端子との間に直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、第１のノードと第２のノードとの間に直列に接続された内部スイッチおよび分流抵抗器であって、第１のノードは、線路活性端子と負荷活性端子との間の電路に沿った点を含み、第２のノードは、線路中性端子と負荷中性端子との間の電路に沿った点を含む、内部スイッチおよび分流抵抗器と、（ｉ）固体スイッチおよび（ｉｉ）内部スイッチの動作を制御するように構成されているスイッチ制御回路機構と、障害状態を検出し、かつ障害状態の検出に応答して障害検出制御信号を生成するように構成されている障害検出回路機構と、を備える。スイッチ制御回路機構は、障害検出制御信号に応答して、固体スイッチをスイッチオフ状態にするように構成されている。スイッチ制御回路機構は、障害検出制御信号に応答して内部スイッチをアクティブ化し、それによって第１および第２のノード間に接続された分流抵抗器を有する内部短絡経路を生成し、かつ内部短絡電流をエアギャップ電磁スイッチに流すように構成されており、内部短絡電流は、エアギャップ電磁スイッチをトリップし、それによって線路活性端子と負荷活性端子との間の電路にエアギャップを作成するのに十分である。
【0376】
いくつかの実施形態では、分流抵抗器は、内部短絡電流の大きさをエアギャップ電磁スイッチの電流定格の約２倍～約３倍の範囲に制限するように構成されている抵抗値を有する。
【0377】
いくつかの実施形態では、固体スイッチは、Ｐ型エンハンスメントＭＯＳＦＥＴデバイスおよびＮ型エンハンスメントＭＯＳＦＥＴデバイスのうちの１つを含む。
【0378】
いくつかの実施形態では、障害検出回路機構は、線路活性端子と負荷活性端子との間の電路に流れる電流を検知し、かつ検知された電流の流れに基づいて過電流障害状態および短絡負荷電流障害状態のうちの１つを検出するように構成された、電流センサを備える。
【0379】
いくつかの実施形態では、内部スイッチは、直列に接続された第１のＭＯＳＦＥＴデバイスおよび第２のＭＯＳＦＥＴデバイスを備える固体双方向スイッチを含む。いくつかの実施形態では、第１および第２のＭＯＳＦＥＴデバイスは、共通に接続されたゲート端子を有し、共通に接続されたゲート端子は、スイッチ制御回路機構に結合され、スイッチ制御回路機構は、共通に接続されたゲート端子にゲート制御信号を印加することによって、内部スイッチのアクティブ化および非アクティブ化を制御する。
【0380】
いくつかの実施形態では、回路遮断器デバイスは、回路遮断器デバイスの線路活性端子と負荷活性端子との間の電路上の交流（ＡＣ）電源波形のゼロ交差を検出するように構成された、ゼロ交差検出回路をさらに備える。障害検出制御信号に応答して固体スイッチをスイッチオフ状態にした後に、短絡電流が生成されてエアギャップ電磁スイッチをトリップさせるように、スイッチ制御回路機構は、ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、障害検出制御信号に応答して内部スイッチをアクティブ化するタイミングを制御する。
【0381】
いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路は、（ｉ）線路活性端子と負荷活性端子回路遮断器との間の電路上のＡＣ供給電圧波形のゼロ交差、および（ｉｉ）ＡＣ供給電圧波形の相反する半サイクル間のゼロ交差の極性遷移の関連付けられた方向を検出するように構成されている。スイッチ制御回路機構は、固体スイッチをスイッチオフ状態にした後に、ＡＣ供給電圧波形の検出されるゼロ交差の極性遷移により固体スイッチのボディダイオードが逆バイアス状態になる時点で、内部スイッチをアクティブ化する。
【0382】
いくつかの実施形態では、ゼロ交差検出回路は、（ｉ）線路活性端子と負荷活性端子回路遮断器との間の電路上のＡＣ電流波形のゼロ交差、および（ｉｉ）ＡＣ電流波形の相反する半サイクル間のゼロ交差の極性遷移の関連付けられた方向を検出するように構成されている。スイッチ制御回路機構は、固体スイッチをスイッチオフ状態にした後に、ＡＣ電流波形の検出されるゼロ交差の極性遷移により固体スイッチのボディダイオードが逆バイアス状態になる時点で、内部スイッチをアクティブ化する。
【0383】
別の実施形態では、方法は、回路遮断器デバイスの線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流を検知することであって、回路遮断器デバイスは、回路遮断器デバイスの線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチを備える、検知することと、検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出することと、を含む。障害状態を検出することに応答して、方法は、固体スイッチに第１のスイッチ制御信号を印加して、固体スイッチをスイッチオフ状態にすることと、内部スイッチに第２のスイッチ制御信号を印加して、内部スイッチをアクティブ化し、それによって回路遮断器デバイス内に内部短絡経路を生成し、エアギャップ電磁スイッチを流れる内部短絡電流を生成することと、をさらに含む。内部短絡電流の流れは、エアギャップ電磁スイッチをトリップさせ、それによって回路遮断器デバイスの線路活性端子と負荷活性端子との間の電路にエアギャップを作成する。
【0384】
いくつかの実施形態では、内部スイッチに第２のスイッチ制御信号を印加するプロセスは、固体スイッチに第１のスイッチ制御信号を印加して固体スイッチをスイッチオフ状態にした後に、第２のスイッチ制御信号を印加して内部スイッチをアクティブ化し、内部短絡経路を生成することを含む。
【0385】
いくつかの実施形態では、方法は、遮断器デバイスの線路活性端子と回路負荷活性端子との間の電路上のＡＣ電源波形のゼロ交差を検出することと、ＡＣ電源波形の検出されたゼロ交差のタイミングを利用して、第１のスイッチ制御信号を印加して固体スイッチをスイッチオフ状態にした後に、第２のスイッチ制御信号を印加して内部スイッチをアクティブ化するタイミングを制御することと、をさらに含む。
【0386】
いくつかの実施形態では、ＡＣ電源波形の検出されたゼロ交差のタイミングを利用して、第２のスイッチ制御信号を印加して内部スイッチをアクティブ化するタイミングを制御するプロセスは、ＡＣ電源波形の検出されたゼロ交差でのＡＣ電源波形の相反する半サイクル間の極性遷移の方向を検出することと、内部スイッチに第２のスイッチ制御信号を印加して、ＡＣ供給電圧波形の検出されたゼロ交差の後のＡＣ電源波形の極性遷移の検出された方向が、固体スイッチをスイッチオフ状態にした後に固体スイッチのボディダイオードを逆バイアスする時点で、内部スイッチをアクティブ化することと、を含む。
【0387】
別の実施形態では、システムは、外部電源に結合された線路活性バスバーおよび線路中性バスバーを備える回路遮断器分電盤と、回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器デバイスと、を備える。回路遮断器デバイスは、線路活性バスバーに結合された線路活性端子、線路中性バスバーに結合された線路中性端子、ならびに分岐回路に接続された負荷活性端子および負荷中性端子と、線路活性端子と負荷活性端子との間に直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、第１のノードと第２のノードとの間に直列に接続された内部スイッチおよび分流抵抗器であって、第１のノードは、線路活性端子と負荷活性端子との間の電路に沿った点を含み、第２のノードは、線路中性端子と負荷中性端子との間の電路に沿った点を含む、内部スイッチおよび分流抵抗器と、（ｉ）固体スイッチおよび（ｉｉ）内部スイッチの動作を制御するように構成されているスイッチ制御回路機構と、障害状態を検出し、かつ障害状態の検出に応答して障害検出制御信号を生成するように構成されている障害検出回路機構と、を備える。スイッチ制御回路機構は、障害検出制御信号に応答して、固体スイッチをスイッチオフ状態にするように構成されている。スイッチ制御回路機構は、障害検出制御信号に応答して内部スイッチをアクティブ化し、それによって第１および第２のノード間に接続された分流抵抗器を有する内部短絡経路を生成し、かつ内部短絡電流をエアギャップ電磁スイッチに流すように構成されており、内部短絡電流は、エアギャップ電磁スイッチをトリップし、それによって線路活性端子と負荷活性端子との間の電路にエアギャップを作成するのに十分である。
【0388】
例示的な実施形態は、添付の図を参照して本明細書に記載されているが、本開示はそれらの正確な実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な他の変更および修正が当業者によって行われ得ることを理解されたい。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図6G】
【図6H】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25A】
【図25B】
【図26】
【図27】
【図28A】
【図28B】
【図28C】
【図28D】
【図28E】
【図29】
【手続補正書】
【提出日】2024-08-30
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回路遮断器であって、
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続された、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、
前記固体スイッチおよび前記エアギャップ電磁スイッチの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路機構と、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の交流（ＡＣ）波形のゼロ交差を検出するように構成された、ゼロ交差検出回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路に流れる電流を検知し、かつ前記検知された電流の流れに基づいて、障害状態を検出するように構成された、電流センサと、を備え、
前記スイッチ制御回路機構が、前記電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されており、
前記スイッチ制御回路機構が、前記ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、前記エアギャップ電磁スイッチをいつ前記スイッチ開放状態にするかを判定する、回路遮断器。
前記回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路で直列に接続された、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、
前記固体スイッチおよび前記エアギャップ電磁スイッチの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路機構と、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の交流（ＡＣ）波形のゼロ交差を検出するように構成された、ゼロ交差検出回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路に流れる電流を検知し、かつ前記検知された電流の流れに基づいて、障害状態を検出するように構成された、電流センサと、を備え、
前記スイッチ制御回路機構が、前記電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されており、
前記スイッチ制御回路機構が、前記ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、前記エアギャップ電磁スイッチをいつ前記スイッチ開放状態にするかを判定する、回路遮断器。
【請求項2】
前記固体スイッチが、Ｐ型エンハンスメント金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスを備える、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項3】
前記固体スイッチが、Ｎ型エンハンスメント金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスを備える、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項4】
前記ゼロ交差検出回路が、前記回路遮断器の前記線路入力端子に印加されたＡＣ供給電圧波形のゼロ交差を検出するように構成されている、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項5】
前記ゼロ交差検出回路が、前記ＡＣ供給電圧波形の相反する半サイクル間で極性遷移の関連付けられた方向を検出するように構成されており、前記スイッチ制御回路機構が、前記極性遷移により前記固体スイッチのボディダイオードが逆バイアスされる時点で、前記エアギャップ電磁スイッチを前記スイッチ開放状態にする、請求項４に記載の回路遮断器。
【請求項6】
前記ゼロ交差検出回路が、ＡＣ電流波形のゼロ交差を検出するように構成されている、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項7】
前記ゼロ交差検出回路が、前記ＡＣ電流波形の相反する半サイクル間で極性遷移の関連付けられた方向を検出するように構成されており、前記スイッチ制御回路機構が、前記極性遷移により前記固体スイッチのボディダイオードが逆バイアスされる時点で、前記エアギャップ電磁スイッチを前記スイッチ開放状態にする、請求項６に記載の回路遮断器。
【請求項8】
前記ゼロ交差検出回路が、（ｉ）前記電路で直列に接続されている検知抵抗器の検知電圧の大きさおよび極性をサンプリングし、（ｉｉ）前記検知電圧の前記大きさがゼロであると判定することに応答して、前記ＡＣ電流波形のゼロ交差事象を検出し、かつ（ｉｉｉ）前記検知電圧の前記極性に基づいて、前記ＡＣ電流波形の極性を判定するように構成されている、請求項６に記載の回路遮断器。
【請求項9】
前記電流センサが、短絡障害状態、過電流障害状態、アーク障害状態、および地絡障害状態のうちの少なくとも１つを検出するように構成されている、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項10】
環境状態を検知し、かつ前記検知された環境状態が有害であるかどうかを検出するように構成された、環境センサ回路をさらに備え、前記スイッチ制御回路機構が、有害な環境状態を検出することに応答して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されている、請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項11】
前記環境センサ回路が、（ｉ）有害化学物質の存在を検出するように構成されている化学物質感受性検出器、（ｉｉ）有害ガスの存在を検出するように構成されているガス感受性検出器、（ｉｉｉ）温度を検出するように構成されている温度センサ、（ｉｖ）振動を検出するように構成されている圧電検出器、および（ｖ）湿潤環境を検出するように構成されている湿度センサのうちの１つ以上を備える、請求項１０に記載の回路遮断器。
【請求項12】
方法であって、
回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流を検知することであって、前記回路遮断器が、前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路で直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチを備える、検知することと、
前記検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出することであって、前記障害状態を検出することに応答して、
前記固体スイッチをスイッチオフ状態にするための第１のスイッチ制御信号を生成し、
前記電路上の点における交流（ＡＣ）波形のゼロ交差事象、および前記ゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性を検出し、ならびに
前記ゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の前記極性が、前記固体スイッチのボディダイオードを逆バイアスすることを検出することに応答して、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするための第２の制御信号を生成する、検出することと、含む、方法。
回路遮断器の線路入力端子と負荷出力端子との間の電路に流れる電流を検知することであって、前記回路遮断器が、前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路で直列に接続された固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチを備える、検知することと、
前記検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出することであって、前記障害状態を検出することに応答して、
前記固体スイッチをスイッチオフ状態にするための第１のスイッチ制御信号を生成し、
前記電路上の点における交流（ＡＣ）波形のゼロ交差事象、および前記ゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性を検出し、ならびに
前記ゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の前記極性が、前記固体スイッチのボディダイオードを逆バイアスすることを検出することに応答して、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするための第２の制御信号を生成する、検出することと、含む、方法。
【請求項13】
前記ＡＣ波形の前記ゼロ交差事象、および前記ゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の前記極性を検出することが、
前記固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後の時点で発生する、前記ＡＣ波形の次のゼロ交差事象を検出することと、
前記次のゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性が前記固体スイッチの前記ボディダイオードを順バイアスすることを検出することに応答して、前記ＡＣ波形の次の後続のゼロ交差事象を検出し終わるまで、前記エアギャップ電磁スイッチを前記スイッチ開放状態にするための前記第２の制御信号の前記生成を遅延させることであって、前記次の後続のゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性が、前記固体スイッチの前記ボディダイオードを逆バイアスする、遅延させることと、を含む、請求項１２に記載の方法。
前記固体スイッチがスイッチオフ状態にされた後の時点で発生する、前記ＡＣ波形の次のゼロ交差事象を検出することと、
前記次のゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性が前記固体スイッチの前記ボディダイオードを順バイアスすることを検出することに応答して、前記ＡＣ波形の次の後続のゼロ交差事象を検出し終わるまで、前記エアギャップ電磁スイッチを前記スイッチ開放状態にするための前記第２の制御信号の前記生成を遅延させることであって、前記次の後続のゼロ交差事象に続く前記ＡＣ波形の極性が、前記固体スイッチの前記ボディダイオードを逆バイアスする、遅延させることと、を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記固体スイッチが、Ｐ型エンハンスメント金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスおよびＮ型エンハンスメント金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスのうちの１つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項15】
前記ＡＣ波形の前記ゼロ交差事象を検出することが、前記回路遮断器の前記線路入力端子に印加されたＡＣ供給電圧波形のゼロ交差を検出することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記ＡＣ波形の前記ゼロ交差事象を検出することが、前記電路上の点におけるＡＣ電流波形のゼロ交差を検出することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項17】
前記ＡＣ電流波形の前記ゼロ交差を検出することが、
前記電路で直列に接続されている検知抵抗器の検知電圧の大きさおよび極性をサンプリングすることと、
前記検知電圧の前記大きさがゼロであると判定することに応答して、ゼロ交差事象を検出することと、
前記検知電圧の前記極性に基づいて前記ＡＣ電流波形の極性を判定することと、を含む、請求項１６に記載の方法。
前記電路で直列に接続されている検知抵抗器の検知電圧の大きさおよび極性をサンプリングすることと、
前記検知電圧の前記大きさがゼロであると判定することに応答して、ゼロ交差事象を検出することと、
前記検知電圧の前記極性に基づいて前記ＡＣ電流波形の極性を判定することと、を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記障害状態を検出することが、短絡障害状態、過電流障害状態、アーク障害状態、および地絡障害状態のうちの少なくとも１つを検出することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項19】
環境状態を検出することと、前記環境状態が有害であると判定することに応答して、前記固体スイッチをスイッチオフ状態にするための第１の制御信号を生成し、前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするための第２の制御信号を生成することと、をさらに含み、前記環境状態を検出することが、（ｉ）存在化学物質、（ｉｉ）ガスの存在、（ｉｉｉ）温度、（ｉｖ）振動、および（ｖ）湿度のうちの１つを検出することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項20】
システムであって、
外部電源に結合されたバスバーを備える回路遮断器分電盤と、
前記回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備え、前記回路遮断器が、前記バスバーに結合された線路入力端子と、分岐回路に接続された負荷出力端子と、を備え、前記回路遮断器が、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路で直列に接続された、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、
前記固体スイッチおよび前記エアギャップ電磁スイッチの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路機構と、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の交流（ＡＣ）波形のゼロ交差を検出するように構成された、ゼロ交差検出回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路に流れる電流を検知し、かつ前記検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出するように構成された、電流センサと、を備え、
前記スイッチ制御回路機構が、前記電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されており、
前記スイッチ制御回路機構が、前記ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、前記エアギャップ電磁スイッチをいつ前記スイッチ開放状態にするかを判定する、システム。
外部電源に結合されたバスバーを備える回路遮断器分電盤と、
前記回路遮断器分電盤内に配設された回路遮断器と、を備え、前記回路遮断器が、前記バスバーに結合された線路入力端子と、分岐回路に接続された負荷出力端子と、を備え、前記回路遮断器が、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の電路で直列に接続された、固体スイッチおよびエアギャップ電磁スイッチと、
前記固体スイッチおよび前記エアギャップ電磁スイッチの動作を制御するように構成された、スイッチ制御回路機構と、
前記回路遮断器の前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路上の交流（ＡＣ）波形のゼロ交差を検出するように構成された、ゼロ交差検出回路と、
前記線路入力端子と前記負荷出力端子との間の前記電路に流れる電流を検知し、かつ前記検知された電流の流れに基づいて障害状態を検出するように構成された、電流センサと、を備え、
前記スイッチ制御回路機構が、前記電流センサによって障害状態を検出することに応答して、（ｉ）前記固体スイッチをスイッチオフ状態にし、かつ（ｉｉ）前記固体スイッチが前記スイッチオフ状態にされた後に、前記エアギャップ電磁スイッチをスイッチ開放状態にするためのスイッチ制御信号を生成するように構成されており、
前記スイッチ制御回路機構が、前記ゼロ交差検出回路から出力されたゼロ交差検出信号を利用して、前記エアギャップ電磁スイッチをいつ前記スイッチ開放状態にするかを判定する、システム。