專利名稱：具有抑制基于微機(jī)電系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)中電弧形成的電路的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例總體上涉及電路，更具體而言，涉及基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的開(kāi)關(guān)裝置，更具體而言，涉及具有用于在開(kāi)關(guān)事件期間，例如，在MEMS開(kāi)關(guān)裝置的接通和/或關(guān)斷過(guò)程中抑制電弧的形成的電路的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
斷路器是一種被設(shè)計(jì)為保護(hù)電設(shè)備不受電路故障損害的電裝置。傳統(tǒng)上，大多數(shù)常規(guī)斷路器包括大體積的機(jī)電開(kāi)關(guān)。令人遺憾的是，這些常規(guī)斷路器尺寸龐大，因而必須使用很大的力量來(lái)啟動(dòng)所述開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)。此外，這些斷路器的開(kāi)關(guān)通常以相對(duì)較低的速度工作。此外，這些斷路器具有構(gòu)建復(fù)雜和造價(jià)高昂的缺點(diǎn)。此外，在對(duì)常規(guī)斷路器中的開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)的接觸進(jìn)行物理分離時(shí)，通常將在其間產(chǎn)生電弧，其將繼續(xù)傳導(dǎo)電流直到電路中的電流停止為止。而且，與所述電弧相關(guān)的能量可能對(duì)所述接觸造成嚴(yán)重?fù)p害和/或?qū)θ松碓斐蔁莆：Α?br> 作為低速機(jī)電開(kāi)關(guān)的替代，已知在高速開(kāi)關(guān)應(yīng)用中采用了速度相對(duì)較高的固態(tài)開(kāi)關(guān)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)以可控的方式施加電壓或偏壓使這些固態(tài)開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間切換。例如，通過(guò)反轉(zhuǎn)固態(tài)開(kāi)關(guān)的偏置，可以使所述開(kāi)關(guān)變換至非導(dǎo)通狀態(tài)。但是，由于在將固態(tài)開(kāi)關(guān)切換至非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，它們?cè)诮佑|之間不形成物理縫隙，因而其將經(jīng)受漏電流。此外，由于內(nèi)部電阻的作用，當(dāng)固態(tài)開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)下工作時(shí)，其將產(chǎn)生電壓降。電壓降和漏電流二者都將促進(jìn)普通工作環(huán)境下的多余熱量的生成，所述熱量可能對(duì)開(kāi)關(guān)性能和壽命不利。


發(fā)明內(nèi)容
總體而言，本發(fā)明的各個(gè)方面提供了一種包括微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路的系統(tǒng)。第一過(guò)電流保護(hù)電路以并聯(lián)電路與微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路連接。將所述第一過(guò)電流保護(hù)電路配置為響應(yīng)于所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路的第一開(kāi)關(guān)事件暫時(shí)形成導(dǎo)電路徑。這一導(dǎo)電路徑與微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路形成了并聯(lián)電路，用于在所述第一開(kāi)關(guān)事件中抑制跨過(guò)所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路的接觸的電壓電平。第二過(guò)電流保護(hù)電路以并聯(lián)電路與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路和所述第一過(guò)電流保護(hù)電路連接。將所述第二過(guò)電流保護(hù)電路配置為響應(yīng)于所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路的第二開(kāi)關(guān)事件暫時(shí)形成導(dǎo)電路徑。這一導(dǎo)電路徑與微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路形成了并聯(lián)電路，用于在所述第二開(kāi)關(guān)事件中抑制流經(jīng)所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路的接觸的電流。
本發(fā)明的其他方面提供了一種包括微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路的系統(tǒng)。可以使至少第一過(guò)電流保護(hù)電路通過(guò)并聯(lián)電路與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路連接。可以將所述第一過(guò)電流保護(hù)電路配置為響應(yīng)于所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路的第一開(kāi)關(guān)事件暫時(shí)形成導(dǎo)電路徑。這一導(dǎo)電路徑與微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路形成了并聯(lián)電路，用于在所述第一開(kāi)關(guān)事件期間抑制跨過(guò)所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路的接觸的電壓。



在參考附圖閱讀下文中的詳細(xì)說(shuō)明時(shí)，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更易于理解，在所述附圖中，始終采用類似的附圖標(biāo)記表示類似的部分，其中 圖1是根據(jù)本技術(shù)的各個(gè)方面的示例性的基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的方框圖； 圖2是圖1所示的示例性的基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的示意圖； 圖3-5是示出了圖2所示的基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的示例性操作的示意性流程圖； 圖6A是示出了MEMS開(kāi)關(guān)的串并聯(lián)陣列的示意圖，圖6B和6C示出了通過(guò)串聯(lián)電路連接兩個(gè)或更多MEMS開(kāi)關(guān)的示例性實(shí)施例的相應(yīng)示意圖。
圖7是示出了分級(jí)MEMS開(kāi)關(guān)的示意圖； 圖8是示出了具有圖1所示的基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的系統(tǒng)的工作流的流程圖； 圖9是示出了代表所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的關(guān)斷的試驗(yàn)結(jié)果的圖解表示。
圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的示例性開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的方框圖； 圖11、12和13分別示出了圖10的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的電路細(xì)節(jié)，其中，圖11示出了(例如)在負(fù)載起動(dòng)事件中通過(guò)各個(gè)固態(tài)開(kāi)關(guān)電路的電流通路，圖12示出了(例如)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間通過(guò)各個(gè)基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路的電流通路，圖13示出了在故障條件下通過(guò)過(guò)電流保護(hù)電路的電流通路。
圖14示出了具有雙過(guò)電流保護(hù)電路的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖。
圖15示出了圖10的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的電路細(xì)節(jié)。
圖16示出了一個(gè)示例性實(shí)施例，其中，固態(tài)開(kāi)關(guān)電路包括一對(duì)按照逆串聯(lián)電路布局連接的固態(tài)開(kāi)關(guān)。
圖17和18是表示所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的接通的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖解表示。
10基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng) 12基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路 14電流保護(hù)電路 16單個(gè)封裝 18基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的示意圖 20第一MEMS開(kāi)關(guān) 22第一接觸(漏極) 24第二接觸(源極) 26第三接觸(柵極) 28平衡二極管電橋 29平衡二極管電橋的第一分支 30第一二極管d1 31電橋的第二分支 32第二二極管d2 33電壓緩沖電路 34第三二極管d3 36第四二極管d4 38單個(gè)封裝 40負(fù)載電路 44電壓源 46負(fù)載電感 48負(fù)載電阻 50負(fù)載電流 52脈沖電路 54脈沖開(kāi)關(guān) 56脈沖電容器 58脈沖電感 60第一二極管 62脈沖電路電流 64示意圖 66附圖標(biāo)記 68附圖標(biāo)記 70電流矢量 72電流矢量 74電流矢量 76電流矢量 78示意圖 84電感 86方向 88電感 94示意圖 96MEMS開(kāi)關(guān)電路的示例性實(shí)施例 98第一組MEMS開(kāi)關(guān) 100第二組MEMS開(kāi)關(guān) 102第三組MEMS開(kāi)關(guān) 104分級(jí)開(kāi)關(guān)電路的示例性實(shí)施例 106MEMS開(kāi)關(guān) 108均壓電阻器 110分級(jí)電容器 112示例性邏輯 114感測(cè)電流 116判決塊 118生成故障信號(hào) 120檢測(cè)故障信號(hào) 122轉(zhuǎn)移負(fù)載電流 124斷開(kāi)MEMS開(kāi)關(guān) 130關(guān)斷的圖形表示 132幅度 134事件 136第一部分 138第二部分 140第三部分 142響應(yīng)曲線 142負(fù)載電路電流 144響應(yīng)曲線 144脈沖電路電流 146響應(yīng)曲線 148響應(yīng)曲線 150響應(yīng)曲線 152開(kāi)關(guān)斷開(kāi)訪問(wèn) 154斷開(kāi)狀態(tài) 200開(kāi)關(guān)系統(tǒng) 202基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路 204開(kāi)關(guān)電路 206基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路 208控制器 210開(kāi)關(guān) 212開(kāi)關(guān) 214二極管 216二極管 219FET開(kāi)關(guān) 220驅(qū)動(dòng)器 222柵極驅(qū)動(dòng)電路 224驅(qū)動(dòng)器 226電流傳感器 228驅(qū)動(dòng)器 229第二脈沖開(kāi)關(guān)(2) 230脈沖電感器 234脈沖電感器 240MOSFET開(kāi)關(guān)對(duì) 242MOSFET開(kāi)關(guān)對(duì) 244二極管 246二極管 400圖形表示 402幅度 404時(shí)間 406響應(yīng)曲線 408響應(yīng)曲線 410響應(yīng)曲線 412插圖 414響應(yīng)曲線 2061第一過(guò)電流保護(hù)電路 2062第二過(guò)電流保護(hù)電路
具體實(shí)施例方式 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，文中將描述一種包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)開(kāi)關(guān)電路的系統(tǒng)。在下述詳細(xì)說(shuō)明中，將產(chǎn)生很多具體細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的透徹理解。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以在不需要這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施例，而且可以通過(guò)各種替代性實(shí)施例實(shí)踐本發(fā)明。在其他情況下，未對(duì)公知的方法、過(guò)程和部件予以說(shuō)明。
此外，可以將各種操作描述成多個(gè)分立的步驟，從而通過(guò)有助于理解本發(fā)明的實(shí)施例的方式執(zhí)行所述步驟。但是，不應(yīng)將說(shuō)明的順序推斷為暗示必須按照所述操作的提供順序執(zhí)行這些操作，或者所述操作是順序相關(guān)的。此外，短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”的重復(fù)使用未必是指同一實(shí)施例，盡管其可以指同一實(shí)施例。最后，就本申請(qǐng)的使用情況而言，“包括”、“具有”等詞為同義詞，除非另行說(shuō)明。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的示例性的基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)10的方框圖。當(dāng)前，MEMS通常指微米級(jí)結(jié)構(gòu)，例如，其可以通過(guò)微制造技術(shù)在同一襯底上集成多個(gè)功能相異的元件，例如，機(jī)械元件、機(jī)電元件、傳感器、致動(dòng)器和電子器件。但是，可以設(shè)想只需幾年的時(shí)間，就可以通過(guò)基于納米技術(shù)的器件，例如，尺寸可以小于100納米的結(jié)構(gòu)，獲得當(dāng)前的MEMS器件當(dāng)中可用的很多技術(shù)和結(jié)構(gòu)。因此，盡管貫穿本文描述的示例性實(shí)施例可以指基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，但是應(yīng)當(dāng)指出，應(yīng)當(dāng)從廣義的角度推斷本發(fā)明的創(chuàng)造性方面，不應(yīng)認(rèn)為其僅限于微米尺寸的器件。
如圖1所示，將基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)10示為包括基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路12和過(guò)電流保護(hù)電路14，其中，過(guò)電流保護(hù)電路14在操作上耦合至基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路12。在某些實(shí)施例中，例如，可以使基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路12的整體與過(guò)電流保護(hù)電路14在單個(gè)封裝16內(nèi)集成。在其他實(shí)施例中，可以僅使基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路12的某些部分或部件與過(guò)電流保護(hù)電路14集成。
在當(dāng)前設(shè)想的配置當(dāng)中，基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路12可以包括一個(gè)或多個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)，下文將參考圖2-5對(duì)所述配置予以更為詳細(xì)的說(shuō)明。此外，過(guò)電流保護(hù)電路14可以包括平衡二極管電橋和脈沖電路。此外，可以將過(guò)電流保護(hù)電路14配置為有助于抑制一個(gè)或多個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)的接觸之間的電弧的形成。應(yīng)當(dāng)注意，可以將過(guò)電流保護(hù)電路14配置為有助于抑制響應(yīng)于交流(AC)或直流(DC)形成電弧。
對(duì)于希望獲得與電弧形成的抑制相關(guān)的背景信息的讀者而言，可以參考2005年12月20日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.11/314336(代理文檔號(hào)No.162711-1)，在此將其全文引入以供參考。前述申請(qǐng)描述了基于高速微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的開(kāi)關(guān)裝置，其包括適于抑制在微機(jī)電系統(tǒng)的接觸之間形成電弧的電路和脈沖技術(shù)。在這樣的申請(qǐng)中，通過(guò)對(duì)流經(jīng)這樣的接觸的電流有效分流完成電弧形成的抑制。
現(xiàn)在參考圖2，將參考一個(gè)實(shí)施例說(shuō)明圖1所示的示例性的基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的示意圖18。如參考圖1指出的，基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路12可以包括一個(gè)或多個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)。在圖示的實(shí)施例中，將第一MEMS開(kāi)關(guān)20示為具有第一接觸22、第二接觸24和第三接觸26。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將第一接觸22配置為漏極，可以將第二接觸24配置為源極，可以將第三接觸26配置為柵極。此外，如圖2所示，可以使電壓緩沖(snubber)電路33與MEMS開(kāi)關(guān)20并聯(lián)耦合，并將電壓緩沖電路33配置為限制在快速接觸分離過(guò)程中產(chǎn)生的電壓過(guò)沖，這將在下面更詳細(xì)地描述。在某些實(shí)施例中，緩沖電路33可以包括與緩沖電阻器(未示出)串聯(lián)耦合的緩沖電容器(未示出)。所述緩沖電容器可以有助于在MEMS開(kāi)關(guān)20的斷開(kāi)的排序過(guò)程中改善瞬態(tài)電壓共享。此外，緩沖電阻器可以在MEMS開(kāi)關(guān)20的閉合操作的過(guò)程中抑制任何由緩沖電容器生成的電流的脈沖。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，緩沖器33可以包括一種或多種類型的電路，例如，R/C緩沖器和/或固態(tài)緩沖器(例如，金屬氧化物變阻器(MOV)或任何合適的過(guò)壓保護(hù)電路，例如，被耦合成為電容器供電的整流器。優(yōu)選地，應(yīng)當(dāng)在每一管芯上構(gòu)建緩沖電容器，異避免電感問(wèn)題。
根據(jù)本技術(shù)的其他特征，可以使諸如電機(jī)或電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電路40與第一MEMS開(kāi)關(guān)20串聯(lián)耦合。可以將負(fù)載電路40連接至適當(dāng)?shù)碾妷涸碫BUS，例如交流電壓(AC)或直流電壓(DC)44。此外，負(fù)載電路40可以包括負(fù)載電感46LLOAD，其中，負(fù)載電感LLOAD46表示由負(fù)載電路40看到的組合負(fù)載電感和總線電感。負(fù)載電路40還可以包括表示由負(fù)載電路40看到的組合負(fù)載電阻的負(fù)載電阻RLOAD 48。附圖標(biāo)記50表示可以流經(jīng)負(fù)載電路40和第一MEMS開(kāi)關(guān)20的負(fù)載電路電流ILOAD。
此外，如參考圖1指出的，過(guò)電流保護(hù)電路14可以包括平衡二極管電橋。在圖示的實(shí)施例中，將平衡二極管電橋28示為具有第一分支29和第二分支31。如文中的使用情況而言，采用“平衡二極管電橋”一詞表示被配置為使跨過(guò)第一和第二分支29的電壓降基本相等的二極管電橋。平衡二極管電橋28的第一分支29可以包括耦合到一起形成第一串聯(lián)電路的第一二極管D130和第二二極管D232。通過(guò)類似的方式，平衡二極管電橋28的第二分支31可以包括在操作上耦合到一起形成第二串聯(lián)電路的第三二極管D334和第四二極管D436。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以使第一MEMS開(kāi)關(guān)20跨過(guò)平衡二極管電橋28的中點(diǎn)并聯(lián)耦合。平衡二極管電橋的中點(diǎn)可以包括位于第一和第二二極管30和32之間的第一中點(diǎn)以及位于第三和第四二極管34和36之間的第二中點(diǎn)。此外，可以緊密封裝第一MEMS開(kāi)關(guān)20和平衡二極管電橋28，從而促進(jìn)由平衡二極管電橋28，尤其是到MEMS開(kāi)關(guān)20的連接，引起的寄生電感的最小化。應(yīng)當(dāng)指出，根據(jù)本技術(shù)的示例性方面，第一MEMS開(kāi)關(guān)20和平衡二極管電橋28的相對(duì)于彼此定位，使得第一MEMS開(kāi)關(guān)20和平衡二極管電橋28之間的固有電感產(chǎn)生L*di/dt的電壓，其中，L表示寄生電感。當(dāng)在MEMS開(kāi)關(guān)20的關(guān)斷過(guò)程中執(zhí)行向二極管電橋28的負(fù)載電流轉(zhuǎn)移時(shí)，所產(chǎn)生的電壓可能不足跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)20的漏極22和源極24的電壓的百分之幾，在下文中將對(duì)其予以更為詳細(xì)的說(shuō)明。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使第一MEMS開(kāi)關(guān)20與平衡二極管電橋28在單個(gè)封裝38或任選在同一管芯內(nèi)集成，其目的在于使互連MEMS開(kāi)關(guān)20和二極管電橋28的電感降至最低。
此外，過(guò)電流保護(hù)電路14可以包括被耦合為與平衡二極管電橋28操作相關(guān)的脈沖電路52?？梢詫⒚}沖電路52配置為檢測(cè)開(kāi)關(guān)條件，并響應(yīng)于所述開(kāi)關(guān)條件啟動(dòng)MEMS開(kāi)關(guān)20的斷開(kāi)。就文中的使用而言，“開(kāi)關(guān)條件”一詞是指觸發(fā)MEMS開(kāi)關(guān)20的當(dāng)前工作狀態(tài)的改變的條件。例如，所述開(kāi)關(guān)條件可能導(dǎo)致將MEMS開(kāi)關(guān)20從第一閉合狀態(tài)變?yōu)榈诙嚅_(kāi)狀態(tài)，或者將MEMS開(kāi)關(guān)20從第一斷開(kāi)狀態(tài)變?yōu)榈诙]合狀態(tài)?？赡茼憫?yīng)于若干動(dòng)作產(chǎn)生開(kāi)關(guān)條件，所述動(dòng)作包括但不限于電路故障、電路過(guò)載或開(kāi)關(guān)ON/OFF請(qǐng)求。
脈沖電路52可以包括脈沖開(kāi)關(guān)54和串聯(lián)耦合至脈沖開(kāi)關(guān)54的脈沖電容器CPULSE56。此外，所述脈沖電路還可以包括脈沖電感LPULSE58和與脈沖開(kāi)關(guān)54串聯(lián)耦合的第一二極管DP60?？梢允姑}沖電感LPULSE58、二極管DP60、脈沖電路54和脈沖電容器CPULSE56串聯(lián)耦合形成脈沖電路52的第一分支，其中，可以將所述第一分支的部件配置為促進(jìn)脈沖電流的整形和定時(shí)。而且，附圖標(biāo)記62表示可以流經(jīng)脈沖電路52的脈沖電路電流IPULSE。
根據(jù)將在下文中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的本發(fā)明的各個(gè)方面，在不承載電流或者承載接近為零的電流時(shí)，可以將MEMS開(kāi)關(guān)20從第一閉合狀態(tài)快速(例如，以皮秒或納秒的量級(jí))切換至第二斷開(kāi)狀態(tài)?？梢酝ㄟ^(guò)負(fù)載電路40和脈沖電路52的組合操作實(shí)現(xiàn)這一目的，其中，所述脈沖電路52包括跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)20的接觸并聯(lián)耦合的平衡二極管電橋28。
采用圖3-5作為用于說(shuō)明圖2所示的基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)18的示例性操作的示意性流程圖。繼續(xù)參考圖2，其示出了基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)18的示例性操作的初始條件。將MEMS開(kāi)關(guān)20示為開(kāi)始于第一閉合狀態(tài)。此外，如圖所示，存在負(fù)載電流ILOAD 50。
此外，對(duì)于基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)18的這一示例性操作的討論而言，可以假設(shè)與MEMS開(kāi)關(guān)20相關(guān)的電阻充分小，從而在發(fā)生脈沖時(shí)，流經(jīng)MEMS開(kāi)關(guān)20的電阻的負(fù)載電流所產(chǎn)生的電壓幾乎不對(duì)二極管電橋28的中點(diǎn)之間的接近零的電壓差造成影響。例如，可以假設(shè)與MEMS開(kāi)關(guān)20相關(guān)的電阻充分小，使得由于最大預(yù)期負(fù)載電流僅產(chǎn)生不足幾毫伏的電壓降。
應(yīng)當(dāng)指出，在基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)18的這一初始條件中，脈沖開(kāi)關(guān)54處于第一斷開(kāi)狀態(tài)。此外，在脈沖電路52中沒(méi)有脈沖電路電流。而且，在脈沖電路52中，可以將電容器CPULSE56預(yù)先充電至電壓VPULSE，其中VPULSE是能夠在負(fù)載電流的轉(zhuǎn)移(transfer)間隔期間產(chǎn)生半正弦脈沖電流的電壓，所述半正弦脈沖電流的峰值幅度明顯大于預(yù)期的負(fù)載電流ILOAD50(例如是其10倍)。應(yīng)當(dāng)指出，CPULSE56和LPULSE58構(gòu)成串聯(lián)諧振電路。
圖3示出了觸發(fā)脈沖電路52的過(guò)程的示意圖64。應(yīng)當(dāng)指出，可以將檢測(cè)電路(未示出)耦合至脈沖電路52。例如，所述檢測(cè)電路可以包括被配置為感測(cè)負(fù)載電路電流ILOAD 50的水平和/或電壓源VBUS44的電壓電平的感測(cè)電路(未示出)。此外，可以將所述檢測(cè)電路配置為檢測(cè)如上所述的開(kāi)關(guān)條件。在一個(gè)實(shí)施例中，可能因電流水平和/或電壓電平超過(guò)了預(yù)定閾值而產(chǎn)生開(kāi)關(guān)條件。
可以將脈沖電路52配置為檢測(cè)促進(jìn)MEMS開(kāi)關(guān)20從當(dāng)前的閉合狀態(tài)切換至第二斷開(kāi)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)條件。在一個(gè)實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)條件可以是因負(fù)載電路40中的電壓電平或負(fù)載電流超過(guò)了預(yù)定閾值而產(chǎn)生的故障條件。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，所述開(kāi)關(guān)條件還可以包括監(jiān)測(cè)斜坡電壓，從而為MEMS開(kāi)關(guān)20實(shí)現(xiàn)給定的、取決于系統(tǒng)的導(dǎo)通時(shí)間。
在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖開(kāi)關(guān)54可以響應(yīng)于接收作為所檢測(cè)到的開(kāi)關(guān)條件的結(jié)果的觸發(fā)信號(hào)，生成正弦脈沖。脈沖開(kāi)關(guān)54的觸發(fā)可以在脈沖電路52中引起諧振正弦電流?？梢酝ㄟ^(guò)附圖標(biāo)記66和68表示脈沖電路電流的電流方向。此外，可以分別通過(guò)電流矢量72和70表示流經(jīng)平衡二極管電橋28的第一分支29的第一二極管30和第二二極管32的脈沖電路電流的電流方向和相對(duì)幅度。類似地，電流矢量76和74分別表示流經(jīng)第三二極管34和第四二極管36的脈沖電路電流的電流方向和相對(duì)幅度。
可以通過(guò)脈沖電容器CPULSE56上的初始電壓、脈沖電容器CPULSE56的值和脈沖電感LPULSE58的值確定峰值正弦電橋脈沖電流的值。脈沖電感LPULSE58和脈沖電容器CPULSE56的值還決定著脈沖電流的半正弦的脈沖寬度?？梢詫?duì)電橋電流脈沖寬度進(jìn)行調(diào)整，以滿足根據(jù)負(fù)載故障條件期間的負(fù)載電流(VBUS/LLOAD)的變化率和預(yù)期的允許通過(guò)的峰值電流預(yù)測(cè)的系統(tǒng)負(fù)載電流關(guān)斷要求。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，可以將脈沖開(kāi)關(guān)54配置為在斷開(kāi)MEMS開(kāi)關(guān)20之前出于導(dǎo)通狀態(tài)。
應(yīng)當(dāng)指出，脈沖開(kāi)關(guān)54的觸發(fā)可以包括控制流經(jīng)平衡二極管電橋28的脈沖電路電流IPULSE62的定時(shí)，從而有助于產(chǎn)生與斷開(kāi)間隔期間經(jīng)過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)20的接觸的路徑的阻抗相比具有較低阻抗的路徑。此外，可以觸發(fā)脈沖開(kāi)關(guān)54，使得跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)20的接觸呈現(xiàn)期望的電壓降。
在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖開(kāi)關(guān)54可以是固態(tài)開(kāi)關(guān)，例如，可以將其配置為具有處于納秒到微秒范圍內(nèi)的開(kāi)關(guān)速度。與故障條件下的負(fù)載電流的預(yù)計(jì)上升時(shí)間相比，脈沖開(kāi)關(guān)54的開(kāi)關(guān)速度應(yīng)當(dāng)相對(duì)較快。MEMS開(kāi)關(guān)20所需的額定電流可以取決于負(fù)載電流的上升速率，后者又取決于如前所述的負(fù)載電路40中的電感LLOAD46和總線電源電壓VBUS44。如果與電橋脈沖電路的速度能力相比負(fù)載電流ILOAD50可以快速升高，那么可以適當(dāng)調(diào)整MEMS開(kāi)關(guān)20的額定值，以處理更大的負(fù)載電流ILOAD50。
脈沖電路電流IPULSE62從零值開(kāi)始增大，并在平衡二極管電橋28的第一和第二分支29和31之間均分。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，如前所述，可以將跨過(guò)平衡二極管電橋28的分支29和31的電壓降的差異設(shè)計(jì)為可以忽略不計(jì)。此外，如前所述，對(duì)二極管電橋28進(jìn)行平衡，從而使跨過(guò)所述二極管電橋28的第一和第二分支的電壓降基本相等。此外，由于處于當(dāng)前閉合狀態(tài)的MEMS開(kāi)關(guān)20的電阻相對(duì)較低，因而跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)20存在相對(duì)較小的電壓降。但是，如果跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)20的電壓降偶然變大(例如，在MEMS開(kāi)關(guān)的內(nèi)在設(shè)計(jì)的影響下)，那么由于二極管電橋28在操作上與MEMS開(kāi)關(guān)20并聯(lián)耦合，因而可能影響二極管電橋28的平衡。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，如果MEMS開(kāi)關(guān)20的電阻引起了顯著的跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)20的電壓降，那么二極管電橋28可以通過(guò)提高峰值電橋脈沖電流的幅度而容許所導(dǎo)致的脈沖電橋的不平衡。
現(xiàn)在參考圖4，其示出了激發(fā)MEMS開(kāi)關(guān)20斷開(kāi)的示意圖78。如前所述，在MEMS開(kāi)關(guān)20斷開(kāi)之前觸發(fā)脈沖電路52中的脈沖開(kāi)關(guān)54。隨著脈沖電流IPULSE62增大，跨過(guò)脈沖電容器CPULSE56的電壓由于脈沖電路52的諧振作用而降低。在使開(kāi)關(guān)閉合并導(dǎo)電的導(dǎo)通條件下，MEMS開(kāi)關(guān)20為負(fù)載電路電流ILOAD 50提供了阻抗相對(duì)較低的路徑。
一旦脈沖電路電流IPULSE62的幅度變得大于負(fù)載電路電流ILOAD 50的幅度(例如，由于脈沖電路52的諧振作用)，那么可以使施加至MEMS開(kāi)關(guān)20的柵極接觸26的電壓適當(dāng)偏置，從而將MEMS開(kāi)關(guān)20的當(dāng)前工作狀態(tài)從第一閉合導(dǎo)通狀態(tài)切換至電阻升高條件，在所述條件中，MEMS開(kāi)關(guān)20開(kāi)始關(guān)斷(例如，這時(shí)所述接觸仍然閉合但是由于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)過(guò)程接觸壓力逐漸降低)，其使得開(kāi)關(guān)電阻提高，而電阻的提高又導(dǎo)致負(fù)載電流開(kāi)始從MEMS開(kāi)關(guān)20轉(zhuǎn)移到二極管電橋28內(nèi)。
在這一當(dāng)前條件下，與經(jīng)過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)20的路徑(現(xiàn)在其呈現(xiàn)出正在增大的接觸電阻)相比，平衡二極管電橋28對(duì)負(fù)載電路電流ILOAD50呈現(xiàn)出阻抗相對(duì)較低的路徑。應(yīng)當(dāng)指出，與負(fù)載電路電流ILOAD50的變化速率相比，流經(jīng)MEMS開(kāi)關(guān)20的負(fù)載電路電流ILOAD50的這一轉(zhuǎn)移是一個(gè)極快的過(guò)程。如前所述，可能希望與MEMS開(kāi)關(guān)20和平衡二極管電橋28之間的連接相關(guān)的電感L184和L288的值非常小，以避免對(duì)所述快速電流轉(zhuǎn)移的阻止。
在第二二極管32和第三二極管34中的電流同時(shí)降低的同時(shí)，電流從MEMS開(kāi)關(guān)20向脈沖電橋的轉(zhuǎn)移過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，從而提高了第一二極管30和第四二極管36中的電流。在分離MEMS開(kāi)關(guān)20的機(jī)械接觸22和24，從而形成了物理縫隙時(shí)完成了所述轉(zhuǎn)移過(guò)程，并且所有的負(fù)載電流均由第一二極管30和第四二極管36承載。
作為將負(fù)載電路電流ILOAD沿方向86從MEMS開(kāi)關(guān)20向二極管電橋28轉(zhuǎn)移的結(jié)果，跨過(guò)二極管電橋28的第一和第二分支29和31形成了不平衡。此外，隨著脈沖電路電流減弱，跨過(guò)脈沖電容器CPULSE 56的電壓繼續(xù)反轉(zhuǎn)(例如，起著“反電動(dòng)勢(shì)”的作用)，其使得負(fù)載電路電流ILOAD最終降為零。二極管電橋28中的第二二極管32和第三二極管34變?yōu)榉聪蚱?，?dǎo)致了所述負(fù)載電路現(xiàn)在包括脈沖電感器LPULSE 58和電橋脈沖電容器CPULSE 56，并使所述負(fù)載電路變成了串聯(lián)諧振電路。
現(xiàn)在來(lái)看圖5，其示出了針對(duì)負(fù)載電流的降低過(guò)程所連接的電路元件的示意圖94。如上文所述，在MEMS開(kāi)關(guān)20的接觸分離的瞬間，產(chǎn)生了無(wú)限接觸電阻。此外，二極管電橋28不再跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)20的接觸保持接近零的電壓。而且，現(xiàn)在負(fù)載電路電流ILOAD等于通過(guò)第一二極管30和第四二極管36的電流。如前所述，現(xiàn)在不存在流經(jīng)二極管電橋28的第二二極管32和第三二極管34的電流。
此外，現(xiàn)在從MEMS開(kāi)關(guān)20的漏極24到源極26的顯著開(kāi)關(guān)接觸電壓差可能以一速率上升至幾乎二倍于VBUS電壓的最大值，該速率由包括脈沖電感器LPULSE58、脈沖電容器CPULSE56、負(fù)載電路電感器LLOAD46的網(wǎng)絡(luò)諧振電路確定并且由于負(fù)載電阻RLOAD48和電路損耗衰減。此外，由于諧振，在某點(diǎn)等于負(fù)載電路電流ILOAD50的脈沖電路電流IPULSE 62可以降至零值，并且由于二極管電橋28和二極管DP60的反向阻斷作用這一零值可以保持。由于諧振跨過(guò)脈沖電容器CPULSE 56的電壓的極性將反轉(zhuǎn)至負(fù)峰，并且將一直保持所述負(fù)峰，直到脈沖電容器CPULSE 56重新充電為止。
可以將二極管電橋28配置為跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)20的接觸保持接近零的電壓，直到所述接觸分離從而斷開(kāi)MEMS開(kāi)關(guān)20為止，由此通過(guò)抑制傾向于在斷開(kāi)過(guò)程中在MEMS開(kāi)關(guān)20的接觸之間形成的電弧而避免了損壞。此外，在流經(jīng)MEMS開(kāi)關(guān)20的接觸電流大幅降低時(shí)，MEMS開(kāi)關(guān)20的接觸接近斷開(kāi)狀態(tài)。而且，可以將電路電感、負(fù)載電感和源極中的任何存儲(chǔ)能量轉(zhuǎn)移至脈沖電路電容器CPULSE56，并且可以通過(guò)電壓耗散電路(未示出)吸收所述存儲(chǔ)能量?？梢詫㈦妷壕彌_電路33配置為限制快速接觸分離過(guò)程中產(chǎn)生的電壓過(guò)沖，其中，所述過(guò)沖是由電橋和MEMS開(kāi)關(guān)之間的接口電感中保持的電感能量導(dǎo)致的。此外，可以通過(guò)使用緩沖電路(未示出)控制可能在斷開(kāi)過(guò)程中跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)20的接觸再次施加的電壓的增長(zhǎng)速率。
還應(yīng)當(dāng)指出，盡管在處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，在MEMS開(kāi)關(guān)20的接觸之間形成了縫隙，但是仍然在MEMS開(kāi)關(guān)20周圍的負(fù)載電路40和二極管電橋電路28之間存在泄漏電流。(還可能通過(guò)MOV和/或R/C緩沖電路形成路徑)?？梢酝ㄟ^(guò)在負(fù)載電路40中引入串聯(lián)連接的第二機(jī)械開(kāi)關(guān)(未示出)來(lái)生成物理縫隙，由此抑制這一泄漏電流。在某些實(shí)施例中，所述機(jī)械開(kāi)關(guān)可以包括第二MEMS開(kāi)關(guān)。
圖6A示出了示例性實(shí)施例96，其中，所述開(kāi)關(guān)電路12(參考圖1)可以包括(例如)串聯(lián)或串并聯(lián)陣列布置的多個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)。此外，如圖6所示，可以采用通過(guò)串聯(lián)電路中電耦合的第一組兩個(gè)或更多MEMS開(kāi)關(guān)98、100替代MEMS開(kāi)關(guān)20。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在并聯(lián)電路中額外并聯(lián)第一組MEMS開(kāi)關(guān)98、100中的至少一個(gè)，其中，所述并聯(lián)電路可以包括另一組兩個(gè)或更多MEMS開(kāi)關(guān)(例如，附圖標(biāo)記100和102)。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，可以使靜態(tài)均壓電阻器(grading resistor)和動(dòng)態(tài)分級(jí)電容器(grading capacitor)與第一或第二組MEMS開(kāi)關(guān)的至少其中之一并聯(lián)。
圖6B和6C示出了在串聯(lián)電路中連接兩個(gè)或更多MEMS開(kāi)關(guān)的示例性實(shí)施例的相應(yīng)示意圖，示出了跨過(guò)每一串聯(lián)連接的MEMS開(kāi)關(guān)的漏極(D)和源極(S)連接的相應(yīng)電容器CS。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中可以知道，就柵極驅(qū)動(dòng)速度而言某些通常與MEMS開(kāi)關(guān)相關(guān)的限制更多地受電學(xué)問(wèn)題而非機(jī)械問(wèn)題推動(dòng)。例如，不希望出現(xiàn)的從柵極到漏極的電容耦合可能影響(例如，減緩)柵極驅(qū)動(dòng)速度。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，如圖6B和6C所示，通過(guò)從每一MEMS開(kāi)關(guān)上的源極向漏極連接電容器CS可以降低所述影響。如在緩沖電路33的情況下討論的(圖2)，所述的相同的電容器C還將執(zhí)行緩沖電容器功能。
圖6B和6C還示出了與每一開(kāi)關(guān)的柵極(G)相關(guān)在串聯(lián)電路中連接的相應(yīng)柵極電阻器Rg。這樣的柵極電阻器有助于避免在開(kāi)關(guān)的柵極處產(chǎn)生的短路使柵極驅(qū)動(dòng)器失效，以及潛在地使可以連接至所述柵極驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)關(guān)陣列的額外開(kāi)關(guān)的操作失效。一種優(yōu)選的集成技術(shù)是使柵極電阻器與開(kāi)關(guān)成為一體，以避免引入可能降低選通(gating)速度的電容值。
現(xiàn)在參考圖7，其示出了分級(jí)(graded)MEMS開(kāi)關(guān)電路的示例性實(shí)施例104。分級(jí)開(kāi)關(guān)電路104可以包括至少一個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)106、均壓電阻器108和分級(jí)電容器110。就圖6中所示的例子而言，分級(jí)開(kāi)關(guān)電路104可以包括多個(gè)以串聯(lián)或串并聯(lián)陣列布置的MEMS開(kāi)關(guān)?？梢允咕鶋弘娮杵?08與至少一個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)106并聯(lián)，從而為開(kāi)關(guān)陣列提供電壓分級(jí)(voltage grading)。在示例性實(shí)施例中，可以將均壓電阻器108的尺寸設(shè)置為能夠在串聯(lián)開(kāi)關(guān)之間提供足夠的穩(wěn)態(tài)電壓平衡(分割)，同時(shí)針對(duì)具體應(yīng)用提供令人滿意的泄漏。此外，可以提供與所述陣列的每一MEMS開(kāi)關(guān)106并聯(lián)的分級(jí)電容器110和均壓電阻器108，以提供切換過(guò)程中的動(dòng)態(tài)共享和OFF狀態(tài)下的靜態(tài)共享。應(yīng)當(dāng)指出，可以將額外的均壓電阻器或分級(jí)電容器或二者添加至開(kāi)關(guān)陣列中的每一MEMS開(kāi)關(guān)。在某些其他實(shí)施例中，分級(jí)電路104可以包括金屬氧化物變阻器(MOV)(未示出)。
圖8是用于將基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)從當(dāng)前工作狀態(tài)切換至另一狀態(tài)的示例性邏輯112的流程圖。根據(jù)本技術(shù)的示例性方面，提供了一種切換方法。如前所述，可以使檢測(cè)電路在操作上耦合至過(guò)電流保護(hù)電路，并且被配置為檢測(cè)開(kāi)關(guān)條件。此外，所述檢測(cè)電路可以包括被配置為感測(cè)電流水平和/或電壓電平的感測(cè)電路。
如塊114所示，例如，可以通過(guò)感測(cè)電路感測(cè)諸如負(fù)載電路40(參考圖2)的負(fù)載電路中的電流水平和/或電壓電平。此外，如判定塊116所示，可以判斷所感測(cè)的電流水平或所感測(cè)的電壓電平是否與預(yù)期值不同或者超過(guò)了預(yù)期值。在一個(gè)實(shí)施例中，可以(例如，通過(guò)檢測(cè)電路)判斷所感測(cè)的電流水平或所感測(cè)的電壓電平是否超過(guò)了相應(yīng)的預(yù)定閾值水平?；蛘?，可以監(jiān)測(cè)電壓或電流斜坡速率，從而在沒(méi)有實(shí)際發(fā)生故障的情況下檢測(cè)開(kāi)關(guān)條件。
如果所感測(cè)的電流水平或所感測(cè)的電壓電平與預(yù)期值不同或者背離了預(yù)期值，那么如塊118所示可以生成開(kāi)關(guān)條件。如前所述，“開(kāi)關(guān)條件”一詞是指觸發(fā)MEMS開(kāi)關(guān)的當(dāng)前工作狀態(tài)發(fā)生改變的條件。在某些實(shí)施例中，可以響應(yīng)于故障信號(hào)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)條件，或者可以采用開(kāi)關(guān)條件促使發(fā)起MEMS開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)。應(yīng)當(dāng)指出，塊114-118表示生成開(kāi)關(guān)條件的一個(gè)例子。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面還可以設(shè)想其他的生成開(kāi)關(guān)條件的方法。
如塊120所示，可以響應(yīng)于開(kāi)關(guān)條件觸發(fā)脈沖電路，以引起脈沖電路電流。由于脈沖電路的諧振作用，脈沖電路電流水平可以持續(xù)增大。至少部分出于二極管電橋28的原因，如果脈沖電路電流的瞬時(shí)幅度明顯大于負(fù)載電路電流的瞬時(shí)幅度，那么可以跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)的接觸保持接近零的電壓降。此外，如塊122所示，可以將通過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)的負(fù)載電路電流從MEMS開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)移至脈沖電路。如前所述，與通過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)的路徑相反，二極管電橋呈現(xiàn)出了阻抗相對(duì)較低的路徑，其中，隨著MEMS開(kāi)關(guān)開(kāi)始分離，相對(duì)較高的阻抗增大。之后，如塊124所示，通過(guò)電弧更少的方式斷開(kāi)MEMS開(kāi)關(guān)。
如前所述，只要脈沖電路電流的瞬時(shí)幅度顯著大于負(fù)載電路電流的瞬時(shí)幅度，就可以跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)的接觸保持接近零的電壓降，由此促進(jìn)MEMS開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)，并抑制跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)的接觸形成任何電弧。因而，如上文所述，可以在跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)的接觸電壓接近零的條件下斷開(kāi)MEMS開(kāi)關(guān)，這時(shí)流經(jīng)MEMS開(kāi)關(guān)的電流極大降低。
圖9示出了根據(jù)本技術(shù)的各個(gè)方面的表示與基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的MEMS開(kāi)關(guān)有關(guān)的關(guān)斷開(kāi)關(guān)事件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖解表示130。如圖9所示，相對(duì)于時(shí)間變化134繪制了幅度變化132。此外，附圖標(biāo)記136、138和140表示圖解說(shuō)明130的第一部分、第二部分和第三部分。
響應(yīng)曲線142表示負(fù)載電路電流的幅度變化與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。通過(guò)響應(yīng)曲線144表示脈沖電路電流的幅度變化與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。通過(guò)類似的方式，通過(guò)響應(yīng)曲線146體現(xiàn)柵極電壓的幅度變化與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。響應(yīng)曲線148表示零柵極電壓基準(zhǔn)，響應(yīng)曲線150是關(guān)斷之前負(fù)載電流的參考水平。
此外，附圖標(biāo)記152表示響應(yīng)曲線142上發(fā)生了開(kāi)關(guān)斷開(kāi)過(guò)程的區(qū)域。類似地，附圖標(biāo)記154表示響應(yīng)曲線142上MEMS的接觸已經(jīng)分離，因而開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)的區(qū)域。而且，從圖解表示130的第二部分138可以看出，柵極電壓被拉低，這樣有助于引起MEMS開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)。此外，從圖解表示130的第三部分140可以看出，平衡二極管電橋的的導(dǎo)通的一半中的負(fù)載電路電流142和脈沖電路電流144正在減弱。
圖17和18示出了根據(jù)本技術(shù)的各個(gè)方面的表示與基于MEMS的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的MEMS開(kāi)關(guān)有關(guān)的導(dǎo)通開(kāi)關(guān)事件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖解表示400。如圖17和18所示，相對(duì)于時(shí)間變化404繪制了幅度變化402。
響應(yīng)曲線406表示作為時(shí)間的函數(shù)的負(fù)載電路電流的幅度變化。通過(guò)響應(yīng)曲線408表示作為時(shí)間的函數(shù)的脈沖電路電流的幅度變化。通過(guò)類似的方式，通過(guò)響應(yīng)曲線410體現(xiàn)作為時(shí)間的函數(shù)的柵極電壓的幅度變化。提示讀者注意與各個(gè)曲線相關(guān)的不同幅度標(biāo)度。
圖18對(duì)應(yīng)于圖17所示的插圖412，并且對(duì)應(yīng)于與導(dǎo)通開(kāi)關(guān)事件相關(guān)的前幾微秒期間的系統(tǒng)初始響應(yīng)。響應(yīng)曲線414表示跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)的電壓，并部分示出了導(dǎo)通之前跨過(guò)所述開(kāi)關(guān)的電壓電平。應(yīng)當(dāng)注意，在圖18所示的時(shí)間間隔內(nèi)，尚未將柵極電壓電平設(shè)置為驅(qū)動(dòng)所述開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)電狀態(tài)。在操作當(dāng)中，響應(yīng)于所述脈沖，通過(guò)平衡二極管電橋形成用于轉(zhuǎn)移負(fù)載電流(在將所述開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)至導(dǎo)電狀態(tài)之前)的導(dǎo)電路徑。
下文所述的電路和/或技術(shù)能夠可靠地并且經(jīng)濟(jì)有效地允許開(kāi)關(guān)系統(tǒng)采用固態(tài)(例如，基于半導(dǎo)體的)開(kāi)關(guān)電路抵御浪涌電流(例如，在啟動(dòng)事件或者在瞬變條件期間)，同時(shí)能夠(例如)利用基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)操作以及解決可能產(chǎn)生的故障條件。
在啟動(dòng)諸如電動(dòng)機(jī)或其他類型的電氣設(shè)備的電負(fù)載時(shí)，或者在瞬變條件期間可能產(chǎn)生浪涌電流。啟動(dòng)事件中的浪涌電流的值往往是穩(wěn)態(tài)負(fù)載電流值的多倍(例如，六倍或更高)，并且能夠持續(xù)數(shù)秒鐘，例如，大約十秒。
圖10是開(kāi)關(guān)系統(tǒng)200的方框圖表示，開(kāi)關(guān)系統(tǒng)200通過(guò)并聯(lián)電路連接基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路202、固態(tài)開(kāi)關(guān)電路204和過(guò)電流保護(hù)電路206，例如，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，如在圖1-9的背景下進(jìn)行的圖示和說(shuō)明，所述過(guò)電流保護(hù)電路206可以包括脈沖電路52和平衡二極管電橋31。
可以將控制器208耦合至基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路202、固態(tài)開(kāi)關(guān)電路204和過(guò)電流保護(hù)電路206?？梢詫⒖刂破?08配置為通過(guò)執(zhí)行控制策略在基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路和固態(tài)開(kāi)關(guān)電路之間有選擇地來(lái)回轉(zhuǎn)移電流，其中，將所述控制策略配置為判斷何時(shí)啟動(dòng)過(guò)電流保護(hù)電路206以及何時(shí)斷開(kāi)和閉合每一相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電路，例如，可以響應(yīng)于與開(kāi)關(guān)電路中相應(yīng)的一個(gè)的電流承載能力相適應(yīng)的負(fù)載電流條件和/或在可能對(duì)所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)造成影響的故障條件下執(zhí)行所述控制策略。應(yīng)當(dāng)指出，在這樣的控制策略中，希望每當(dāng)負(fù)載電流接近任一開(kāi)關(guān)電路的最大電流處理容量時(shí)，就準(zhǔn)備好在相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電路之間來(lái)回轉(zhuǎn)移電流以及執(zhí)行電流限制和負(fù)載斷電的同時(shí)執(zhí)行故障電流限制。
可以將包含上述示例性電路的系統(tǒng)控制為，不通過(guò)基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路202承載浪涌電流，而是通過(guò)固態(tài)開(kāi)關(guān)電路204承載所述電流?？梢酝ㄟ^(guò)基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路202承載穩(wěn)態(tài)電流，并且可以通過(guò)過(guò)電流保護(hù)電路206在系統(tǒng)操作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)過(guò)電流和/或故障保護(hù)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，從廣義的方面來(lái)講，所提出的原理未必限于基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路。例如，包括與一個(gè)或多個(gè)固態(tài)開(kāi)關(guān)并聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)電開(kāi)關(guān)(即，非基于MEMS的機(jī)電開(kāi)關(guān)電路)和適當(dāng)?shù)目刂破鞯南到y(tǒng)可以類似地得益于本發(fā)明的各個(gè)方面提供的優(yōu)點(diǎn)。
下面是發(fā)生電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)事件時(shí)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)內(nèi)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的示例性順序以及示例性電流值，其中，假設(shè)連接至所述系統(tǒng)的負(fù)載為電動(dòng)機(jī)。與數(shù)字相鄰的字母X是指對(duì)應(yīng)于穩(wěn)態(tài)條件下的典型電流值的若干倍的示例性電流值。因而，6X表示對(duì)應(yīng)于穩(wěn)態(tài)條件下的典型電流值的六倍的電流值。
1.固態(tài)開(kāi)關(guān)電路-斷開(kāi) 基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路-斷開(kāi) 電流0 2.固態(tài)開(kāi)關(guān)電路-閉合 基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路-斷開(kāi) 電流--6X 3.固態(tài)開(kāi)關(guān)電路-閉合 基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路-閉合 電流--1X 4.固態(tài)開(kāi)關(guān)電路-斷開(kāi) 基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路-閉合 電流--1X 圖11示出了一個(gè)示例性實(shí)施例，其中，所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)200中的固態(tài)開(kāi)關(guān)電路204包括兩個(gè)以并聯(lián)電路與過(guò)電流保護(hù)電路206和基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路202連接的FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)開(kāi)關(guān)210和212(按照反并聯(lián)配置與二極管214和216連接，以實(shí)現(xiàn)AC電流的傳導(dǎo))?？梢酝ㄟ^(guò)導(dǎo)通FET開(kāi)關(guān)210激活電負(fù)載(未示出)，這允許啟動(dòng)電流(被示為“Istart”)開(kāi)始流入所述負(fù)載，進(jìn)而允許FET開(kāi)關(guān)210和212在啟動(dòng)過(guò)程中承載負(fù)載這一電流。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，固態(tài)開(kāi)關(guān)電路204既不限于圖11所示的電路布置，也不限于FET開(kāi)關(guān)。例如，對(duì)于指定AC應(yīng)用而言，例如，在TRIAC或RCT中，任何提供雙向電流傳導(dǎo)能力的固態(tài)或半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)裝置均可以起到等同效果，或者可以通過(guò)由至少兩個(gè)諸如IGBT、FET或SCR的器件構(gòu)成的適當(dāng)布局實(shí)現(xiàn)。
圖16示出了一個(gè)示例性實(shí)施例，其中，固態(tài)開(kāi)關(guān)電路204包括一對(duì)通過(guò)反串聯(lián)電路布置連接的MOSFET開(kāi)關(guān)240和242。注意，二極管244和246包括體二極管。也就是說(shuō)，這樣的二極管包括其相應(yīng)的MOSFET開(kāi)關(guān)的不可或缺的部分。采用零柵極驅(qū)動(dòng)電壓使每一開(kāi)關(guān)關(guān)斷；因而，所述開(kāi)關(guān)中的每個(gè)將阻擋交流電壓的相反極性，同時(shí)使另一開(kāi)關(guān)的每一對(duì)應(yīng)二極管正向偏置。在從柵驅(qū)動(dòng)電路222施加適當(dāng)?shù)臇艠O驅(qū)動(dòng)電壓的同時(shí)，每一MOSFET將回復(fù)到低電阻狀態(tài)，而不管存在于開(kāi)關(guān)端子處的AC電壓的極性如何。
應(yīng)當(dāng)注意，跨過(guò)反串聯(lián)的一對(duì)MOSFET的電壓降正是基于所述兩個(gè)開(kāi)關(guān)的Rdson(開(kāi)態(tài)電阻)的IR壓降，替代了基于一個(gè)開(kāi)關(guān)的Rdson值的IR壓降加上二極管的相對(duì)較大的電壓降，后者是反并聯(lián)布置的情況。因而，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可能希望采取MOSFET的反串聯(lián)配置，因?yàn)槠渚哂刑峁┫鄬?duì)較低的電壓降，進(jìn)而提供更低的功耗、熱量和能量損失的能力。
還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在一個(gè)固態(tài)開(kāi)關(guān)電路204包括雙向晶閘管(或一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管)的示例性實(shí)施例中，盡管這一布局可以在較低的電流下產(chǎn)生相對(duì)較高的損耗，但是這樣的布局的優(yōu)點(diǎn)在于能夠抵御相對(duì)較高的短期電流浪涌，因?yàn)楦唠娏飨孪鄬?duì)較低的電壓降，以及瞬態(tài)熱響應(yīng)特性。
可以設(shè)想，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可以采用固態(tài)開(kāi)關(guān)電路204通過(guò)控制電流脈沖執(zhí)行諸如電動(dòng)機(jī)的負(fù)載的軟啟動(dòng)(或停止)。通過(guò)對(duì)應(yīng)于交流源電壓或交變負(fù)載電流的可變相位角切換固態(tài)電路，能夠調(diào)整由施加至電動(dòng)機(jī)的電流脈沖流產(chǎn)生的電能。例如，在首先對(duì)電動(dòng)機(jī)通電時(shí)，隨著電壓接近零，能夠?qū)ü虘B(tài)開(kāi)關(guān)電路204，使之接近電壓零。這將導(dǎo)致小的電流脈沖。所述電流將升高，大致在電壓達(dá)到零時(shí)達(dá)到峰值，之后隨著電壓的反轉(zhuǎn)將降至零。射角(相位角)將逐漸前進(jìn)(advanced)，從而產(chǎn)生較大的電流脈沖，直到電流達(dá)到預(yù)期值，例如，三倍于額定負(fù)載。最終，隨著電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，電流幅度持續(xù)減弱，射角進(jìn)一步前進(jìn)，直到最終全線路(full line)電壓連續(xù)施加到電動(dòng)機(jī)為止。對(duì)于希望了解有關(guān)采用固態(tài)開(kāi)關(guān)電路的示例性軟啟動(dòng)技術(shù)的一般背景信息的讀者而言，可以參考頒發(fā)給與本發(fā)明相同的受讓人的發(fā)明名稱為“Apparatus and Three Phase Induction Motor Startingand Stopping Control Method”的美國(guó)專利No.5341080。
在初始啟動(dòng)電流減退到適當(dāng)?shù)乃街?，可以采用合適的與MEMS兼容的開(kāi)關(guān)技術(shù)，或者通過(guò)接近跨過(guò)所述固態(tài)開(kāi)關(guān)電路的電壓降而導(dǎo)通所述基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路202，其中，假設(shè)所述電壓降包括相對(duì)較小的電壓。在這一點(diǎn)上，能夠使FET開(kāi)關(guān)210和219關(guān)斷。圖12示出了開(kāi)關(guān)系統(tǒng)200的狀況，其中，通過(guò)基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路202承載穩(wěn)態(tài)電流(被標(biāo)示為“Iss”)。
注意，在跨過(guò)其開(kāi)關(guān)接觸存在電壓的情況下基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路應(yīng)當(dāng)不閉合成導(dǎo)電開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)通過(guò)所述接觸存在電流的情況下，所述電路應(yīng)當(dāng)不斷開(kāi)至非導(dǎo)電開(kāi)關(guān)狀態(tài)。與MEMS兼容的開(kāi)關(guān)技術(shù)的一個(gè)例子可以是在圖1-9的背景下給出了描述和/或圖示的脈沖形成技術(shù)。
可以通過(guò)將所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)配置為執(zhí)行軟開(kāi)關(guān)或波上點(diǎn)(point-on-wave)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)與MEMS兼容的開(kāi)關(guān)技術(shù)的另一個(gè)例子，由此可以使開(kāi)關(guān)電路202中的一個(gè)或多個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)在跨過(guò)開(kāi)關(guān)電路202的電壓為零或非常接近零時(shí)閉合，在通過(guò)開(kāi)關(guān)電路202的電流為零或接近零時(shí)斷開(kāi)。對(duì)于希望了解有關(guān)這樣的技術(shù)的背景信息的讀者而言，可以參考2005年12月20日提交的名為“Micro-ElectromechanicalSystem Based Soft Switching”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.11/314879(代理文檔號(hào)No.162191-1)。
通過(guò)在跨過(guò)開(kāi)關(guān)電路202的電壓為零或非常接近零時(shí)閉合開(kāi)關(guān)，即使多個(gè)開(kāi)關(guān)并非都在相同的時(shí)刻閉合，也能夠隨著開(kāi)關(guān)的關(guān)閉在一個(gè)或多個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)的接觸之間保持低電場(chǎng)。如上文所述，可以將控制電路配置為使開(kāi)關(guān)電路202的一個(gè)或多個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和閉合與交流源電壓或交變負(fù)載電路電流發(fā)生零交叉同步。如果在啟動(dòng)事件過(guò)程中產(chǎn)生了故障，那么將過(guò)電流保護(hù)電路206配置為保護(hù)下游負(fù)載以及相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電路。如圖13中所示，通過(guò)向過(guò)電流保護(hù)電路206傳輸故障電流(Ifault)而實(shí)現(xiàn)這一保護(hù)。
注意，盡管從頂層來(lái)看電子機(jī)械和固態(tài)開(kāi)關(guān)電路在概念上可能似乎具有基本相互類似的性能，但是在實(shí)際當(dāng)中，這樣的開(kāi)關(guān)電路可以表現(xiàn)出各自的截然不同的操作特性，因?yàn)槠浠诟静煌奈锢碓砉ぷ?，因而必須?duì)過(guò)電流保護(hù)電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲茫钥紤]這樣的特性，并適當(dāng)?shù)丶?lì)開(kāi)關(guān)電路。例如，MEMS開(kāi)關(guān)可以涉及懸臂梁的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)斷開(kāi)接觸，而場(chǎng)效應(yīng)固態(tài)開(kāi)關(guān)一般涉及電壓感應(yīng)通道中的載荷子的移動(dòng)，而雙極固態(tài)開(kāi)關(guān)則涉及反偏結(jié)內(nèi)的載荷子的注入。將清除載流子所需的時(shí)間稱為恢復(fù)時(shí)間，這一恢復(fù)時(shí)間的范圍可能是從<1μs的時(shí)間到>100μs的時(shí)間。例如，如果固態(tài)開(kāi)關(guān)接近故障，那么過(guò)電流保護(hù)電路206應(yīng)當(dāng)能夠吸收故障電流，并保護(hù)所述固態(tài)開(kāi)關(guān)和下游負(fù)載，直到開(kāi)關(guān)通道完全暢通(cleared)并完全斷開(kāi)所述開(kāi)關(guān)為止。在過(guò)電流保護(hù)電路206包括脈沖電路52和平衡二極管電橋31的情況下，可以表明，脈沖特性(例如脈沖電路形成的脈沖的寬度和/或高度)可能對(duì)下游保護(hù)的質(zhì)量造成影響。例如，過(guò)電流保護(hù)電路206應(yīng)當(dāng)能夠生成具有充分的寬度和/或高度的脈沖，以適應(yīng)并聯(lián)固態(tài)開(kāi)關(guān)電路的恢復(fù)時(shí)間，以及適應(yīng)基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路的故障保護(hù)。
注意，就故障電流中斷而言，存在兩種固態(tài)開(kāi)關(guān)電路的一般類別。一些固態(tài)開(kāi)關(guān)(例如FET)在關(guān)斷時(shí)可能內(nèi)在地迫使零電流條件的產(chǎn)生。其他的(例如SCR)不能迫使這樣的零電流條件產(chǎn)生。能夠迫使零電流條件的產(chǎn)生的固態(tài)開(kāi)關(guān)電路可以不需要借助過(guò)電流保護(hù)電路206來(lái)執(zhí)行故障過(guò)程中的電流限制。不能迫使零電流條件產(chǎn)生的固態(tài)開(kāi)關(guān)電路一般需要過(guò)電流保護(hù)電路206。
如前所述，應(yīng)當(dāng)實(shí)施合適的控制技術(shù)在基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路和固態(tài)開(kāi)關(guān)電路之間有選擇地來(lái)回轉(zhuǎn)移電流。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，這樣的控制技術(shù)可以以每一開(kāi)關(guān)電路的相應(yīng)電損耗模型為基礎(chǔ)。例如，基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路的電損耗(和伴隨的溫度升高)一般與負(fù)載電流的平方成比例，而固態(tài)開(kāi)關(guān)電路中的損耗(和伴隨的溫度升高)一般與負(fù)載電流的絕對(duì)值成比例。而且，固體器件的熱容量一般大于基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路的熱容量。相應(yīng)地，對(duì)于正常的負(fù)載電流值而言，可以設(shè)想基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路將承載所述電流，而對(duì)于瞬時(shí)的過(guò)載電流而言，可以設(shè)想固態(tài)開(kāi)關(guān)電路承載所述電流。因而，可以設(shè)想在瞬時(shí)過(guò)載狀態(tài)下來(lái)回轉(zhuǎn)移電流。
在下文中將討論三種用于在基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路和固態(tài)開(kāi)關(guān)電路之間來(lái)回轉(zhuǎn)移負(fù)載電流的示例性技術(shù)。一種示例性技術(shù)設(shè)想采用雙過(guò)電流保護(hù)電路，例如，如圖14所示，其中，以并聯(lián)電路使第一過(guò)電流保護(hù)電路2061和第二過(guò)電流保護(hù)電路2062與基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路和固態(tài)開(kāi)關(guān)電路連接，以輔助所述轉(zhuǎn)移(在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該第二過(guò)電流保護(hù)電路還可以包括脈沖電路52和平衡二極管電橋31，在圖1-9的背景下對(duì)這一點(diǎn)給出了圖示和/或說(shuō)明)。
注意，如果所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)僅采用了單個(gè)過(guò)電流保護(hù)電路206，那么在發(fā)生與基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路相關(guān)的開(kāi)關(guān)事件時(shí)，將激活所述單個(gè)過(guò)電流保護(hù)電路。但是，如果在此后的短時(shí)間內(nèi)將產(chǎn)生故障，那么單個(gè)過(guò)電流保護(hù)電路206可能無(wú)法準(zhǔn)備好被重新激活，以保護(hù)所述開(kāi)關(guān)電路。如上所述，過(guò)電流保護(hù)電路206基于脈沖技術(shù)工作，而這樣的電路不會(huì)在脈沖發(fā)射后即刻準(zhǔn)備好立刻工作。例如，其必須等待一定的時(shí)間段，以便對(duì)脈沖電路52中的脈沖電容器重新充電。
涉及冗余過(guò)電流保護(hù)電路的技術(shù)將確保，一個(gè)過(guò)電流保護(hù)電路(例如電路2062)是空閑的并且準(zhǔn)備好在發(fā)生了故障的情況下輔助電流限制，即使另一個(gè)過(guò)電流保護(hù)電路2061剛剛執(zhí)行了與普通開(kāi)關(guān)事件(非故障驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)事件)相關(guān)的脈沖輔助開(kāi)關(guān)。這一技術(shù)被認(rèn)為能夠以相對(duì)簡(jiǎn)單的控制提供充分的設(shè)計(jì)靈活性，但是其需要雙過(guò)電流保護(hù)電路而不是單過(guò)電流保護(hù)電路。注意，這一技術(shù)與任何類型的固態(tài)開(kāi)關(guān)電路兼容。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在包括冗余過(guò)電流保護(hù)電路的示例性實(shí)施例中，這樣的電路應(yīng)當(dāng)包括雙脈沖電路52而不必包括雙平衡二極管電橋31。例如，如果所述第一過(guò)電流保護(hù)電路包括相應(yīng)的脈沖電路52和相應(yīng)的平衡二極管電橋31，那么第二過(guò)電流保護(hù)電路可以只包括被配置為向所述第一過(guò)保護(hù)電路的平衡二極管電橋31施加適當(dāng)?shù)拿}沖電流(在必要時(shí))的相應(yīng)脈沖電路52。反之，如果所述第二過(guò)電流保護(hù)電路包括相應(yīng)的脈沖電路52和相應(yīng)的平衡二極管電橋31，那么第一過(guò)電流保護(hù)電路可以只包括被配置為向所述第二過(guò)保護(hù)電路的平衡二極管電橋31施加適當(dāng)?shù)拿}沖電流(在必要時(shí))的相應(yīng)脈沖電路52。
第二項(xiàng)示例性技術(shù)是對(duì)轉(zhuǎn)移的執(zhí)行進(jìn)行定時(shí)，使之與零電流吻合。這消除了對(duì)第二過(guò)電流保護(hù)電路的需求，并且也與任何類型的固態(tài)開(kāi)關(guān)電路兼容。但是，這一技術(shù)可能涉及相對(duì)更為精密的控制，并且在某些情況下可能需要徹底關(guān)閉系統(tǒng)。第三示例性技術(shù)是通過(guò)協(xié)調(diào)MEMS開(kāi)關(guān)電路和固態(tài)開(kāi)關(guān)電路的斷開(kāi)和閉合而執(zhí)行電流轉(zhuǎn)移。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以在固態(tài)開(kāi)關(guān)電路具有相對(duì)小的電壓降的情況下采用這一技術(shù)。
在任何情況下，都應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可以將所述控制策略配置為判斷何時(shí)操作過(guò)電流保護(hù)電路(單或雙過(guò)電流保護(hù)電路)，以及判斷何時(shí)(例如)響應(yīng)于與開(kāi)關(guān)電路中相應(yīng)的一個(gè)的電流承載能力相適應(yīng)的負(fù)載電流條件而斷開(kāi)和閉合相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電路。一般原理在于，當(dāng)在交變電流路徑之間來(lái)回轉(zhuǎn)移電流時(shí)準(zhǔn)備好執(zhí)行故障電流限制，當(dāng)負(fù)載電流接近任一負(fù)載電流承載路徑的最大容量時(shí)準(zhǔn)備好執(zhí)行電流限制和電路斷電。一種示例性控制策略可以如下 在預(yù)期將存在大的初始電流時(shí)，采用固態(tài)開(kāi)關(guān)電路對(duì)負(fù)載通電。在電流落在基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路的額定值內(nèi)之后，將負(fù)荷轉(zhuǎn)移至基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路。
當(dāng)在正常條件下希望對(duì)負(fù)載斷電時(shí)，同樣執(zhí)行所述操作，而不管當(dāng)時(shí)是哪一開(kāi)關(guān)電路在承載電流。如果是基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路，那么采用波上點(diǎn)開(kāi)關(guān)使之在零電流上關(guān)斷。
在模擬或感測(cè)的溫度的基礎(chǔ)上，確定基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路和固態(tài)開(kāi)關(guān)電路二者的相應(yīng)溫度。如果所述溫度中的任何一個(gè)被判斷為接近相應(yīng)的熱額定極限，或者如果負(fù)載電流正在接近相應(yīng)的最大電流承載能力(例如，在故障條件下或者在嚴(yán)重過(guò)載情況下)，那么執(zhí)行瞬時(shí)電流中斷(借助過(guò)電流保護(hù)電路)并斷開(kāi)基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路和固態(tài)開(kāi)關(guān)電路二者。這一動(dòng)作搶先于(pre-empt)任何其他控制動(dòng)作。在允許重新閉合的開(kāi)關(guān)動(dòng)作之前等待復(fù)位。
在正常操作下，可以采用每一相應(yīng)開(kāi)關(guān)電路的相應(yīng)熱條件判斷是否有電流通過(guò)基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路或固態(tài)開(kāi)關(guān)電路。如果一個(gè)開(kāi)關(guān)電路正在接近其熱或電流極限，而另一開(kāi)關(guān)電路仍然具有熱裕量，那么可以自動(dòng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移。準(zhǔn)確定時(shí)將取決于開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)移技術(shù)。例如，在脈沖輔助轉(zhuǎn)移中，可能在需要轉(zhuǎn)移時(shí)就基本上立刻發(fā)生轉(zhuǎn)移。在基于波上點(diǎn)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)移中，將一直執(zhí)行(例如延續(xù))這樣的轉(zhuǎn)移，直到產(chǎn)生下一個(gè)可用的電流零交叉為止。對(duì)于推遲的轉(zhuǎn)移而言，在針對(duì)轉(zhuǎn)移判決的設(shè)置中應(yīng)當(dāng)存在一定的裕量，從而使得在下一零電流之前成功地推遲轉(zhuǎn)移成為可能。
圖15示出了開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的電路細(xì)節(jié)。例如，圖15示出了對(duì)來(lái)自控制器208的控制信號(hào)做出響應(yīng)的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)器220、222、224和228，所述控制信號(hào)分別用于驅(qū)動(dòng)基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路206、固態(tài)開(kāi)關(guān)電路204、第一脈沖開(kāi)關(guān)54和第二脈沖開(kāi)關(guān)229。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，將第一脈沖開(kāi)關(guān)54耦合至在操作上構(gòu)成了調(diào)諧諧振電路的相應(yīng)的脈沖電容器56和脈沖電感器58，可以將第一脈沖開(kāi)關(guān)54配置為與基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通事件相關(guān)聯(lián)向電橋二極管28施加脈沖，如在圖1-9的背景下所述。也就是說(shuō)，通過(guò)在適當(dāng)選擇的時(shí)刻形成脈沖確保在基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路將要閉合時(shí)跨過(guò)基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路的端子的電壓等于零(或者基本等于零)?；旧希Y(jié)合微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通至導(dǎo)電狀態(tài)而生成所述脈沖信號(hào)。
在這一示例性實(shí)施例中，將第二脈沖開(kāi)關(guān)229耦合至在操作上構(gòu)成了調(diào)諧諧振電路的相應(yīng)脈沖電感器230和脈沖電容器234，可以將第二脈沖開(kāi)關(guān)229配置為與基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路的關(guān)斷事件相關(guān)聯(lián)向電橋二極管28施加脈沖。也就是說(shuō)，通過(guò)在適當(dāng)選擇的時(shí)刻形成脈沖，確保在基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路將要斷開(kāi)時(shí)通過(guò)基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路的電流等于零(或者基本等于零)?；旧?，結(jié)合微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路關(guān)斷至非導(dǎo)電狀態(tài)而生成所述脈沖信號(hào)?？梢越Y(jié)合上述波上點(diǎn)(POW)技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目的，由此為開(kāi)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供更高級(jí)別的魯棒性。例如，設(shè)想這一脈沖輔助導(dǎo)通技術(shù)可以允許體現(xiàn)了本發(fā)明的各個(gè)方面的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用于這樣的應(yīng)用當(dāng)中，其中，電源電壓的質(zhì)量可能不適合單獨(dú)采用POW開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)始終可靠的操作。注意，第三脈沖電路將確保提供一個(gè)空閑的脈沖電路，其準(zhǔn)備好在發(fā)生故障的情況下，也就是說(shuō)，即使在第一和第二脈沖電路剛剛執(zhí)行完與普通開(kāi)關(guān)事件(非故障驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)事件)相關(guān)的脈沖輔助開(kāi)關(guān)時(shí)輔助電流限制。這是結(jié)合圖14討論的冗余過(guò)電流保護(hù)原理的擴(kuò)展。
圖15還示出了連接至控制器208的用于感測(cè)電流的電流傳感器226，可以采用其判斷與所述開(kāi)關(guān)電路中相應(yīng)的一個(gè)的電流承載能力相適應(yīng)的負(fù)載電流條件以及可能影響所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的故障條件。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，模塊間控制能夠?qū)Τ跫?jí)輸入命令進(jìn)行中繼，例如，為電壓可調(diào)節(jié)MEMS開(kāi)關(guān)電路模塊陣列提供伽伐尼(galvanically)隔離控制信號(hào)。
由于電壓分級(jí)網(wǎng)絡(luò)和與基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路并聯(lián)的過(guò)電流保護(hù)電路，有可能在關(guān)斷狀態(tài)存在一定的泄漏電流。因此，對(duì)于在跳閘(tripped)狀態(tài)下要求零泄漏的應(yīng)用而言，可以添加隔離接觸器。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，不必將這樣的隔離接觸器設(shè)計(jì)為中斷大水平的負(fù)載電流，可以只將其設(shè)計(jì)為承載額定電流并抵御適當(dāng)電介質(zhì)電壓，這樣能夠極大降低其尺寸。
現(xiàn)在，顯然在上述說(shuō)明中公開(kāi)的體現(xiàn)了本發(fā)明的各個(gè)方面的電路能夠以可靠的并且經(jīng)濟(jì)有效的方式實(shí)現(xiàn)斷路器所需的每一元件和/或操作功能例如，可以基于電流幅度將用于表征斷路器的反比時(shí)間關(guān)系，例如，由(I^2*t＝K，其中，所容許的過(guò)載的持續(xù)時(shí)間使得時(shí)間(t)與電流(I)的平方的乘積為常數(shù)K)定義的過(guò)電流曲線，按照常規(guī)劃分成三段例如，長(zhǎng)時(shí)間(例如，較大K)，短時(shí)間(例如，較小K)和瞬時(shí)。注意，長(zhǎng)時(shí)間和短時(shí)間段一般涉及比半周期長(zhǎng)得多的時(shí)間，因而可受波上點(diǎn)開(kāi)關(guān)的影響。但是，還要注意，瞬時(shí)段一般需要可以由基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路提供的充分快的亞半周期開(kāi)關(guān)，因?yàn)檫@可能是由于短路引起的，所述短路可能爆發(fā)性地在不到1毫秒的時(shí)間內(nèi)達(dá)到幾千安培的電流。因此，例如，在操作當(dāng)中，體現(xiàn)了本發(fā)明的各個(gè)方面的電路創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)了斷路器中可能需要的每一元件和/或操作功能，以滿足其在每一上述操作段上的操作要求。
附錄1和2描述了就實(shí)際情況而言與體現(xiàn)了本發(fā)明的各個(gè)方面的過(guò)電流保護(hù)電路相關(guān)的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析基礎(chǔ)。
盡管文中已經(jīng)描述和圖示了本發(fā)明的某些特征，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言很多修改和變化是顯而易見(jiàn)的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求涵蓋所有落在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神內(nèi)的此類修改和變化。
附錄1 體現(xiàn)了本發(fā)明的各個(gè)方面的過(guò)電流保護(hù)電路能夠在公開(kāi)開(kāi)關(guān)操作過(guò)程中，即在開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中為相關(guān)的基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路提供保護(hù)。在不采用二極管電橋的情況下，如果使微開(kāi)關(guān)閉合形成一電壓或者在負(fù)載電流下斷開(kāi)，那么基于MEMS的開(kāi)關(guān)電路，例如，MEMS微開(kāi)關(guān)陣列可能受到損壞。
因此，將在閉合事件中閉合的第一微開(kāi)關(guān)和將在斷開(kāi)事件中斷開(kāi)的最后一個(gè)微開(kāi)關(guān)將承載所述開(kāi)關(guān)操作的全部負(fù)荷，而這一負(fù)荷并非是單個(gè)微開(kāi)關(guān)所能承受的。二極管電橋提供了低電阻并聯(lián)路徑，從而能夠在開(kāi)關(guān)事件中保護(hù)微開(kāi)關(guān)。在閉合過(guò)程中，將第一過(guò)電流保護(hù)電路配置為在開(kāi)關(guān)閉合之前使跨過(guò)所述開(kāi)關(guān)陣列的電壓衰減。在斷開(kāi)過(guò)程中，第二過(guò)電流保護(hù)電路在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的同時(shí)使電流從開(kāi)關(guān)陣列分流。
在理想化的條件下，對(duì)所述開(kāi)關(guān)陣列分流的所述二極管電橋的兩個(gè)分支應(yīng)當(dāng)相當(dāng)于理想的短路，從而在兩個(gè)分支之間確立零電壓降，而不管正在轉(zhuǎn)移多少電流。理想地，開(kāi)關(guān)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行冷切換，即，在斷開(kāi)時(shí)沒(méi)有通過(guò)它的電流。但是，在實(shí)際電路中，所述二極管將具有一定的電壓降，并且由于所述二極管未必恰好匹配，因而在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)可能存在跨過(guò)開(kāi)關(guān)的殘余電壓，從而導(dǎo)致了暖切換。如果所述電壓足夠大，那么在熱切換條件下有可能產(chǎn)生接觸腐蝕和/或熔接。實(shí)際上，跨過(guò)二極管電橋的分支的殘余電壓的電平基本上限定操作限制。
類似地，在陣列中的最后一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，可能存在流經(jīng)其的相對(duì)較小的電流量，所述電流幾乎被立即轉(zhuǎn)移到第二二極管電橋內(nèi)，從而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的小的感應(yīng)電壓沖擊(kick)。附錄1討論了殘余電橋電壓的影響，并且給出了可以用來(lái)分析和設(shè)計(jì)二極管電橋和緩沖電路的方程。在這一附錄1中對(duì)結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)。
這一分析關(guān)注關(guān)斷操作，因?yàn)槠鋵?duì)開(kāi)關(guān)造成的壓力比導(dǎo)通操作大。在關(guān)斷操作當(dāng)中，可能需要注意的示例性事件序列包括 ●在生成關(guān)斷脈沖之前，假設(shè)閉合了MEMS微開(kāi)關(guān)并聯(lián)陣列中的每一開(kāi)關(guān)，從而使其承載滿載電流。可能存在跨過(guò)所述陣列的電壓，該電壓通常為幾十伏，即，等于負(fù)載電流乘以陣列的純電阻?？梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)的熱模型獲得陣列內(nèi)開(kāi)關(guān)的熱點(diǎn)溫度響應(yīng)于變化的陣列電壓的升高和下降。將存在取決于跨過(guò)開(kāi)關(guān)陣列的電壓的均方根值的平均溫度，以及取決于變化的電壓和熱模型的溫度波動(dòng)?；军c(diǎn)在于在觸發(fā)關(guān)斷脈沖之前所述接觸可以是熱的。
●在一個(gè)示例性實(shí)施例中，關(guān)斷脈沖電路可以形成近似正弦的電流脈沖，其持續(xù)時(shí)間大約為相應(yīng)電感器和電容器的共振頻率的半個(gè)周期。在關(guān)斷電流超過(guò)了負(fù)載電流的時(shí)間間隔內(nèi)，二極管電橋內(nèi)的所有四個(gè)二極管均沿正向傳導(dǎo)電流，從而導(dǎo)致跨過(guò)MEMS微開(kāi)關(guān)陣列產(chǎn)生低電壓。所述電壓可以具有相對(duì)小的值，但是很可能是非零的，并且隨時(shí)間變化。具體的行為取決于各種因素，例如，電橋的平衡情況、二極管特性、負(fù)載電流和關(guān)斷脈沖的特性。
●在關(guān)斷操作過(guò)程中，跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)的電壓的波形的細(xì)節(jié)可以取決于二極管特性、其參數(shù)變化、瞬時(shí)關(guān)斷電流和瞬時(shí)負(fù)載電流。在關(guān)斷脈沖的開(kāi)始和結(jié)束位置或者在中間位置可能產(chǎn)生最壞情況電壓。如果所述電橋得到了很好的平衡，那么最低電壓將出現(xiàn)在關(guān)斷脈沖的峰值處。反之，如果所述電橋平衡情況差，那么最高電壓將出現(xiàn)在關(guān)斷脈沖的峰值處。如果二極管電阻主導(dǎo)二極管電壓，那么殘余電壓將主要取決于負(fù)載電流，并且在關(guān)斷脈沖期間不會(huì)發(fā)生很大變化。
●當(dāng)在每一開(kāi)關(guān)仍然閉合的關(guān)斷脈沖的開(kāi)始部分內(nèi)，將一些負(fù)載電流從開(kāi)關(guān)陣列轉(zhuǎn)移到二極管電橋內(nèi)，從而降低跨過(guò)所述陣列的電壓。但是，所轉(zhuǎn)移的電流量相對(duì)較小。其原因在于，開(kāi)關(guān)陣列一般將提供電阻比通過(guò)二極管電橋的路徑低得多的路徑。
●在所述過(guò)程中的某一點(diǎn)上，所述開(kāi)關(guān)開(kāi)始斷開(kāi)。在實(shí)際電路中，這樣的開(kāi)關(guān)可能未必總是恰好在同一時(shí)間上斷開(kāi)。存在極大地取決于機(jī)械變化的時(shí)間分布，第一個(gè)和最后一個(gè)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)時(shí)間間隔可能大約為幾百納秒。對(duì)于指定應(yīng)用而言，可能希望確定這樣的分布。
●隨著每一獨(dú)立開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，陣列電阻值存在類似于臺(tái)階的逐漸增大。在開(kāi)關(guān)開(kāi)始斷開(kāi)時(shí)，假設(shè)其并非所述時(shí)間分布中的最后一個(gè)開(kāi)關(guān)，那么其在總負(fù)載電流中的份額最初將轉(zhuǎn)移到陣列中仍然閉合的開(kāi)關(guān)內(nèi)，這導(dǎo)致了陣列電壓的升高，從而導(dǎo)致陣列電壓和二極管電橋電壓之間的電壓失衡。所述電壓失衡將跨過(guò)電橋環(huán)路電感出現(xiàn)，從而驅(qū)動(dòng)L-R浪涌，由此在下一開(kāi)關(guān)斷開(kāi)之前使電橋和陣列之間的電流份額重新平衡。
●在前幾個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的同時(shí)，大部分負(fù)載電流流經(jīng)陣列內(nèi)剩余的閉合開(kāi)關(guān)。隨著更多的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，以及陣列電阻的增大，負(fù)載電流轉(zhuǎn)移到二極管電橋內(nèi)。在最后幾個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的同時(shí)，大部分負(fù)載電流流經(jīng)二極管電橋，從而產(chǎn)生了電橋電壓，這是這一分析的焦點(diǎn)。通過(guò)最后幾個(gè)開(kāi)關(guān)的電流等于電橋電壓除以開(kāi)關(guān)電阻或等效開(kāi)關(guān)電阻，所述電阻是針對(duì)這樣的配置而言的，其中，在最終中斷導(dǎo)電路徑時(shí)，仍然存在由幾個(gè)傳導(dǎo)電流的閉合開(kāi)關(guān)構(gòu)成的串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
●將出現(xiàn)流經(jīng)MEMS開(kāi)關(guān)的剩余電流被中斷并轉(zhuǎn)移到二極管電橋內(nèi)的時(shí)刻，所述中斷和轉(zhuǎn)移將形成暖切換。所中斷的電流量取決于開(kāi)關(guān)的電阻和二極管電橋的電特性。在關(guān)斷操作之前，所述電流可能顯著小于或大于流經(jīng)所述開(kāi)關(guān)的電流，因而所述電流可能顯著小于或大于所述開(kāi)關(guān)的暖切換能力。此外，在最后一個(gè)開(kāi)關(guān)的接觸從低電阻移動(dòng)到開(kāi)路的時(shí)間間隔(例如，毫秒的相對(duì)較小的一部分)內(nèi)，需要小的感應(yīng)電壓沖擊將電流從所述最后一個(gè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)移到過(guò)電流保護(hù)電路內(nèi)(配置成用于關(guān)斷)。事實(shí)上，從實(shí)際的觀點(diǎn)來(lái)看，所述時(shí)間間隔不如為零。在這種情況下，可以提供相對(duì)小的緩沖電容器來(lái)控制感應(yīng)沖擊。
如上文所述，暖切換和所述事件序列中最后步驟內(nèi)的感應(yīng)電壓沖擊將導(dǎo)致接觸粘結(jié)、熔接、熔化和/或電弧放電。即使沒(méi)有任何大的接觸損壞，也可能產(chǎn)生細(xì)微的接觸腐蝕，從而最終限制接觸的使用壽命。
在導(dǎo)通過(guò)程中也可能對(duì)接觸造成損壞。注意，導(dǎo)通過(guò)程中的適用的很多步驟與關(guān)斷過(guò)程中的相同，只是這樣的步驟可能處于相反順序。因此，下述的很多分析適用于任一情況?？赡艽嬖诘囊恍┟黠@差異如下 ●在導(dǎo)通的開(kāi)始，不存在負(fù)載電流的流動(dòng)。電流可能迅速升高，尤其是在存在故障的情況下，但是由于其從零開(kāi)始，因而預(yù)計(jì)其不會(huì)達(dá)到可能在關(guān)斷操作過(guò)程中流動(dòng)的電流。
●可以預(yù)計(jì)感應(yīng)電壓沖擊并不象關(guān)斷操作中的那樣。該問(wèn)題的相反之處在于，緩沖電容器將隨著開(kāi)關(guān)電壓的暴跌而輸送電流。但是，緩沖電容器放電電流流經(jīng)二極管電橋而非MEMS開(kāi)關(guān)。
在關(guān)斷操作過(guò)程中，用于將電流轉(zhuǎn)移到二極管電橋內(nèi)的最后一個(gè)開(kāi)關(guān)可以在短時(shí)間周期(大約幾百納秒)內(nèi)傳導(dǎo)額外電流，并預(yù)計(jì)執(zhí)行所述電流的暖切換。所述電流量近似等于二極管電橋產(chǎn)生的殘余電壓除以所述開(kāi)關(guān)的電阻。在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，感應(yīng)沖擊可能在開(kāi)關(guān)處產(chǎn)生短時(shí)間的高壓脈沖，其升高速度高于接觸縫隙的電擊穿電壓升高的速度，從而導(dǎo)致在非常短的時(shí)間量?jī)?nèi)產(chǎn)生電弧放電。
理想地，在二極管電橋?qū)щ姷耐瑫r(shí)，希望跨過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)陣列的電壓為零。其將為MEMS開(kāi)關(guān)創(chuàng)造冷切換條件。但是，將存在導(dǎo)致“暖切換”條件，乃至“熱切換”條件的殘余電壓。存在兩種能夠?qū)е逻@一電壓的效應(yīng) 1.跨過(guò)電橋內(nèi)的每一二極管的正向電壓不是理想值零。相反，每一二極管根據(jù)流經(jīng)其的電流而產(chǎn)生小的電壓。當(dāng)陣列內(nèi)的最后一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，大部分負(fù)載電流在該點(diǎn)流經(jīng)二極管電橋。因此，每一二極管并非恰好承載相同的電流。即使所述電橋內(nèi)所有的四個(gè)二極管都是恰好等同的，所述電橋也可能因負(fù)載電流而失衡，從而在最后一個(gè)斷開(kāi)的MEMS開(kāi)關(guān)兩端產(chǎn)生電壓。
2.所述電橋內(nèi)的四個(gè)二極管不具有等同的電特性。其可能導(dǎo)致額外的電橋失衡。
在附錄2所包含的電路分析中分析了這兩種效應(yīng)的理論基礎(chǔ)。在下文中將對(duì)所述結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。圖示E1中示出了電流轉(zhuǎn)移的最后階段內(nèi)的示例性等效電路。電壓ΔV是由標(biāo)稱二極管電壓和失衡變化導(dǎo)致的跨過(guò)二極管電橋的分支的殘余電壓。ΔV基于除以開(kāi)關(guān)電阻的電壓建立了流經(jīng)最后一個(gè)開(kāi)關(guān)的電流，此外還基于緩沖電容器建立了小電壓。脈沖形成電感器(LHALT)和緩沖電感器(CSNUB)表示所述轉(zhuǎn)移中涉及的相應(yīng)電感。脈沖形成電感器的電感表示完成電流從開(kāi)關(guān)到過(guò)電流保護(hù)電路的轉(zhuǎn)移所需的回路電流的電感，其可以是幾十納亨左右。緩沖電感表示將緩沖電容器連接至開(kāi)關(guān)陣列的雜散電感。所述連接應(yīng)當(dāng)盡可能緊，以降低這一電感的值。有可能將緩沖連接的雜散電感限制為幾納亨。緩沖電阻是可以與緩沖電容器串聯(lián)的電阻器。
最后一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)的模型是與理想化開(kāi)關(guān)串聯(lián)的接觸電阻。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)開(kāi)關(guān)實(shí)際斷開(kāi)的速度，將這樣的開(kāi)關(guān)的模型設(shè)置為隨時(shí)間變化的電阻，其以閉合接觸電阻為起點(diǎn)，在接觸壓力達(dá)到零所需的時(shí)間間隔內(nèi)，例如，在大約0.01到10納秒的周期內(nèi)爬升至無(wú)限大。

暖切換條件的最后階段內(nèi)的等效電路的圖示E1 殘余電橋電壓的影響 根據(jù)方程(1)，跨過(guò)最后一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)的電壓ΔV等于兩種效應(yīng)產(chǎn)生的電壓之和，電流等于所述電壓除以一組接觸的接觸電阻。
|ΔV|＝|ΔV標(biāo)稱|+|ΔV變化|＝最后斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)上的殘余電壓
R開(kāi)關(guān)＝單個(gè)接觸的電阻 方程(1) |ΔV標(biāo)稱|＝由于標(biāo)稱二極管電壓導(dǎo)致的殘余電壓 |ΔV變化|＝由于二極管電壓變化導(dǎo)致的殘余電壓 應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，采用絕對(duì)值運(yùn)算符的目的在于強(qiáng)調(diào)我們不關(guān)心電壓的符號(hào)，而且我們依賴產(chǎn)生相反符號(hào)的電壓的兩種效應(yīng)。我們關(guān)心的只是所述效應(yīng)的幅度以及所述幅度的總和。
通過(guò)方程(2)給出了在正向傳導(dǎo)過(guò)程中可以在二極管電橋電路中采用的半導(dǎo)體二極管的類型的電壓-電流特性的示例性模型 I＝二極管電流 V＝二極管電壓 方程(2) VD(T)，ID(T)，RD＝二極管模型參數(shù) T＝溫度 從方程(2)中的模型開(kāi)始，可以相對(duì)于關(guān)斷脈沖電流、負(fù)載電流和二極管模型參數(shù)獲得由第一效應(yīng)導(dǎo)致的跨過(guò)最后一個(gè)打開(kāi)的開(kāi)關(guān)的電壓的閉形表達(dá)式。有關(guān)細(xì)節(jié)參考附錄2。通過(guò)方程(3)給出了由標(biāo)稱二極管電壓導(dǎo)致的殘余電壓的準(zhǔn)確近似，其中，二極管參數(shù)來(lái)自于方程(2)
|IL|＝當(dāng)最后一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)負(fù)載電流的幅度 方程(3) |IH|＝當(dāng)最后一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)HALT脈沖電流的幅度 注意，方程(3)所研究的并非是關(guān)斷脈沖電流的峰值，而是在最后一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的瞬間流動(dòng)的脈沖電流。就作為時(shí)間的函數(shù)的關(guān)斷脈沖電流和負(fù)載電流而言，也可以將方程(3)看作表示作為時(shí)間的函數(shù)的可能的標(biāo)稱殘余電壓。
為了具有啟發(fā)性，我們來(lái)看一種典型情況。首先，采用示例性的二極管參數(shù)。如附錄2中解釋的，我們的實(shí)驗(yàn)性測(cè)試中采用的二極管類型，例如二極管類型PDU 540的電壓電流特性具有通過(guò)方程(4)給出的在25攝氏度提供的型號(hào)參數(shù)。
VD＝0.027伏特 RD＝0.024歐姆 方程(4) ID＝1.0E-10安培 在我們的測(cè)試之一中，我們嘗試轉(zhuǎn)移10安培的負(fù)載電流連同40安培的脈沖電流使之通過(guò)由四個(gè)PDU 540二極管構(gòu)成的二極管電橋。通過(guò)將這些值和二極管參數(shù)代入方程(3)，發(fā)現(xiàn)能夠通過(guò)下式給出跨過(guò)最后一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)的電壓和熱切換的電流，其中，接觸電阻為1歐姆

|ΔV標(biāo)稱|≈0.138+0.24≈0.38伏 方程(5) R開(kāi)關(guān)≈1歐姆 |I開(kāi)關(guān)|≈0.38安培 方程(3)對(duì)于單個(gè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)陣列、包括四個(gè)二極管的單個(gè)二極管電橋和單個(gè)關(guān)斷脈沖電路適用?？梢詫⑺龇匠倘菀椎?cái)U(kuò)展至其他配置。例如，假設(shè)一切條件相同，只是在電橋的4側(cè)中的每一側(cè)上存在N個(gè)并聯(lián)的二極管。在這種情況下，通過(guò)下式給出殘余電壓

方程(6) N并聯(lián)＝并聯(lián)二極管的數(shù)目 可以預(yù)期到，方程(6)揭示了，使二極管并聯(lián)布置降低了二極管電阻的影響?？赡懿惶庇^，但是通過(guò)分析可以得到這樣的結(jié)果，即，由二極管半導(dǎo)體結(jié)對(duì)殘余電壓做出的貢獻(xiàn)是不變的。注意，使二極管并聯(lián)還將降低通過(guò)每一二極管的電流。
使二極管串聯(lián)將使方程(3)的項(xiàng)都增大，因而不推薦。通過(guò)下式給出了在電橋的每一側(cè)有N個(gè)二極管串聯(lián)的布局的電壓

方程(7) N串聯(lián)＝串聯(lián)二極管的數(shù)目 另一個(gè)示例性布局是受單個(gè)二極管電橋保護(hù)的串并聯(lián)開(kāi)關(guān)陣列。方程(3)還適用于確定標(biāo)稱殘余關(guān)斷電壓，但是應(yīng)當(dāng)對(duì)方程(1)進(jìn)行修改，以確定最大的“熱切換”電流量。在開(kāi)關(guān)的串并聯(lián)陣列的斷開(kāi)過(guò)程中將出現(xiàn)并聯(lián)模塊之一的最后一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的時(shí)刻。這一開(kāi)關(guān)接收最高“熱切換”壓力，因?yàn)樵谄鋽嚅_(kāi)時(shí)，其將流經(jīng)所述串并聯(lián)陣列的所有殘余電流從所述陣列中轉(zhuǎn)移出來(lái)并使之進(jìn)入二極管電橋。當(dāng)其他模塊中存在幾個(gè)仍然閉合的開(kāi)關(guān)時(shí)，流經(jīng)壓力最大的開(kāi)關(guān)的電流將等于二極管電橋的殘余電壓除以仍然閉合的剩余開(kāi)關(guān)的串并聯(lián)連接的等效電阻。在最壞的情況下，一個(gè)模塊的斷開(kāi)可能比所有的其他串聯(lián)模塊早得多。在這種情況下，最后一個(gè)開(kāi)關(guān)的熱切換電流將等于所述殘余電壓除以一個(gè)開(kāi)關(guān)的電阻。在最好的情況下，所有的模塊幾乎同時(shí)斷開(kāi)，并使每一其他串聯(lián)模塊中恰好還有一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)。在這種情況下，最后一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)的熱切換電流等于所述殘余電壓除以幾個(gè)串聯(lián)的開(kāi)關(guān)的電阻。
另一種示例性配置在于為每一串聯(lián)模塊提供獨(dú)立的關(guān)斷電路和電橋。在這種情況下，所述串聯(lián)模塊變得解耦，并且方程(1)和(3)能夠直接適用。
方程(1)和(3)給出了如何對(duì)被配置為實(shí)施關(guān)斷的過(guò)電流保護(hù)電路和MEMS開(kāi)關(guān)陣列進(jìn)行電流和電壓縮放。一般而言，無(wú)論并聯(lián)了多少個(gè)開(kāi)關(guān)，總會(huì)存在最后一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。在最后一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，熱切換的電流量等于殘余電壓除以一個(gè)接觸的電阻。因此，為了實(shí)現(xiàn)可縮放性，一旦我們開(kāi)發(fā)出了在一定的負(fù)載電流水平上工作的構(gòu)造，那么要想取得更高的負(fù)載電流水平，我們必須生成與方程(3)給出的相同的標(biāo)稱殘余電壓。這意味著，應(yīng)當(dāng)基本上用與負(fù)載電流相同的因數(shù)縮放關(guān)斷脈沖電流，并且必須通過(guò)所述因數(shù)的倒數(shù)降低二極管電阻。對(duì)于指定二極管類型而言，一種實(shí)現(xiàn)所述目的的方式是采用很多并聯(lián)的二極管作為縮放因子。例如，從適用于10安培的負(fù)載連同40安培的關(guān)斷脈沖電流并且在電橋的每一側(cè)具有單個(gè)某種類型的二極管的第一設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為適用于100安培的負(fù)載的第二設(shè)計(jì)可能需要400安培的關(guān)斷脈沖電流和10個(gè)并聯(lián)的二極管。注意，方程(2)和(3)中的電阻參數(shù)既包括二極管電阻又包括承載電路板中的關(guān)斷電流和負(fù)載電流的導(dǎo)電跡線的電阻，因而實(shí)際上還應(yīng)當(dāng)采用與負(fù)載電流相同的因子對(duì)所述跡線的厚度進(jìn)行縮放。
方程(3)還表明，一種對(duì)電壓進(jìn)行縮放的示例性方式是提供針對(duì)每一串聯(lián)模塊包括相應(yīng)的二極管電橋的過(guò)電流保護(hù)電路(被配置用于關(guān)斷)。也就是說(shuō)，相對(duì)于所有的部分和電路而言，每一設(shè)備應(yīng)當(dāng)是自持的。之后，通過(guò)疊置這樣的自持模塊實(shí)現(xiàn)更高的電壓。我們認(rèn)為對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，在單個(gè)二極管電橋中使二極管串聯(lián)將對(duì)縮放性不利。
現(xiàn)在我們繼續(xù)分析第二種效應(yīng)。也就是說(shuō)，因二極管參數(shù)的變化而導(dǎo)致的殘余電壓的貢獻(xiàn)。用于推導(dǎo)方程(3)的假設(shè)之一是所述二極管都是等同的。事實(shí)上，實(shí)際電路中的二極管并不等同。例如，就PD 540二極管而言，電壓-電流特性是溫度的強(qiáng)函數(shù)。有幾種使二極管處于不同溫度的示例性情況。例如，它們處于諸如開(kāi)關(guān)本身的熱源附近。在關(guān)斷電路的操作過(guò)程中，它們可能受到不均勻的加熱。因此，可以認(rèn)為電橋中的四個(gè)二極管可能處于不同的溫度，并且將引起額外的殘余電壓。除了方程(3)給出的電壓之外，由于二極管參數(shù)的小偏差導(dǎo)致的二極管電橋內(nèi)部的不平衡，可能產(chǎn)生額外的電壓貢獻(xiàn)。在Exh ib it中導(dǎo)出的下述方程，關(guān)于由二極管參數(shù)中的變化導(dǎo)致的額外殘余電壓計(jì)算了最壞條件。根據(jù)標(biāo)稱值用參數(shù)的變化來(lái)表示所述電壓
|ΔV變化|＝由于二極管變化導(dǎo)致的殘余電壓 ΔVD＝VD與標(biāo)稱值的差異方程(8) ΔID＝ID與標(biāo)稱值的差異 ΔRD＝RD與標(biāo)稱值的差異 對(duì)于數(shù)值實(shí)例而言，對(duì)于前一部分中的例子而言，假設(shè)對(duì)于PDU 540二極管，相對(duì)于標(biāo)稱值存在5％的二極管參數(shù)變化。在這種情況下，將額外殘余電壓計(jì)算為 ΔVD＝0.00135伏 ΔID＝0.5E-11安培 ΔRD＝0.0012歐姆 方程(9)
|ΔV變化|≈0.078+0.0027+0.048≈0.129伏 注意，這里并不是說(shuō)一定要遇到5％的二極管參數(shù)偏差，我們的目的在于表明所述效應(yīng)將是什么。注意，從百分比上看，最大的靈敏度是由作為溫度強(qiáng)函數(shù)的二極管電壓參數(shù)的變化導(dǎo)致的。建議在詳細(xì)考查溫度影響的情況下準(zhǔn)確估算可以預(yù)期的實(shí)際參數(shù)變化，之后采用方程(8)估算殘余電壓。在這個(gè)例子中，總殘余電壓等于二極管標(biāo)稱電壓導(dǎo)致的0.38伏加上二極管不平衡電壓導(dǎo)致的0.156伏，總共為0.536伏，其可能超過(guò)單組接觸的能力。
結(jié)合方程(3)和(8)將得到在最終將電流轉(zhuǎn)移到二極管電橋內(nèi)時(shí)總殘余電壓的表達(dá)式，其中，IH和IL是轉(zhuǎn)移時(shí)的關(guān)斷脈沖電流和負(fù)載電流的值。
方程(10) 可以采用方程(10)估算跨過(guò)最后一個(gè)向二極管電橋內(nèi)轉(zhuǎn)移電流的開(kāi)關(guān)的總殘余電壓。方程(10)明確示出了一些示例性設(shè)計(jì)折衷。例如，應(yīng)當(dāng)注意，關(guān)斷脈沖電流如何影響殘余電壓。盡管方程(10)中的第一項(xiàng)隨著關(guān)斷脈沖電流增大而降低，但是最后一項(xiàng)與關(guān)斷電流成比例。方程(10)相對(duì)于關(guān)斷電流的曲線將揭示一個(gè)寬泛的最大值，其位置取決于包括負(fù)載電流在內(nèi)的所有其他參數(shù)?？梢圆捎梅匠?10)作為設(shè)計(jì)滿足指定應(yīng)用的要求的二極管電橋、MEMS開(kāi)關(guān)特性、MEMS陣列配置和其他關(guān)斷參數(shù)的基礎(chǔ)。
附錄2 可以通過(guò)分析圖示A1中的電路示意圖確定由標(biāo)稱二極管電壓加上參數(shù)變化導(dǎo)致的殘余電橋電壓。

圖示A1-二極管電橋 分析的焦點(diǎn)在于確定ΔV，即，由二極管的電壓-電流特性導(dǎo)致的殘余電橋電壓。電流IL是從MEMS微開(kāi)關(guān)陣列分支出來(lái)的負(fù)載電流。電流IH是用于在所有二極管上保持正向偏壓的關(guān)斷脈沖電流。
通過(guò)方程(A1)給出了三參數(shù)二極管模型，其具有可靠的理論基礎(chǔ)，并且貼切地適用于二極管的正向偏置電壓-電流特性。
I＝二極管電流 V＝二極管電壓 方程(A1) VD(T)，ID(T)，RD＝二極管模型參數(shù) T＝溫度 可以由所公開(kāi)的電壓-電流曲線估算方程(A1)中的模型的參數(shù)，一般將所述曲線繪制為在各個(gè)溫度的電流相對(duì)于電壓的曲線。對(duì)于小的電流和電壓值而言，方程(A1)的第一項(xiàng)占據(jù)主導(dǎo)，因而能夠從曲線的斜率估算VD，之后通過(guò)擬合直線上的點(diǎn)之一確定ID。之后，通過(guò)曲線繪制的電壓與處于更高電流的直線逼近之間的差異估算RD。對(duì)于PDU 540二極管而言，下述表格提供了各個(gè)溫度下的參數(shù)值 表1作為示例的PDU540二極管的模型參數(shù) 通過(guò)假設(shè)圖示A1中所有的四個(gè)二極管都具有等同的由方程A1表示的模型而開(kāi)始分析。將跨過(guò)每一二極管的正向電壓表示為V1、V2、V3和V4。將通過(guò)其的正向電流表示為I1、I2、I3和I4。在方程(A2)表示電網(wǎng)絡(luò)的限制下，確定ΔV ΔV標(biāo)稱＝V1-V2＝V4-V3 I1+I2＝I3+I4＝IH 方程(A2) I1-I3＝I4-I2＝IL 可以通過(guò)將方程(A1)代入到方程(A2)中，并解所述非線性方程組而得到所述電流。通過(guò)方程(A3)和(A4)給出了所述結(jié)果，其中可以通過(guò)直接代入驗(yàn)證方程(A3)和(A4) 方程(A3) 方程(A4) 將方程(A4)代入到(A2)中的電壓方程內(nèi)得到方程(A5)

方程(A5) 實(shí)際上，與IH和IL相比，ID相對(duì)較小。例如，對(duì)于PDU540二極管而言，在IH和IL為幾十安培時(shí)，ID在二極管的整個(gè)額定溫度范圍上絕不超過(guò)零點(diǎn)幾微安。因此，在方程(A5)中可以忽略ID，從而通過(guò)方程(A6)給出了近似表達(dá)式。


方程(A6) 方程(A6)以所有的四個(gè)二極管都具有等同的電流-電壓特性這一理想假設(shè)為基礎(chǔ)，其只是更為全面的分析的起點(diǎn)。二極管的電模型參數(shù)可能存在小的變化，該變化將在二極管電橋內(nèi)導(dǎo)致略微失衡，從而產(chǎn)生額外的殘余電橋電壓，對(duì)該殘余電橋電壓的分析如下 ●該額外的殘余電壓將具有小幅度，即十分之一伏左右。因此，二極管參數(shù)的變化也小，可以采用泰勒展開(kāi)式將實(shí)際情況表示為與方程(A3)和(A4)的小的偏差。
●將跨過(guò)每一二極管的電壓表示為通過(guò)方程(A4)給出的基礎(chǔ)電壓加上由二極管模型參數(shù)的變化導(dǎo)致的并且將引起二極管電流的變化的泰勒展開(kāi)式的一階項(xiàng)。
●可以按照方程(A3)給出的基礎(chǔ)電流加上環(huán)路不平衡電流表示二極管電流本身。
●通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)施加限制可以得到線性方程組，可以解所述線性方程組得到環(huán)路不平衡電流和二極管電壓偏移。
●可以通過(guò)二極管電壓偏移表示所述額外的殘余電壓。
首先，有可能通過(guò)采用方程(A7)給出的近似二極管模型簡(jiǎn)化分析。通過(guò)二極管電流將比I D幅度大很多數(shù)量級(jí)這一事實(shí)驗(yàn)證所述近似。
方程(A7) 下式給出了泰勒表達(dá)式，該表達(dá)式用模型參數(shù)的小偏移、模型參數(shù)和二極管電流給出了二極管電壓的變化 方程(A8) 將方程(A8)獨(dú)立應(yīng)用于每一二極管。可以將其拆分為兩個(gè)部分，一部分表示由參數(shù)偏移導(dǎo)致的電壓偏移，另一項(xiàng)表示由電流偏移導(dǎo)致的電壓偏移 方程(A9) 注意，參數(shù)偏移可以是向上或向下的，因而方程(A9)中的第二項(xiàng)前面的減號(hào)實(shí)際上無(wú)關(guān)緊要。我們所關(guān)心的是在參數(shù)沿產(chǎn)生最壞情況的方向偏移時(shí)電壓偏移的幅度 方程(A10) 二極管的電流偏移是相關(guān)的，因?yàn)樵趫DA1中的網(wǎng)絡(luò)的每一節(jié)點(diǎn)處所述電流偏移相加為零。根據(jù)方程(A11)，可以通過(guò)電流偏移以及HALT和負(fù)載電流表示每一二極管中的總電流。
方程(A11) 方程(A12)表示每一二極管處的電壓偏移。
方程(A12) 圍繞所述二極管環(huán)路的電壓偏移的和應(yīng)當(dāng)為零 ΔV1+ΔV2+ΔV3+ΔV4＝0 方程(A13) 使(A13)與(A12)結(jié)合得到 方程(A14) 將方程(A3)代入方程(A14)并解方程將得到下述環(huán)路電流偏移的表達(dá)式 方程(A15) 就所涉及的開(kāi)關(guān)處的殘余電壓而言，我們關(guān)心的是通過(guò)方程(A16)表示的二極管對(duì)之間的變化之差。

方程(A16) 將方程(A15)和(A 3)代入方程(A16)將得到相當(dāng)值得注意并且直觀簡(jiǎn)單的結(jié)果

方程(A17) 方程(A17)具有直觀的解釋。分子中的項(xiàng)表示在二極管電橋不是閉環(huán)的情況下可能產(chǎn)生的由參數(shù)偏移引起的二極管電壓偏移。每一項(xiàng)只有一半是作為殘余電壓出現(xiàn)的，因?yàn)榄h(huán)路中的四個(gè)二極管形成了分壓器，其在電橋的分支處將每一共享實(shí)際上分成兩半。從對(duì)稱的角度來(lái)看，二極管D1和D2的串聯(lián)連接的增量電阻與二極管D3和D4的串聯(lián)連接的增量電阻恰好相同。二極管D1或D4的正向壓降的增大沿正方向提高了殘余電壓，二極管D2和D3的正向壓降的增大則沿負(fù)方向增大了殘余電壓。
可以采用方程(A10)和(A17)一起估算由二極管參數(shù)偏移的任何具體設(shè)置導(dǎo)致的額外殘余電壓。將方程(A10)應(yīng)用于每一二極管，以計(jì)算因其參數(shù)偏離標(biāo)稱值而導(dǎo)致的影響。之后，采用方程(A17)計(jì)算在開(kāi)關(guān)處造成的總體影響。
還可以采用方程(A10)和(A17)估算由最壞情況導(dǎo)致的影響。在最壞情況下，可以通過(guò)設(shè)置各個(gè)項(xiàng)的符號(hào)使各個(gè)項(xiàng)相互增強(qiáng)，由此得到下述由二極管變化導(dǎo)致的最壞情況額外殘余電壓的近似表達(dá)式

方程(A18)
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括
微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)；
以并聯(lián)電路與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)連接的第一過(guò)電流保護(hù)電路(54，56，58)，將所述第一過(guò)電流保護(hù)電路配置為響應(yīng)于所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的第一開(kāi)關(guān)事件暫時(shí)形成導(dǎo)電路徑，所述導(dǎo)電路徑與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)成并聯(lián)電路，用于在所述第一開(kāi)關(guān)事件期間抑制跨過(guò)所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的接觸的電壓電平；以及
以并聯(lián)電路與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)和所述第一過(guò)電流保護(hù)電路(2061)連接的第二過(guò)電流保護(hù)電路(229，230，234)，將所述第二過(guò)電流保護(hù)電路(2062)配置為響應(yīng)于所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的第二開(kāi)關(guān)事件暫時(shí)形成導(dǎo)電路徑，所述導(dǎo)電路徑與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)成并聯(lián)電路，用于在所述第二開(kāi)關(guān)事件期間抑制流經(jīng)所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的接觸的電流(0)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)平衡二極管電橋(28)形成所述導(dǎo)電路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括耦合至所述平衡二極管電橋(28)的第一脈沖電路(54)，所述第一脈沖電路包括處于電容器(56)和電感器(58)之間的調(diào)諧諧振電路，所述諧振電路適于形成用于抑制跨過(guò)所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的接觸的電壓電平的脈沖信號(hào)，結(jié)合所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)導(dǎo)通至導(dǎo)電狀態(tài)而生成所述脈沖信號(hào)，所述導(dǎo)通構(gòu)成了所述第一開(kāi)關(guān)事件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括耦合至所述平衡二極管電橋(28)的第二脈沖電路(229)，所述第二脈沖電路包括處于電容器(234)和電感器(236)之間的調(diào)諧諧振電路，所述諧振電路適于形成用于抑制流經(jīng)所述微機(jī)電系統(tǒng)的接觸的電流的脈沖信號(hào)，結(jié)合所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)關(guān)斷至非導(dǎo)電狀態(tài)而生成所述脈沖信號(hào)，所述關(guān)斷構(gòu)成了所述第二開(kāi)關(guān)事件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括以并聯(lián)電路與所述微機(jī)電開(kāi)關(guān)電路(206)和所述第一過(guò)電流保護(hù)電路耦合的固態(tài)開(kāi)關(guān)電路(204)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括耦合至所述機(jī)電開(kāi)關(guān)電路(206)和所述固態(tài)開(kāi)關(guān)電路(204)的控制器(208)，將所述控制器(208)配置為對(duì)來(lái)自連接至所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的負(fù)載的負(fù)載電流(50)執(zhí)行選擇性切換，響應(yīng)于與所述開(kāi)關(guān)電路中相應(yīng)的一個(gè)的操作能力相適應(yīng)的負(fù)載電流(50)條件，在所述機(jī)電開(kāi)關(guān)電路(206)和所述固態(tài)開(kāi)關(guān)電路(204)之間執(zhí)行所述選擇性切換。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，將所述控制器(208)配置為，響應(yīng)于所檢測(cè)到的交變?cè)措妷夯蚪蛔冐?fù)載電流的零交叉，執(zhí)行微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的電弧更少的開(kāi)關(guān)。
8.一種系統(tǒng)，包括
微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)；以及
以并聯(lián)電路與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)連接的至少第一過(guò)電流保護(hù)電路(2061)，將所述第一過(guò)電流保護(hù)電路(2061)配置為響應(yīng)于所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的第一開(kāi)關(guān)事件暫時(shí)形成導(dǎo)電路徑，所述導(dǎo)電路徑與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)成并聯(lián)電路，用于在所述第一開(kāi)關(guān)事件期間抑制跨過(guò)所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的接觸的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括以并聯(lián)電路與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)和所述第一過(guò)電流保護(hù)電路(2061)連接的第二過(guò)電流保護(hù)電路(2062)，將所述第二過(guò)保護(hù)電路(2062)配置為響應(yīng)于所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的第二開(kāi)關(guān)事件暫時(shí)形成導(dǎo)電路徑，所述導(dǎo)電路徑與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)成并聯(lián)電路，用于在所述第二開(kāi)關(guān)事件期間抑制流經(jīng)所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的接觸的電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)平衡二極管電橋(28)形成所述導(dǎo)電路徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有抑制基于微機(jī)電系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)中電弧形成的電路的系統(tǒng)。具體而言，本發(fā)明涉及具有用于抑制基于微機(jī)電系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)中的電弧的形成的電路的系統(tǒng)。提供了一種包括微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可以包括通過(guò)并聯(lián)電路與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)連接的第一過(guò)電流保護(hù)電路(2061)，其用于在諸如導(dǎo)通事件的第一開(kāi)關(guān)事件中抑制跨過(guò)所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的電壓電平。所述系統(tǒng)還可以包括通過(guò)并聯(lián)電路與所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)連接的第二過(guò)電流保護(hù)電路(2062)，其用于在諸如關(guān)斷事件的第二開(kāi)關(guān)事件中抑制流經(jīng)所述微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路(206)的接觸的電流(0)。
文檔編號(hào)H01H9/54GK101404220SQ20081016196
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月3日
發(fā)明者W·J·普雷默拉尼, K·蘇布拉馬尼安, K·A·奧布賴恩, J·N·帕克, O·J·謝倫茨, M·H·托多羅維克 申請(qǐng)人:通用電氣公司