具有抑制基于微机电系统的开关中电弧形成的电路的系统的制作方法

专利名称：具有抑制基于微机电系统的开关中电弧形成的电路的系统的制作方法
技术领域：
本发明的实施例总体上涉及电路，更具体而言，涉及基于微机电系统(MEMS)的开关装置，更具体而言，涉及具有用于在开关事件期间，例如，在MEMS开关装置的接通和/或关断过程中抑制电弧的形成的电路的系统。

背景技术：
断路器是一种被设计为保护电设备不受电路故障损害的电装置。传统上，大多数常规断路器包括大体积的机电开关。令人遗憾的是，这些常规断路器尺寸庞大，因而必须使用很大的力量来启动所述开关机构。此外，这些断路器的开关通常以相对较低的速度工作。此外，这些断路器具有构建复杂和造价高昂的缺点。此外，在对常规断路器中的开关机构的接触进行物理分离时，通常将在其间产生电弧，其将继续传导电流直到电路中的电流停止为止。而且，与所述电弧相关的能量可能对所述接触造成严重损害和/或对人身造成烧灼危害。
作为低速机电开关的替代，已知在高速开关应用中采用了速度相对较高的固态开关。应当认识到，通过以可控的方式施加电压或偏压使这些固态开关在导通状态和非导通状态之间切换。例如，通过反转固态开关的偏置，可以使所述开关变换至非导通状态。但是，由于在将固态开关切换至非导通状态时，它们在接触之间不形成物理缝隙，因而其将经受漏电流。此外，由于内部电阻的作用，当固态开关在导通状态下工作时，其将产生电压降。电压降和漏电流二者都将促进普通工作环境下的多余热量的生成，所述热量可能对开关性能和寿命不利。


发明内容
总体而言，本发明的各个方面提供了一种包括微机电系统开关电路的系统。第一过电流保护电路以并联电路与微机电系统开关电路连接。将所述第一过电流保护电路配置为响应于所述微机电系统开关电路的第一开关事件暂时形成导电路径。这一导电路径与微机电系统开关电路形成了并联电路，用于在所述第一开关事件中抑制跨过所述微机电系统开关电路的接触的电压电平。第二过电流保护电路以并联电路与所述微机电系统开关电路和所述第一过电流保护电路连接。将所述第二过电流保护电路配置为响应于所述微机电系统开关电路的第二开关事件暂时形成导电路径。这一导电路径与微机电系统开关电路形成了并联电路，用于在所述第二开关事件中抑制流经所述微机电系统开关电路的接触的电流。
本发明的其他方面提供了一种包括微机电系统开关电路的系统。可以使至少第一过电流保护电路通过并联电路与所述微机电系统开关电路连接。可以将所述第一过电流保护电路配置为响应于所述微机电系统开关电路的第一开关事件暂时形成导电路径。这一导电路径与微机电系统开关电路形成了并联电路，用于在所述第一开关事件期间抑制跨过所述微机电系统开关电路的接触的电压。



在参考附图阅读下文中的详细说明时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更易于理解，在所述附图中，始终采用类似的附图标记表示类似的部分，其中 图1是根据本技术的各个方面的示例性的基于MEMS的开关系统的方框图； 图2是图1所示的示例性的基于MEMS的开关系统的示意图； 图3-5是示出了图2所示的基于MEMS的开关系统的示例性操作的示意性流程图； 图6A是示出了MEMS开关的串并联阵列的示意图，图6B和6C示出了通过串联电路连接两个或更多MEMS开关的示例性实施例的相应示意图。
图7是示出了分级MEMS开关的示意图； 图8是示出了具有图1所示的基于MEMS的开关系统的系统的工作流的流程图； 图9是示出了代表所述开关系统的关断的试验结果的图解表示。
图10是示出了根据本发明的各个方面的示例性开关系统的方框图； 图11、12和13分别示出了图10的开关系统的一个示例性实施例的电路细节，其中，图11示出了(例如)在负载起动事件中通过各个固态开关电路的电流通路，图12示出了(例如)在稳态运行期间通过各个基于MEMS的开关电路的电流通路，图13示出了在故障条件下通过过电流保护电路的电流通路。
图14示出了具有双过电流保护电路的开关系统的一个示例性实施例的示意图。
图15示出了图10的开关系统的一个示例性实施例的电路细节。
图16示出了一个示例性实施例，其中，固态开关电路包括一对按照逆串联电路布局连接的固态开关。
图17和18是表示所述开关系统的接通的实验结果的图解表示。
10基于MEMS的开关系统 12基于MEMS的开关电路 14电流保护电路 16单个封装 18基于MEMS的开关系统的示意图 20第一MEMS开关 22第一接触(漏极) 24第二接触(源极) 26第三接触(栅极) 28平衡二极管电桥 29平衡二极管电桥的第一分支 30第一二极管d1 31电桥的第二分支 32第二二极管d2 33电压缓冲电路 34第三二极管d3 36第四二极管d4 38单个封装 40负载电路 44电压源 46负载电感 48负载电阻 50负载电流 52脉冲电路 54脉冲开关 56脉冲电容器 58脉冲电感 60第一二极管 62脉冲电路电流 64示意图 66附图标记 68附图标记 70电流矢量 72电流矢量 74电流矢量 76电流矢量 78示意图 84电感 86方向 88电感 94示意图 96MEMS开关电路的示例性实施例 98第一组MEMS开关 100第二组MEMS开关 102第三组MEMS开关 104分级开关电路的示例性实施例 106MEMS开关 108均压电阻器 110分级电容器 112示例性逻辑 114感测电流 116判决块 118生成故障信号 120检测故障信号 122转移负载电流 124断开MEMS开关 130关断的图形表示 132幅度 134事件 136第一部分 138第二部分 140第三部分 142响应曲线 142负载电路电流 144响应曲线 144脉冲电路电流 146响应曲线 148响应曲线 150响应曲线 152开关断开访问 154断开状态 200开关系统 202基于MEMS的开关电路 204开关电路 206基于MEMS的开关电路 208控制器 210开关 212开关 214二极管 216二极管 219FET开关 220驱动器 222栅极驱动电路 224驱动器 226电流传感器 228驱动器 229第二脉冲开关(2) 230脉冲电感器 234脉冲电感器 240MOSFET开关对 242MOSFET开关对 244二极管 246二极管 400图形表示 402幅度 404时间 406响应曲线 408响应曲线 410响应曲线 412插图 414响应曲线 2061第一过电流保护电路 2062第二过电流保护电路
具体实施例方式 根据本发明的一个或多个实施例，文中将描述一种包括微机电系统(MEMS)开关电路的系统。在下述详细说明中，将产生很多具体细节，以提供对本发明的各个实施例的透彻理解。但是，本领域技术人员将理解，可以在不需要这些具体细节的情况下实践本发明的实施例，本发明不限于所描述的实施例，而且可以通过各种替代性实施例实践本发明。在其他情况下，未对公知的方法、过程和部件予以说明。
此外，可以将各种操作描述成多个分立的步骤，从而通过有助于理解本发明的实施例的方式执行所述步骤。但是，不应将说明的顺序推断为暗示必须按照所述操作的提供顺序执行这些操作，或者所述操作是顺序相关的。此外，短语“在一个实施例中”的重复使用未必是指同一实施例，尽管其可以指同一实施例。最后，就本申请的使用情况而言，“包括”、“具有”等词为同义词，除非另行说明。
图1示出了根据本发明的各个方面的示例性的基于微机电系统(MEMS)的开关系统10的方框图。当前，MEMS通常指微米级结构，例如，其可以通过微制造技术在同一衬底上集成多个功能相异的元件，例如，机械元件、机电元件、传感器、致动器和电子器件。但是，可以设想只需几年的时间，就可以通过基于纳米技术的器件，例如，尺寸可以小于100纳米的结构，获得当前的MEMS器件当中可用的很多技术和结构。因此，尽管贯穿本文描述的示例性实施例可以指基于MEMS的开关系统，但是应当指出，应当从广义的角度推断本发明的创造性方面，不应认为其仅限于微米尺寸的器件。
如图1所示，将基于MEMS的开关系统10示为包括基于MEMS的开关电路12和过电流保护电路14，其中，过电流保护电路14在操作上耦合至基于MEMS的开关电路12。在某些实施例中，例如，可以使基于MEMS的开关电路12的整体与过电流保护电路14在单个封装16内集成。在其他实施例中，可以仅使基于MEMS的开关电路12的某些部分或部件与过电流保护电路14集成。
在当前设想的配置当中，基于MEMS的开关电路12可以包括一个或多个MEMS开关，下文将参考图2-5对所述配置予以更为详细的说明。此外，过电流保护电路14可以包括平衡二极管电桥和脉冲电路。此外，可以将过电流保护电路14配置为有助于抑制一个或多个MEMS开关的接触之间的电弧的形成。应当注意，可以将过电流保护电路14配置为有助于抑制响应于交流(AC)或直流(DC)形成电弧。
对于希望获得与电弧形成的抑制相关的背景信息的读者而言，可以参考2005年12月20日提交的美国专利申请No.11/314336(代理文档号No.162711-1)，在此将其全文引入以供参考。前述申请描述了基于高速微机电系统(MEMS)的开关装置，其包括适于抑制在微机电系统的接触之间形成电弧的电路和脉冲技术。在这样的申请中，通过对流经这样的接触的电流有效分流完成电弧形成的抑制。
现在参考图2，将参考一个实施例说明图1所示的示例性的基于MEMS的开关系统的示意图18。如参考图1指出的，基于MEMS的开关电路12可以包括一个或多个MEMS开关。在图示的实施例中，将第一MEMS开关20示为具有第一接触22、第二接触24和第三接触26。在一个实施例中，可以将第一接触22配置为漏极，可以将第二接触24配置为源极，可以将第三接触26配置为栅极。此外，如图2所示，可以使电压缓冲(snubber)电路33与MEMS开关20并联耦合，并将电压缓冲电路33配置为限制在快速接触分离过程中产生的电压过冲，这将在下面更详细地描述。在某些实施例中，缓冲电路33可以包括与缓冲电阻器(未示出)串联耦合的缓冲电容器(未示出)。所述缓冲电容器可以有助于在MEMS开关20的断开的排序过程中改善瞬态电压共享。此外，缓冲电阻器可以在MEMS开关20的闭合操作的过程中抑制任何由缓冲电容器生成的电流的脉冲。在一个示例性实施例中，缓冲器33可以包括一种或多种类型的电路，例如，R/C缓冲器和/或固态缓冲器(例如，金属氧化物变阻器(MOV)或任何合适的过压保护电路，例如，被耦合成为电容器供电的整流器。优选地，应当在每一管芯上构建缓冲电容器，异避免电感问题。
根据本技术的其他特征，可以使诸如电机或电动机的负载电路40与第一MEMS开关20串联耦合。可以将负载电路40连接至适当的电压源VBUS，例如交流电压(AC)或直流电压(DC)44。此外，负载电路40可以包括负载电感46LLOAD，其中，负载电感LLOAD46表示由负载电路40看到的组合负载电感和总线电感。负载电路40还可以包括表示由负载电路40看到的组合负载电阻的负载电阻RLOAD 48。附图标记50表示可以流经负载电路40和第一MEMS开关20的负载电路电流ILOAD。
此外，如参考图1指出的，过电流保护电路14可以包括平衡二极管电桥。在图示的实施例中，将平衡二极管电桥28示为具有第一分支29和第二分支31。如文中的使用情况而言，采用“平衡二极管电桥”一词表示被配置为使跨过第一和第二分支29的电压降基本相等的二极管电桥。平衡二极管电桥28的第一分支29可以包括耦合到一起形成第一串联电路的第一二极管D130和第二二极管D232。通过类似的方式，平衡二极管电桥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联电路的第三二极管D334和第四二极管D436。
在一个实施例中，可以使第一MEMS开关20跨过平衡二极管电桥28的中点并联耦合。平衡二极管电桥的中点可以包括位于第一和第二二极管30和32之间的第一中点以及位于第三和第四二极管34和36之间的第二中点。此外，可以紧密封装第一MEMS开关20和平衡二极管电桥28，从而促进由平衡二极管电桥28，尤其是到MEMS开关20的连接，引起的寄生电感的最小化。应当指出，根据本技术的示例性方面，第一MEMS开关20和平衡二极管电桥28的相对于彼此定位，使得第一MEMS开关20和平衡二极管电桥28之间的固有电感产生L*di/dt的电压，其中，L表示寄生电感。当在MEMS开关20的关断过程中执行向二极管电桥28的负载电流转移时，所产生的电压可能不足跨过MEMS开关20的漏极22和源极24的电压的百分之几，在下文中将对其予以更为详细的说明。在一个实施例中，可以使第一MEMS开关20与平衡二极管电桥28在单个封装38或任选在同一管芯内集成，其目的在于使互连MEMS开关20和二极管电桥28的电感降至最低。
此外，过电流保护电路14可以包括被耦合为与平衡二极管电桥28操作相关的脉冲电路52。可以将脉冲电路52配置为检测开关条件，并响应于所述开关条件启动MEMS开关20的断开。就文中的使用而言，“开关条件”一词是指触发MEMS开关20的当前工作状态的改变的条件。例如，所述开关条件可能导致将MEMS开关20从第一闭合状态变为第二断开状态，或者将MEMS开关20从第一断开状态变为第二闭合状态。可能响应于若干动作产生开关条件，所述动作包括但不限于电路故障、电路过载或开关ON/OFF请求。
脉冲电路52可以包括脉冲开关54和串联耦合至脉冲开关54的脉冲电容器CPULSE56。此外，所述脉冲电路还可以包括脉冲电感LPULSE58和与脉冲开关54串联耦合的第一二极管DP60。可以使脉冲电感LPULSE58、二极管DP60、脉冲电路54和脉冲电容器CPULSE56串联耦合形成脉冲电路52的第一分支，其中，可以将所述第一分支的部件配置为促进脉冲电流的整形和定时。而且，附图标记62表示可以流经脉冲电路52的脉冲电路电流IPULSE。
根据将在下文中进一步详细说明的本发明的各个方面，在不承载电流或者承载接近为零的电流时，可以将MEMS开关20从第一闭合状态快速(例如，以皮秒或纳秒的量级)切换至第二断开状态。可以通过负载电路40和脉冲电路52的组合操作实现这一目的，其中，所述脉冲电路52包括跨过MEMS开关20的接触并联耦合的平衡二极管电桥28。
采用图3-5作为用于说明图2所示的基于MEMS的开关系统18的示例性操作的示意性流程图。继续参考图2，其示出了基于MEMS的开关系统18的示例性操作的初始条件。将MEMS开关20示为开始于第一闭合状态。此外，如图所示，存在负载电流ILOAD 50。
此外，对于基于MEMS的开关系统18的这一示例性操作的讨论而言，可以假设与MEMS开关20相关的电阻充分小，从而在发生脉冲时，流经MEMS开关20的电阻的负载电流所产生的电压几乎不对二极管电桥28的中点之间的接近零的电压差造成影响。例如，可以假设与MEMS开关20相关的电阻充分小，使得由于最大预期负载电流仅产生不足几毫伏的电压降。
应当指出，在基于MEMS的开关系统18的这一初始条件中，脉冲开关54处于第一断开状态。此外，在脉冲电路52中没有脉冲电路电流。而且，在脉冲电路52中，可以将电容器CPULSE56预先充电至电压VPULSE，其中VPULSE是能够在负载电流的转移(transfer)间隔期间产生半正弦脉冲电流的电压，所述半正弦脉冲电流的峰值幅度明显大于预期的负载电流ILOAD50(例如是其10倍)。应当指出，CPULSE56和LPULSE58构成串联谐振电路。
图3示出了触发脉冲电路52的过程的示意图64。应当指出，可以将检测电路(未示出)耦合至脉冲电路52。例如，所述检测电路可以包括被配置为感测负载电路电流ILOAD 50的水平和/或电压源VBUS44的电压电平的感测电路(未示出)。此外，可以将所述检测电路配置为检测如上所述的开关条件。在一个实施例中，可能因电流水平和/或电压电平超过了预定阈值而产生开关条件。
可以将脉冲电路52配置为检测促进MEMS开关20从当前的闭合状态切换至第二断开状态的开关条件。在一个实施例中，所述开关条件可以是因负载电路40中的电压电平或负载电流超过了预定阈值而产生的故障条件。但是，应当认识到，所述开关条件还可以包括监测斜坡电压，从而为MEMS开关20实现给定的、取决于系统的导通时间。
在一个实施例中，脉冲开关54可以响应于接收作为所检测到的开关条件的结果的触发信号，生成正弦脉冲。脉冲开关54的触发可以在脉冲电路52中引起谐振正弦电流。可以通过附图标记66和68表示脉冲电路电流的电流方向。此外，可以分别通过电流矢量72和70表示流经平衡二极管电桥28的第一分支29的第一二极管30和第二二极管32的脉冲电路电流的电流方向和相对幅度。类似地，电流矢量76和74分别表示流经第三二极管34和第四二极管36的脉冲电路电流的电流方向和相对幅度。
可以通过脉冲电容器CPULSE56上的初始电压、脉冲电容器CPULSE56的值和脉冲电感LPULSE58的值确定峰值正弦电桥脉冲电流的值。脉冲电感LPULSE58和脉冲电容器CPULSE56的值还决定着脉冲电流的半正弦的脉冲宽度。可以对电桥电流脉冲宽度进行调整，以满足根据负载故障条件期间的负载电流(VBUS/LLOAD)的变化率和预期的允许通过的峰值电流预测的系统负载电流关断要求。根据本发明的各个方面，可以将脉冲开关54配置为在断开MEMS开关20之前出于导通状态。
应当指出，脉冲开关54的触发可以包括控制流经平衡二极管电桥28的脉冲电路电流IPULSE62的定时，从而有助于产生与断开间隔期间经过MEMS开关20的接触的路径的阻抗相比具有较低阻抗的路径。此外，可以触发脉冲开关54，使得跨过MEMS开关20的接触呈现期望的电压降。
在一个实施例中，脉冲开关54可以是固态开关，例如，可以将其配置为具有处于纳秒到微秒范围内的开关速度。与故障条件下的负载电流的预计上升时间相比，脉冲开关54的开关速度应当相对较快。MEMS开关20所需的额定电流可以取决于负载电流的上升速率，后者又取决于如前所述的负载电路40中的电感LLOAD46和总线电源电压VBUS44。如果与电桥脉冲电路的速度能力相比负载电流ILOAD50可以快速升高，那么可以适当调整MEMS开关20的额定值，以处理更大的负载电流ILOAD50。
脉冲电路电流IPULSE62从零值开始增大，并在平衡二极管电桥28的第一和第二分支29和31之间均分。根据一个实施例，如前所述，可以将跨过平衡二极管电桥28的分支29和31的电压降的差异设计为可以忽略不计。此外，如前所述，对二极管电桥28进行平衡，从而使跨过所述二极管电桥28的第一和第二分支的电压降基本相等。此外，由于处于当前闭合状态的MEMS开关20的电阻相对较低，因而跨过MEMS开关20存在相对较小的电压降。但是，如果跨过MEMS开关20的电压降偶然变大(例如，在MEMS开关的内在设计的影响下)，那么由于二极管电桥28在操作上与MEMS开关20并联耦合，因而可能影响二极管电桥28的平衡。根据本发明的各个方面，如果MEMS开关20的电阻引起了显著的跨过MEMS开关20的电压降，那么二极管电桥28可以通过提高峰值电桥脉冲电流的幅度而容许所导致的脉冲电桥的不平衡。
现在参考图4，其示出了激发MEMS开关20断开的示意图78。如前所述，在MEMS开关20断开之前触发脉冲电路52中的脉冲开关54。随着脉冲电流IPULSE62增大，跨过脉冲电容器CPULSE56的电压由于脉冲电路52的谐振作用而降低。在使开关闭合并导电的导通条件下，MEMS开关20为负载电路电流ILOAD 50提供了阻抗相对较低的路径。
一旦脉冲电路电流IPULSE62的幅度变得大于负载电路电流ILOAD 50的幅度(例如，由于脉冲电路52的谐振作用)，那么可以使施加至MEMS开关20的栅极接触26的电压适当偏置，从而将MEMS开关20的当前工作状态从第一闭合导通状态切换至电阻升高条件，在所述条件中，MEMS开关20开始关断(例如，这时所述接触仍然闭合但是由于开关断开过程接触压力逐渐降低)，其使得开关电阻提高，而电阻的提高又导致负载电流开始从MEMS开关20转移到二极管电桥28内。
在这一当前条件下，与经过MEMS开关20的路径(现在其呈现出正在增大的接触电阻)相比，平衡二极管电桥28对负载电路电流ILOAD50呈现出阻抗相对较低的路径。应当指出，与负载电路电流ILOAD50的变化速率相比，流经MEMS开关20的负载电路电流ILOAD50的这一转移是一个极快的过程。如前所述，可能希望与MEMS开关20和平衡二极管电桥28之间的连接相关的电感L184和L288的值非常小，以避免对所述快速电流转移的阻止。
在第二二极管32和第三二极管34中的电流同时降低的同时，电流从MEMS开关20向脉冲电桥的转移过程继续进行，从而提高了第一二极管30和第四二极管36中的电流。在分离MEMS开关20的机械接触22和24，从而形成了物理缝隙时完成了所述转移过程，并且所有的负载电流均由第一二极管30和第四二极管36承载。
作为将负载电路电流ILOAD沿方向86从MEMS开关20向二极管电桥28转移的结果，跨过二极管电桥28的第一和第二分支29和31形成了不平衡。此外，随着脉冲电路电流减弱，跨过脉冲电容器CPULSE 56的电压继续反转(例如，起着“反电动势”的作用)，其使得负载电路电流ILOAD最终降为零。二极管电桥28中的第二二极管32和第三二极管34变为反向偏置，导致了所述负载电路现在包括脉冲电感器LPULSE 58和电桥脉冲电容器CPULSE 56，并使所述负载电路变成了串联谐振电路。
现在来看图5，其示出了针对负载电流的降低过程所连接的电路元件的示意图94。如上文所述，在MEMS开关20的接触分离的瞬间，产生了无限接触电阻。此外，二极管电桥28不再跨过MEMS开关20的接触保持接近零的电压。而且，现在负载电路电流ILOAD等于通过第一二极管30和第四二极管36的电流。如前所述，现在不存在流经二极管电桥28的第二二极管32和第三二极管34的电流。
此外，现在从MEMS开关20的漏极24到源极26的显著开关接触电压差可能以一速率上升至几乎二倍于VBUS电压的最大值，该速率由包括脉冲电感器LPULSE58、脉冲电容器CPULSE56、负载电路电感器LLOAD46的网络谐振电路确定并且由于负载电阻RLOAD48和电路损耗衰减。此外，由于谐振，在某点等于负载电路电流ILOAD50的脉冲电路电流IPULSE 62可以降至零值，并且由于二极管电桥28和二极管DP60的反向阻断作用这一零值可以保持。由于谐振跨过脉冲电容器CPULSE 56的电压的极性将反转至负峰，并且将一直保持所述负峰，直到脉冲电容器CPULSE 56重新充电为止。
可以将二极管电桥28配置为跨过MEMS开关20的接触保持接近零的电压，直到所述接触分离从而断开MEMS开关20为止，由此通过抑制倾向于在断开过程中在MEMS开关20的接触之间形成的电弧而避免了损坏。此外，在流经MEMS开关20的接触电流大幅降低时，MEMS开关20的接触接近断开状态。而且，可以将电路电感、负载电感和源极中的任何存储能量转移至脉冲电路电容器CPULSE56，并且可以通过电压耗散电路(未示出)吸收所述存储能量。可以将电压缓冲电路33配置为限制快速接触分离过程中产生的电压过冲，其中，所述过冲是由电桥和MEMS开关之间的接口电感中保持的电感能量导致的。此外，可以通过使用缓冲电路(未示出)控制可能在断开过程中跨过MEMS开关20的接触再次施加的电压的增长速率。
还应当指出，尽管在处于断开状态时，在MEMS开关20的接触之间形成了缝隙，但是仍然在MEMS开关20周围的负载电路40和二极管电桥电路28之间存在泄漏电流。(还可能通过MOV和/或R/C缓冲电路形成路径)。可以通过在负载电路40中引入串联连接的第二机械开关(未示出)来生成物理缝隙，由此抑制这一泄漏电流。在某些实施例中，所述机械开关可以包括第二MEMS开关。
图6A示出了示例性实施例96，其中，所述开关电路12(参考图1)可以包括(例如)串联或串并联阵列布置的多个MEMS开关。此外，如图6所示，可以采用通过串联电路中电耦合的第一组两个或更多MEMS开关98、100替代MEMS开关20。在一个实施例中，可以在并联电路中额外并联第一组MEMS开关98、100中的至少一个，其中，所述并联电路可以包括另一组两个或更多MEMS开关(例如，附图标记100和102)。根据本发明的各个方面，可以使静态均压电阻器(grading resistor)和动态分级电容器(grading capacitor)与第一或第二组MEMS开关的至少其中之一并联。
图6B和6C示出了在串联电路中连接两个或更多MEMS开关的示例性实施例的相应示意图，示出了跨过每一串联连接的MEMS开关的漏极(D)和源极(S)连接的相应电容器CS。在实验测试过程中可以知道，就栅极驱动速度而言某些通常与MEMS开关相关的限制更多地受电学问题而非机械问题推动。例如，不希望出现的从栅极到漏极的电容耦合可能影响(例如，减缓)栅极驱动速度。本发明的发明人已经认识到，如图6B和6C所示，通过从每一MEMS开关上的源极向漏极连接电容器CS可以降低所述影响。如在缓冲电路33的情况下讨论的(图2)，所述的相同的电容器C还将执行缓冲电容器功能。
图6B和6C还示出了与每一开关的栅极(G)相关在串联电路中连接的相应栅极电阻器Rg。这样的栅极电阻器有助于避免在开关的栅极处产生的短路使栅极驱动器失效，以及潜在地使可以连接至所述栅极驱动器的开关阵列的额外开关的操作失效。一种优选的集成技术是使栅极电阻器与开关成为一体，以避免引入可能降低选通(gating)速度的电容值。
现在参考图7，其示出了分级(graded)MEMS开关电路的示例性实施例104。分级开关电路104可以包括至少一个MEMS开关106、均压电阻器108和分级电容器110。就图6中所示的例子而言，分级开关电路104可以包括多个以串联或串并联阵列布置的MEMS开关。可以使均压电阻器108与至少一个MEMS开关106并联，从而为开关阵列提供电压分级(voltage grading)。在示例性实施例中，可以将均压电阻器108的尺寸设置为能够在串联开关之间提供足够的稳态电压平衡(分割)，同时针对具体应用提供令人满意的泄漏。此外，可以提供与所述阵列的每一MEMS开关106并联的分级电容器110和均压电阻器108，以提供切换过程中的动态共享和OFF状态下的静态共享。应当指出，可以将额外的均压电阻器或分级电容器或二者添加至开关阵列中的每一MEMS开关。在某些其他实施例中，分级电路104可以包括金属氧化物变阻器(MOV)(未示出)。
图8是用于将基于MEMS的开关系统从当前工作状态切换至另一状态的示例性逻辑112的流程图。根据本技术的示例性方面，提供了一种切换方法。如前所述，可以使检测电路在操作上耦合至过电流保护电路，并且被配置为检测开关条件。此外，所述检测电路可以包括被配置为感测电流水平和/或电压电平的感测电路。
如块114所示，例如，可以通过感测电路感测诸如负载电路40(参考图2)的负载电路中的电流水平和/或电压电平。此外，如判定块116所示，可以判断所感测的电流水平或所感测的电压电平是否与预期值不同或者超过了预期值。在一个实施例中，可以(例如，通过检测电路)判断所感测的电流水平或所感测的电压电平是否超过了相应的预定阈值水平。或者，可以监测电压或电流斜坡速率，从而在没有实际发生故障的情况下检测开关条件。
如果所感测的电流水平或所感测的电压电平与预期值不同或者背离了预期值，那么如块118所示可以生成开关条件。如前所述，“开关条件”一词是指触发MEMS开关的当前工作状态发生改变的条件。在某些实施例中，可以响应于故障信号产生开关条件，或者可以采用开关条件促使发起MEMS开关的断开。应当指出，块114-118表示生成开关条件的一个例子。但是，应当认识到，根据本发明的各个方面还可以设想其他的生成开关条件的方法。
如块120所示，可以响应于开关条件触发脉冲电路，以引起脉冲电路电流。由于脉冲电路的谐振作用，脉冲电路电流水平可以持续增大。至少部分出于二极管电桥28的原因，如果脉冲电路电流的瞬时幅度明显大于负载电路电流的瞬时幅度，那么可以跨过MEMS开关的接触保持接近零的电压降。此外，如块122所示，可以将通过MEMS开关的负载电路电流从MEMS开关转移至脉冲电路。如前所述，与通过MEMS开关的路径相反，二极管电桥呈现出了阻抗相对较低的路径，其中，随着MEMS开关开始分离，相对较高的阻抗增大。之后，如块124所示，通过电弧更少的方式断开MEMS开关。
如前所述，只要脉冲电路电流的瞬时幅度显著大于负载电路电流的瞬时幅度，就可以跨过MEMS开关的接触保持接近零的电压降，由此促进MEMS开关的断开，并抑制跨过MEMS开关的接触形成任何电弧。因而，如上文所述，可以在跨过MEMS开关的接触电压接近零的条件下断开MEMS开关，这时流经MEMS开关的电流极大降低。
图9示出了根据本技术的各个方面的表示与基于MEMS的开关系统的MEMS开关有关的关断开关事件的实验结果的图解表示130。如图9所示，相对于时间变化134绘制了幅度变化132。此外，附图标记136、138和140表示图解说明130的第一部分、第二部分和第三部分。
响应曲线142表示负载电路电流的幅度变化与时间的函数关系。通过响应曲线144表示脉冲电路电流的幅度变化与时间的函数关系。通过类似的方式，通过响应曲线146体现栅极电压的幅度变化与时间的函数关系。响应曲线148表示零栅极电压基准，响应曲线150是关断之前负载电流的参考水平。
此外，附图标记152表示响应曲线142上发生了开关断开过程的区域。类似地，附图标记154表示响应曲线142上MEMS的接触已经分离，因而开关处于断开状态的区域。而且，从图解表示130的第二部分138可以看出，栅极电压被拉低，这样有助于引起MEMS开关的断开。此外，从图解表示130的第三部分140可以看出，平衡二极管电桥的的导通的一半中的负载电路电流142和脉冲电路电流144正在减弱。
图17和18示出了根据本技术的各个方面的表示与基于MEMS的开关系统的MEMS开关有关的导通开关事件的实验结果的图解表示400。如图17和18所示，相对于时间变化404绘制了幅度变化402。
响应曲线406表示作为时间的函数的负载电路电流的幅度变化。通过响应曲线408表示作为时间的函数的脉冲电路电流的幅度变化。通过类似的方式，通过响应曲线410体现作为时间的函数的栅极电压的幅度变化。提示读者注意与各个曲线相关的不同幅度标度。
图18对应于图17所示的插图412，并且对应于与导通开关事件相关的前几微秒期间的系统初始响应。响应曲线414表示跨过MEMS开关的电压，并部分示出了导通之前跨过所述开关的电压电平。应当注意，在图18所示的时间间隔内，尚未将栅极电压电平设置为驱动所述开关处于导电状态。在操作当中，响应于所述脉冲，通过平衡二极管电桥形成用于转移负载电流(在将所述开关驱动至导电状态之前)的导电路径。
下文所述的电路和/或技术能够可靠地并且经济有效地允许开关系统采用固态(例如，基于半导体的)开关电路抵御浪涌电流(例如，在启动事件或者在瞬变条件期间)，同时能够(例如)利用基于MEMS的开关电路实现稳态操作以及解决可能产生的故障条件。
在启动诸如电动机或其他类型的电气设备的电负载时，或者在瞬变条件期间可能产生浪涌电流。启动事件中的浪涌电流的值往往是稳态负载电流值的多倍(例如，六倍或更高)，并且能够持续数秒钟，例如，大约十秒。
图10是开关系统200的方框图表示，开关系统200通过并联电路连接基于MEMS的开关电路202、固态开关电路204和过电流保护电路206，例如，在一个示例性实施例中，如在图1-9的背景下进行的图示和说明，所述过电流保护电路206可以包括脉冲电路52和平衡二极管电桥31。
可以将控制器208耦合至基于MEMS的开关电路202、固态开关电路204和过电流保护电路206。可以将控制器208配置为通过执行控制策略在基于MEMS的开关电路和固态开关电路之间有选择地来回转移电流，其中，将所述控制策略配置为判断何时启动过电流保护电路206以及何时断开和闭合每一相应的开关电路，例如，可以响应于与开关电路中相应的一个的电流承载能力相适应的负载电流条件和/或在可能对所述开关系统造成影响的故障条件下执行所述控制策略。应当指出，在这样的控制策略中，希望每当负载电流接近任一开关电路的最大电流处理容量时，就准备好在相应的开关电路之间来回转移电流以及执行电流限制和负载断电的同时执行故障电流限制。
可以将包含上述示例性电路的系统控制为，不通过基于MEMS的开关电路202承载浪涌电流，而是通过固态开关电路204承载所述电流。可以通过基于MEMS的开关电路202承载稳态电流，并且可以通过过电流保护电路206在系统操作过程中实现过电流和/或故障保护。应当认识到，从广义的方面来讲，所提出的原理未必限于基于MEMS的开关电路。例如，包括与一个或多个固态开关并联的一个或多个标准的机电开关(即，非基于MEMS的机电开关电路)和适当的控制器的系统可以类似地得益于本发明的各个方面提供的优点。
下面是发生电动机启动事件时开关系统内的开关状态的示例性顺序以及示例性电流值，其中，假设连接至所述系统的负载为电动机。与数字相邻的字母X是指对应于稳态条件下的典型电流值的若干倍的示例性电流值。因而，6X表示对应于稳态条件下的典型电流值的六倍的电流值。
1.固态开关电路-断开 基于MEMS的开关电路-断开 电流0 2.固态开关电路-闭合 基于MEMS的开关电路-断开 电流--6X 3.固态开关电路-闭合 基于MEMS的开关电路-闭合 电流--1X 4.固态开关电路-断开 基于MEMS的开关电路-闭合 电流--1X 图11示出了一个示例性实施例，其中，所述开关系统200中的固态开关电路204包括两个以并联电路与过电流保护电路206和基于MEMS的开关电路202连接的FET(场效应晶体管)开关210和212(按照反并联配置与二极管214和216连接，以实现AC电流的传导)。可以通过导通FET开关210激活电负载(未示出)，这允许启动电流(被示为“Istart”)开始流入所述负载，进而允许FET开关210和212在启动过程中承载负载这一电流。应当认识到，固态开关电路204既不限于图11所示的电路布置，也不限于FET开关。例如，对于指定AC应用而言，例如，在TRIAC或RCT中，任何提供双向电流传导能力的固态或半导体功率开关装置均可以起到等同效果，或者可以通过由至少两个诸如IGBT、FET或SCR的器件构成的适当布局实现。
图16示出了一个示例性实施例，其中，固态开关电路204包括一对通过反串联电路布置连接的MOSFET开关240和242。注意，二极管244和246包括体二极管。也就是说，这样的二极管包括其相应的MOSFET开关的不可或缺的部分。采用零栅极驱动电压使每一开关关断；因而，所述开关中的每个将阻挡交流电压的相反极性，同时使另一开关的每一对应二极管正向偏置。在从栅驱动电路222施加适当的栅极驱动电压的同时，每一MOSFET将回复到低电阻状态，而不管存在于开关端子处的AC电压的极性如何。
应当注意，跨过反串联的一对MOSFET的电压降正是基于所述两个开关的Rdson(开态电阻)的IR压降，替代了基于一个开关的Rdson值的IR压降加上二极管的相对较大的电压降，后者是反并联布置的情况。因而，在一个示例性实施例中，可能希望采取MOSFET的反串联配置，因为其具有提供相对较低的电压降，进而提供更低的功耗、热量和能量损失的能力。
还应当认识到，在一个固态开关电路204包括双向晶闸管(或一对反并联的晶闸管)的示例性实施例中，尽管这一布局可以在较低的电流下产生相对较高的损耗，但是这样的布局的优点在于能够抵御相对较高的短期电流浪涌，因为高电流下相对较低的电压降，以及瞬态热响应特性。
可以设想，在一个示例性实施例中，可以采用固态开关电路204通过控制电流脉冲执行诸如电动机的负载的软启动(或停止)。通过对应于交流源电压或交变负载电流的可变相位角切换固态电路，能够调整由施加至电动机的电流脉冲流产生的电能。例如，在首先对电动机通电时，随着电压接近零，能够导通固态开关电路204，使之接近电压零。这将导致小的电流脉冲。所述电流将升高，大致在电压达到零时达到峰值，之后随着电压的反转将降至零。射角(相位角)将逐渐前进(advanced)，从而产生较大的电流脉冲，直到电流达到预期值，例如，三倍于额定负载。最终，随着电动机启动，电流幅度持续减弱，射角进一步前进，直到最终全线路(full line)电压连续施加到电动机为止。对于希望了解有关采用固态开关电路的示例性软启动技术的一般背景信息的读者而言，可以参考颁发给与本发明相同的受让人的发明名称为“Apparatus and Three Phase Induction Motor Startingand Stopping Control Method”的美国专利No.5341080。
在初始启动电流减退到适当的水平之后，可以采用合适的与MEMS兼容的开关技术，或者通过接近跨过所述固态开关电路的电压降而导通所述基于MEMS的开关电路202，其中，假设所述电压降包括相对较小的电压。在这一点上，能够使FET开关210和219关断。图12示出了开关系统200的状况，其中，通过基于MEMS的开关电路202承载稳态电流(被标示为“Iss”)。
注意，在跨过其开关接触存在电压的情况下基于MEMS的开关电路应当不闭合成导电开关状态，当通过所述接触存在电流的情况下，所述电路应当不断开至非导电开关状态。与MEMS兼容的开关技术的一个例子可以是在图1-9的背景下给出了描述和/或图示的脉冲形成技术。
可以通过将所述开关系统配置为执行软开关或波上点(point-on-wave)开关实现与MEMS兼容的开关技术的另一个例子，由此可以使开关电路202中的一个或多个MEMS开关在跨过开关电路202的电压为零或非常接近零时闭合，在通过开关电路202的电流为零或接近零时断开。对于希望了解有关这样的技术的背景信息的读者而言，可以参考2005年12月20日提交的名为“Micro-ElectromechanicalSystem Based Soft Switching”的美国专利申请No.11/314879(代理文档号No.162191-1)。
通过在跨过开关电路202的电压为零或非常接近零时闭合开关，即使多个开关并非都在相同的时刻闭合，也能够随着开关的关闭在一个或多个MEMS开关的接触之间保持低电场。如上文所述，可以将控制电路配置为使开关电路202的一个或多个MEMS开关的断开和闭合与交流源电压或交变负载电路电流发生零交叉同步。如果在启动事件过程中产生了故障，那么将过电流保护电路206配置为保护下游负载以及相应的开关电路。如图13中所示，通过向过电流保护电路206传输故障电流(Ifault)而实现这一保护。
注意，尽管从顶层来看电子机械和固态开关电路在概念上可能似乎具有基本相互类似的性能，但是在实际当中，这样的开关电路可以表现出各自的截然不同的操作特性，因为其基于根本不同的物理原理工作，因而必须对过电流保护电路进行适当的配置，以考虑这样的特性，并适当地激励开关电路。例如，MEMS开关可以涉及悬臂梁的机械运动来断开接触，而场效应固态开关一般涉及电压感应通道中的载荷子的移动，而双极固态开关则涉及反偏结内的载荷子的注入。将清除载流子所需的时间称为恢复时间，这一恢复时间的范围可能是从<1μs的时间到>100μs的时间。例如，如果固态开关接近故障，那么过电流保护电路206应当能够吸收故障电流，并保护所述固态开关和下游负载，直到开关通道完全畅通(cleared)并完全断开所述开关为止。在过电流保护电路206包括脉冲电路52和平衡二极管电桥31的情况下，可以表明，脉冲特性(例如脉冲电路形成的脉冲的宽度和/或高度)可能对下游保护的质量造成影响。例如，过电流保护电路206应当能够生成具有充分的宽度和/或高度的脉冲，以适应并联固态开关电路的恢复时间，以及适应基于MEMS的开关电路的故障保护。
注意，就故障电流中断而言，存在两种固态开关电路的一般类别。一些固态开关(例如FET)在关断时可能内在地迫使零电流条件的产生。其他的(例如SCR)不能迫使这样的零电流条件产生。能够迫使零电流条件的产生的固态开关电路可以不需要借助过电流保护电路206来执行故障过程中的电流限制。不能迫使零电流条件产生的固态开关电路一般需要过电流保护电路206。
如前所述，应当实施合适的控制技术在基于MEMS的开关电路和固态开关电路之间有选择地来回转移电流。在一个示例性实施例中，这样的控制技术可以以每一开关电路的相应电损耗模型为基础。例如，基于MEMS的开关电路的电损耗(和伴随的温度升高)一般与负载电流的平方成比例，而固态开关电路中的损耗(和伴随的温度升高)一般与负载电流的绝对值成比例。而且，固体器件的热容量一般大于基于MEMS的开关电路的热容量。相应地，对于正常的负载电流值而言，可以设想基于MEMS的开关电路将承载所述电流，而对于瞬时的过载电流而言，可以设想固态开关电路承载所述电流。因而，可以设想在瞬时过载状态下来回转移电流。
在下文中将讨论三种用于在基于MEMS的开关电路和固态开关电路之间来回转移负载电流的示例性技术。一种示例性技术设想采用双过电流保护电路，例如，如图14所示，其中，以并联电路使第一过电流保护电路2061和第二过电流保护电路2062与基于MEMS的开关电路和固态开关电路连接，以辅助所述转移(在一个示例性实施例中，该第二过电流保护电路还可以包括脉冲电路52和平衡二极管电桥31，在图1-9的背景下对这一点给出了图示和/或说明)。
注意，如果所述开关系统仅采用了单个过电流保护电路206，那么在发生与基于MEMS的开关电路相关的开关事件时，将激活所述单个过电流保护电路。但是，如果在此后的短时间内将产生故障，那么单个过电流保护电路206可能无法准备好被重新激活，以保护所述开关电路。如上所述，过电流保护电路206基于脉冲技术工作，而这样的电路不会在脉冲发射后即刻准备好立刻工作。例如，其必须等待一定的时间段，以便对脉冲电路52中的脉冲电容器重新充电。
涉及冗余过电流保护电路的技术将确保，一个过电流保护电路(例如电路2062)是空闲的并且准备好在发生了故障的情况下辅助电流限制，即使另一个过电流保护电路2061刚刚执行了与普通开关事件(非故障驱动开关事件)相关的脉冲辅助开关。这一技术被认为能够以相对简单的控制提供充分的设计灵活性，但是其需要双过电流保护电路而不是单过电流保护电路。注意，这一技术与任何类型的固态开关电路兼容。
应当认识到，在包括冗余过电流保护电路的示例性实施例中，这样的电路应当包括双脉冲电路52而不必包括双平衡二极管电桥31。例如，如果所述第一过电流保护电路包括相应的脉冲电路52和相应的平衡二极管电桥31，那么第二过电流保护电路可以只包括被配置为向所述第一过保护电路的平衡二极管电桥31施加适当的脉冲电流(在必要时)的相应脉冲电路52。反之，如果所述第二过电流保护电路包括相应的脉冲电路52和相应的平衡二极管电桥31，那么第一过电流保护电路可以只包括被配置为向所述第二过保护电路的平衡二极管电桥31施加适当的脉冲电流(在必要时)的相应脉冲电路52。
第二项示例性技术是对转移的执行进行定时，使之与零电流吻合。这消除了对第二过电流保护电路的需求，并且也与任何类型的固态开关电路兼容。但是，这一技术可能涉及相对更为精密的控制，并且在某些情况下可能需要彻底关闭系统。第三示例性技术是通过协调MEMS开关电路和固态开关电路的断开和闭合而执行电流转移。应当认识到，可以在固态开关电路具有相对小的电压降的情况下采用这一技术。
在任何情况下，都应认识到，可以将所述控制策略配置为判断何时操作过电流保护电路(单或双过电流保护电路)，以及判断何时(例如)响应于与开关电路中相应的一个的电流承载能力相适应的负载电流条件而断开和闭合相应的开关电路。一般原理在于，当在交变电流路径之间来回转移电流时准备好执行故障电流限制，当负载电流接近任一负载电流承载路径的最大容量时准备好执行电流限制和电路断电。一种示例性控制策略可以如下 在预期将存在大的初始电流时，采用固态开关电路对负载通电。在电流落在基于MEMS的开关电路的额定值内之后，将负荷转移至基于MEMS的开关电路。
当在正常条件下希望对负载断电时，同样执行所述操作，而不管当时是哪一开关电路在承载电流。如果是基于MEMS的开关电路，那么采用波上点开关使之在零电流上关断。
在模拟或感测的温度的基础上，确定基于MEMS的开关电路和固态开关电路二者的相应温度。如果所述温度中的任何一个被判断为接近相应的热额定极限，或者如果负载电流正在接近相应的最大电流承载能力(例如，在故障条件下或者在严重过载情况下)，那么执行瞬时电流中断(借助过电流保护电路)并断开基于MEMS的开关电路和固态开关电路二者。这一动作抢先于(pre-empt)任何其他控制动作。在允许重新闭合的开关动作之前等待复位。
在正常操作下，可以采用每一相应开关电路的相应热条件判断是否有电流通过基于MEMS的开关电路或固态开关电路。如果一个开关电路正在接近其热或电流极限，而另一开关电路仍然具有热裕量，那么可以自动执行转移。准确定时将取决于开关转移技术。例如，在脉冲辅助转移中，可能在需要转移时就基本上立刻发生转移。在基于波上点开关的转移中，将一直执行(例如延续)这样的转移，直到产生下一个可用的电流零交叉为止。对于推迟的转移而言，在针对转移判决的设置中应当存在一定的裕量，从而使得在下一零电流之前成功地推迟转移成为可能。
图15示出了开关系统的一个示例性实施例的电路细节。例如，图15示出了对来自控制器208的控制信号做出响应的相应驱动器220、222、224和228，所述控制信号分别用于驱动基于MEMS的开关电路206、固态开关电路204、第一脉冲开关54和第二脉冲开关229。在一个示例性实施例中，将第一脉冲开关54耦合至在操作上构成了调谐谐振电路的相应的脉冲电容器56和脉冲电感器58，可以将第一脉冲开关54配置为与基于MEMS的开关电路的导通事件相关联向电桥二极管28施加脉冲，如在图1-9的背景下所述。也就是说，通过在适当选择的时刻形成脉冲确保在基于MEMS的开关电路将要闭合时跨过基于MEMS的开关电路的端子的电压等于零(或者基本等于零)。基本上，结合微机电系统开关电路导通至导电状态而生成所述脉冲信号。
在这一示例性实施例中，将第二脉冲开关229耦合至在操作上构成了调谐谐振电路的相应脉冲电感器230和脉冲电容器234，可以将第二脉冲开关229配置为与基于MEMS的开关电路的关断事件相关联向电桥二极管28施加脉冲。也就是说，通过在适当选择的时刻形成脉冲，确保在基于MEMS的开关电路将要断开时通过基于MEMS的开关电路的电流等于零(或者基本等于零)。基本上，结合微机电系统开关电路关断至非导电状态而生成所述脉冲信号。可以结合上述波上点(POW)技术实现这一目的，由此为开关系统设计提供更高级别的鲁棒性。例如，设想这一脉冲辅助导通技术可以允许体现了本发明的各个方面的开关系统应用于这样的应用当中，其中，电源电压的质量可能不适合单独采用POW开关实现始终可靠的操作。注意，第三脉冲电路将确保提供一个空闲的脉冲电路，其准备好在发生故障的情况下，也就是说，即使在第一和第二脉冲电路刚刚执行完与普通开关事件(非故障驱动开关事件)相关的脉冲辅助开关时辅助电流限制。这是结合图14讨论的冗余过电流保护原理的扩展。
图15还示出了连接至控制器208的用于感测电流的电流传感器226，可以采用其判断与所述开关电路中相应的一个的电流承载能力相适应的负载电流条件以及可能影响所述开关系统的故障条件。
在一个示例性实施例中，模块间控制能够对初级输入命令进行中继，例如，为电压可调节MEMS开关电路模块阵列提供伽伐尼(galvanically)隔离控制信号。
由于电压分级网络和与基于MEMS的开关电路并联的过电流保护电路，有可能在关断状态存在一定的泄漏电流。因此，对于在跳闸(tripped)状态下要求零泄漏的应用而言，可以添加隔离接触器。应当认识到，不必将这样的隔离接触器设计为中断大水平的负载电流，可以只将其设计为承载额定电流并抵御适当电介质电压，这样能够极大降低其尺寸。
现在，显然在上述说明中公开的体现了本发明的各个方面的电路能够以可靠的并且经济有效的方式实现断路器所需的每一元件和/或操作功能例如，可以基于电流幅度将用于表征断路器的反比时间关系，例如，由(I^2*t＝K，其中，所容许的过载的持续时间使得时间(t)与电流(I)的平方的乘积为常数K)定义的过电流曲线，按照常规划分成三段例如，长时间(例如，较大K)，短时间(例如，较小K)和瞬时。注意，长时间和短时间段一般涉及比半周期长得多的时间，因而可受波上点开关的影响。但是，还要注意，瞬时段一般需要可以由基于MEMS的开关电路提供的充分快的亚半周期开关，因为这可能是由于短路引起的，所述短路可能爆发性地在不到1毫秒的时间内达到几千安培的电流。因此，例如，在操作当中，体现了本发明的各个方面的电路创造性地实现了断路器中可能需要的每一元件和/或操作功能，以满足其在每一上述操作段上的操作要求。
附录1和2描述了就实际情况而言与体现了本发明的各个方面的过电流保护电路相关的一些实验结果和分析基础。
尽管文中已经描述和图示了本发明的某些特征，但是对于本领域技术人员而言很多修改和变化是显而易见的。因此，应当理解，权利要求涵盖所有落在本发明的实质精神内的此类修改和变化。
附录1 体现了本发明的各个方面的过电流保护电路能够在公开开关操作过程中，即在开启和关闭过程中为相关的基于MEMS的开关电路提供保护。在不采用二极管电桥的情况下，如果使微开关闭合形成一电压或者在负载电流下断开，那么基于MEMS的开关电路，例如，MEMS微开关阵列可能受到损坏。
因此，将在闭合事件中闭合的第一微开关和将在断开事件中断开的最后一个微开关将承载所述开关操作的全部负荷，而这一负荷并非是单个微开关所能承受的。二极管电桥提供了低电阻并联路径，从而能够在开关事件中保护微开关。在闭合过程中，将第一过电流保护电路配置为在开关闭合之前使跨过所述开关阵列的电压衰减。在断开过程中，第二过电流保护电路在开关断开的同时使电流从开关阵列分流。
在理想化的条件下，对所述开关阵列分流的所述二极管电桥的两个分支应当相当于理想的短路，从而在两个分支之间确立零电压降，而不管正在转移多少电流。理想地，开关应当进行冷切换，即，在断开时没有通过它的电流。但是，在实际电路中，所述二极管将具有一定的电压降，并且由于所述二极管未必恰好匹配，因而在开关断开时可能存在跨过开关的残余电压，从而导致了暖切换。如果所述电压足够大，那么在热切换条件下有可能产生接触腐蚀和/或熔接。实际上，跨过二极管电桥的分支的残余电压的电平基本上限定操作限制。
类似地，在阵列中的最后一个开关断开时，可能存在流经其的相对较小的电流量，所述电流几乎被立即转移到第二二极管电桥内，从而产生对应的小的感应电压冲击(kick)。附录1讨论了残余电桥电压的影响，并且给出了可以用来分析和设计二极管电桥和缓冲电路的方程。在这一附录1中对结果进行了总结。
这一分析关注关断操作，因为其对开关造成的压力比导通操作大。在关断操作当中，可能需要注意的示例性事件序列包括 ●在生成关断脉冲之前，假设闭合了MEMS微开关并联阵列中的每一开关，从而使其承载满载电流。可能存在跨过所述阵列的电压，该电压通常为几十伏，即，等于负载电流乘以阵列的纯电阻。可以通过适当的开关的热模型获得阵列内开关的热点温度响应于变化的阵列电压的升高和下降。将存在取决于跨过开关阵列的电压的均方根值的平均温度，以及取决于变化的电压和热模型的温度波动。基本点在于在触发关断脉冲之前所述接触可以是热的。
●在一个示例性实施例中，关断脉冲电路可以形成近似正弦的电流脉冲，其持续时间大约为相应电感器和电容器的共振频率的半个周期。在关断电流超过了负载电流的时间间隔内，二极管电桥内的所有四个二极管均沿正向传导电流，从而导致跨过MEMS微开关阵列产生低电压。所述电压可以具有相对小的值，但是很可能是非零的，并且随时间变化。具体的行为取决于各种因素，例如，电桥的平衡情况、二极管特性、负载电流和关断脉冲的特性。
●在关断操作过程中，跨过MEMS开关的电压的波形的细节可以取决于二极管特性、其参数变化、瞬时关断电流和瞬时负载电流。在关断脉冲的开始和结束位置或者在中间位置可能产生最坏情况电压。如果所述电桥得到了很好的平衡，那么最低电压将出现在关断脉冲的峰值处。反之，如果所述电桥平衡情况差，那么最高电压将出现在关断脉冲的峰值处。如果二极管电阻主导二极管电压，那么残余电压将主要取决于负载电流，并且在关断脉冲期间不会发生很大变化。
●当在每一开关仍然闭合的关断脉冲的开始部分内，将一些负载电流从开关阵列转移到二极管电桥内，从而降低跨过所述阵列的电压。但是，所转移的电流量相对较小。其原因在于，开关阵列一般将提供电阻比通过二极管电桥的路径低得多的路径。
●在所述过程中的某一点上，所述开关开始断开。在实际电路中，这样的开关可能未必总是恰好在同一时间上断开。存在极大地取决于机械变化的时间分布，第一个和最后一个开关的断开时间间隔可能大约为几百纳秒。对于指定应用而言，可能希望确定这样的分布。
●随着每一独立开关断开，阵列电阻值存在类似于台阶的逐渐增大。在开关开始断开时，假设其并非所述时间分布中的最后一个开关，那么其在总负载电流中的份额最初将转移到阵列中仍然闭合的开关内，这导致了阵列电压的升高，从而导致阵列电压和二极管电桥电压之间的电压失衡。所述电压失衡将跨过电桥环路电感出现，从而驱动L-R浪涌，由此在下一开关断开之前使电桥和阵列之间的电流份额重新平衡。
●在前几个开关断开的同时，大部分负载电流流经阵列内剩余的闭合开关。随着更多的开关断开，以及阵列电阻的增大，负载电流转移到二极管电桥内。在最后几个开关断开的同时，大部分负载电流流经二极管电桥，从而产生了电桥电压，这是这一分析的焦点。通过最后几个开关的电流等于电桥电压除以开关电阻或等效开关电阻，所述电阻是针对这样的配置而言的，其中，在最终中断导电路径时，仍然存在由几个传导电流的闭合开关构成的串并联网络。
●将出现流经MEMS开关的剩余电流被中断并转移到二极管电桥内的时刻，所述中断和转移将形成暖切换。所中断的电流量取决于开关的电阻和二极管电桥的电特性。在关断操作之前，所述电流可能显著小于或大于流经所述开关的电流，因而所述电流可能显著小于或大于所述开关的暖切换能力。此外，在最后一个开关的接触从低电阻移动到开路的时间间隔(例如，毫秒的相对较小的一部分)内，需要小的感应电压冲击将电流从所述最后一个开关转移到过电流保护电路内(配置成用于关断)。事实上，从实际的观点来看，所述时间间隔不如为零。在这种情况下，可以提供相对小的缓冲电容器来控制感应冲击。
如上文所述，暖切换和所述事件序列中最后步骤内的感应电压冲击将导致接触粘结、熔接、熔化和/或电弧放电。即使没有任何大的接触损坏，也可能产生细微的接触腐蚀，从而最终限制接触的使用寿命。
在导通过程中也可能对接触造成损坏。注意，导通过程中的适用的很多步骤与关断过程中的相同，只是这样的步骤可能处于相反顺序。因此，下述的很多分析适用于任一情况。可能存在的一些明显差异如下 ●在导通的开始，不存在负载电流的流动。电流可能迅速升高，尤其是在存在故障的情况下，但是由于其从零开始，因而预计其不会达到可能在关断操作过程中流动的电流。
●可以预计感应电压冲击并不象关断操作中的那样。该问题的相反之处在于，缓冲电容器将随着开关电压的暴跌而输送电流。但是，缓冲电容器放电电流流经二极管电桥而非MEMS开关。
在关断操作过程中，用于将电流转移到二极管电桥内的最后一个开关可以在短时间周期(大约几百纳秒)内传导额外电流，并预计执行所述电流的暖切换。所述电流量近似等于二极管电桥产生的残余电压除以所述开关的电阻。在开关过程中，感应冲击可能在开关处产生短时间的高压脉冲，其升高速度高于接触缝隙的电击穿电压升高的速度，从而导致在非常短的时间量内产生电弧放电。
理想地，在二极管电桥导电的同时，希望跨过MEMS开关阵列的电压为零。其将为MEMS开关创造冷切换条件。但是，将存在导致“暖切换”条件，乃至“热切换”条件的残余电压。存在两种能够导致这一电压的效应 1.跨过电桥内的每一二极管的正向电压不是理想值零。相反，每一二极管根据流经其的电流而产生小的电压。当阵列内的最后一个开关断开时，大部分负载电流在该点流经二极管电桥。因此，每一二极管并非恰好承载相同的电流。即使所述电桥内所有的四个二极管都是恰好等同的，所述电桥也可能因负载电流而失衡，从而在最后一个断开的MEMS开关两端产生电压。
2.所述电桥内的四个二极管不具有等同的电特性。其可能导致额外的电桥失衡。
在附录2所包含的电路分析中分析了这两种效应的理论基础。在下文中将对所述结果进行总结。图示E1中示出了电流转移的最后阶段内的示例性等效电路。电压ΔV是由标称二极管电压和失衡变化导致的跨过二极管电桥的分支的残余电压。ΔV基于除以开关电阻的电压建立了流经最后一个开关的电流，此外还基于缓冲电容器建立了小电压。脉冲形成电感器(LHALT)和缓冲电感器(CSNUB)表示所述转移中涉及的相应电感。脉冲形成电感器的电感表示完成电流从开关到过电流保护电路的转移所需的回路电流的电感，其可以是几十纳亨左右。缓冲电感表示将缓冲电容器连接至开关阵列的杂散电感。所述连接应当尽可能紧，以降低这一电感的值。有可能将缓冲连接的杂散电感限制为几纳亨。缓冲电阻是可以与缓冲电容器串联的电阻器。
最后一个断开的开关的模型是与理想化开关串联的接触电阻。应当认识到，根据开关实际断开的速度，将这样的开关的模型设置为随时间变化的电阻，其以闭合接触电阻为起点，在接触压力达到零所需的时间间隔内，例如，在大约0.01到10纳秒的周期内爬升至无限大。

暖切换条件的最后阶段内的等效电路的图示E1 残余电桥电压的影响 根据方程(1)，跨过最后一个断开的开关的电压ΔV等于两种效应产生的电压之和，电流等于所述电压除以一组接触的接触电阻。
|ΔV|＝|ΔV标称|+|ΔV变化|＝最后断开的开关上的残余电压
R开关＝单个接触的电阻 方程(1) |ΔV标称|＝由于标称二极管电压导致的残余电压 |ΔV变化|＝由于二极管电压变化导致的残余电压 应当认识到，采用绝对值运算符的目的在于强调我们不关心电压的符号，而且我们依赖产生相反符号的电压的两种效应。我们关心的只是所述效应的幅度以及所述幅度的总和。
通过方程(2)给出了在正向传导过程中可以在二极管电桥电路中采用的半导体二极管的类型的电压-电流特性的示例性模型 I＝二极管电流 V＝二极管电压 方程(2) VD(T)，ID(T)，RD＝二极管模型参数 T＝温度 从方程(2)中的模型开始，可以相对于关断脉冲电流、负载电流和二极管模型参数获得由第一效应导致的跨过最后一个打开的开关的电压的闭形表达式。有关细节参考附录2。通过方程(3)给出了由标称二极管电压导致的残余电压的准确近似，其中，二极管参数来自于方程(2)
|IL|＝当最后一个开关断开时负载电流的幅度 方程(3) |IH|＝当最后一个开关断开时HALT脉冲电流的幅度 注意，方程(3)所研究的并非是关断脉冲电流的峰值，而是在最后一个开关断开的瞬间流动的脉冲电流。就作为时间的函数的关断脉冲电流和负载电流而言，也可以将方程(3)看作表示作为时间的函数的可能的标称残余电压。
为了具有启发性，我们来看一种典型情况。首先，采用示例性的二极管参数。如附录2中解释的，我们的实验性测试中采用的二极管类型，例如二极管类型PDU 540的电压电流特性具有通过方程(4)给出的在25摄氏度提供的型号参数。
VD＝0.027伏特 RD＝0.024欧姆 方程(4) ID＝1.0E-10安培 在我们的测试之一中，我们尝试转移10安培的负载电流连同40安培的脉冲电流使之通过由四个PDU 540二极管构成的二极管电桥。通过将这些值和二极管参数代入方程(3)，发现能够通过下式给出跨过最后一个断开的开关的电压和热切换的电流，其中，接触电阻为1欧姆

|ΔV标称|≈0.138+0.24≈0.38伏 方程(5) R开关≈1欧姆 |I开关|≈0.38安培 方程(3)对于单个并联开关阵列、包括四个二极管的单个二极管电桥和单个关断脉冲电路适用。可以将所述方程容易地扩展至其他配置。例如，假设一切条件相同，只是在电桥的4侧中的每一侧上存在N个并联的二极管。在这种情况下，通过下式给出残余电压

方程(6) N并联＝并联二极管的数目 可以预期到，方程(6)揭示了，使二极管并联布置降低了二极管电阻的影响。可能不太直观，但是通过分析可以得到这样的结果，即，由二极管半导体结对残余电压做出的贡献是不变的。注意，使二极管并联还将降低通过每一二极管的电流。
使二极管串联将使方程(3)的项都增大，因而不推荐。通过下式给出了在电桥的每一侧有N个二极管串联的布局的电压

方程(7) N串联＝串联二极管的数目 另一个示例性布局是受单个二极管电桥保护的串并联开关阵列。方程(3)还适用于确定标称残余关断电压，但是应当对方程(1)进行修改，以确定最大的“热切换”电流量。在开关的串并联阵列的断开过程中将出现并联模块之一的最后一个开关断开的时刻。这一开关接收最高“热切换”压力，因为在其断开时，其将流经所述串并联阵列的所有残余电流从所述阵列中转移出来并使之进入二极管电桥。当其他模块中存在几个仍然闭合的开关时，流经压力最大的开关的电流将等于二极管电桥的残余电压除以仍然闭合的剩余开关的串并联连接的等效电阻。在最坏的情况下，一个模块的断开可能比所有的其他串联模块早得多。在这种情况下，最后一个开关的热切换电流将等于所述残余电压除以一个开关的电阻。在最好的情况下，所有的模块几乎同时断开，并使每一其他串联模块中恰好还有一个闭合的开关。在这种情况下，最后一个断开的开关的热切换电流等于所述残余电压除以几个串联的开关的电阻。
另一种示例性配置在于为每一串联模块提供独立的关断电路和电桥。在这种情况下，所述串联模块变得解耦，并且方程(1)和(3)能够直接适用。
方程(1)和(3)给出了如何对被配置为实施关断的过电流保护电路和MEMS开关阵列进行电流和电压缩放。一般而言，无论并联了多少个开关，总会存在最后一个断开的开关。在最后一个开关断开时，热切换的电流量等于残余电压除以一个接触的电阻。因此，为了实现可缩放性，一旦我们开发出了在一定的负载电流水平上工作的构造，那么要想取得更高的负载电流水平，我们必须生成与方程(3)给出的相同的标称残余电压。这意味着，应当基本上用与负载电流相同的因数缩放关断脉冲电流，并且必须通过所述因数的倒数降低二极管电阻。对于指定二极管类型而言，一种实现所述目的的方式是采用很多并联的二极管作为缩放因子。例如，从适用于10安培的负载连同40安培的关断脉冲电流并且在电桥的每一侧具有单个某种类型的二极管的第一设计转化为适用于100安培的负载的第二设计可能需要400安培的关断脉冲电流和10个并联的二极管。注意，方程(2)和(3)中的电阻参数既包括二极管电阻又包括承载电路板中的关断电流和负载电流的导电迹线的电阻，因而实际上还应当采用与负载电流相同的因子对所述迹线的厚度进行缩放。
方程(3)还表明，一种对电压进行缩放的示例性方式是提供针对每一串联模块包括相应的二极管电桥的过电流保护电路(被配置用于关断)。也就是说，相对于所有的部分和电路而言，每一设备应当是自持的。之后，通过叠置这样的自持模块实现更高的电压。我们认为对于整个系统而言，在单个二极管电桥中使二极管串联将对缩放性不利。
现在我们继续分析第二种效应。也就是说，因二极管参数的变化而导致的残余电压的贡献。用于推导方程(3)的假设之一是所述二极管都是等同的。事实上，实际电路中的二极管并不等同。例如，就PD 540二极管而言，电压-电流特性是温度的强函数。有几种使二极管处于不同温度的示例性情况。例如，它们处于诸如开关本身的热源附近。在关断电路的操作过程中，它们可能受到不均匀的加热。因此，可以认为电桥中的四个二极管可能处于不同的温度，并且将引起额外的残余电压。除了方程(3)给出的电压之外，由于二极管参数的小偏差导致的二极管电桥内部的不平衡，可能产生额外的电压贡献。在Exh ib it中导出的下述方程，关于由二极管参数中的变化导致的额外残余电压计算了最坏条件。根据标称值用参数的变化来表示所述电压
|ΔV变化|＝由于二极管变化导致的残余电压 ΔVD＝VD与标称值的差异方程(8) ΔID＝ID与标称值的差异 ΔRD＝RD与标称值的差异 对于数值实例而言，对于前一部分中的例子而言，假设对于PDU 540二极管，相对于标称值存在5％的二极管参数变化。在这种情况下，将额外残余电压计算为 ΔVD＝0.00135伏 ΔID＝0.5E-11安培 ΔRD＝0.0012欧姆 方程(9)
|ΔV变化|≈0.078+0.0027+0.048≈0.129伏 注意，这里并不是说一定要遇到5％的二极管参数偏差，我们的目的在于表明所述效应将是什么。注意，从百分比上看，最大的灵敏度是由作为温度强函数的二极管电压参数的变化导致的。建议在详细考查温度影响的情况下准确估算可以预期的实际参数变化，之后采用方程(8)估算残余电压。在这个例子中，总残余电压等于二极管标称电压导致的0.38伏加上二极管不平衡电压导致的0.156伏，总共为0.536伏，其可能超过单组接触的能力。
结合方程(3)和(8)将得到在最终将电流转移到二极管电桥内时总残余电压的表达式，其中，IH和IL是转移时的关断脉冲电流和负载电流的值。
方程(10) 可以采用方程(10)估算跨过最后一个向二极管电桥内转移电流的开关的总残余电压。方程(10)明确示出了一些示例性设计折衷。例如，应当注意，关断脉冲电流如何影响残余电压。尽管方程(10)中的第一项随着关断脉冲电流增大而降低，但是最后一项与关断电流成比例。方程(10)相对于关断电流的曲线将揭示一个宽泛的最大值，其位置取决于包括负载电流在内的所有其他参数。可以采用方程(10)作为设计满足指定应用的要求的二极管电桥、MEMS开关特性、MEMS阵列配置和其他关断参数的基础。
附录2 可以通过分析图示A1中的电路示意图确定由标称二极管电压加上参数变化导致的残余电桥电压。

图示A1-二极管电桥 分析的焦点在于确定ΔV，即，由二极管的电压-电流特性导致的残余电桥电压。电流IL是从MEMS微开关阵列分支出来的负载电流。电流IH是用于在所有二极管上保持正向偏压的关断脉冲电流。
通过方程(A1)给出了三参数二极管模型，其具有可靠的理论基础，并且贴切地适用于二极管的正向偏置电压-电流特性。
I＝二极管电流 V＝二极管电压 方程(A1) VD(T)，ID(T)，RD＝二极管模型参数 T＝温度 可以由所公开的电压-电流曲线估算方程(A1)中的模型的参数，一般将所述曲线绘制为在各个温度的电流相对于电压的曲线。对于小的电流和电压值而言，方程(A1)的第一项占据主导，因而能够从曲线的斜率估算VD，之后通过拟合直线上的点之一确定ID。之后，通过曲线绘制的电压与处于更高电流的直线逼近之间的差异估算RD。对于PDU 540二极管而言，下述表格提供了各个温度下的参数值 表1作为示例的PDU540二极管的模型参数 通过假设图示A1中所有的四个二极管都具有等同的由方程A1表示的模型而开始分析。将跨过每一二极管的正向电压表示为V1、V2、V3和V4。将通过其的正向电流表示为I1、I2、I3和I4。在方程(A2)表示电网络的限制下，确定ΔV ΔV标称＝V1-V2＝V4-V3 I1+I2＝I3+I4＝IH 方程(A2) I1-I3＝I4-I2＝IL 可以通过将方程(A1)代入到方程(A2)中，并解所述非线性方程组而得到所述电流。通过方程(A3)和(A4)给出了所述结果，其中可以通过直接代入验证方程(A3)和(A4) 方程(A3) 方程(A4) 将方程(A4)代入到(A2)中的电压方程内得到方程(A5)

方程(A5) 实际上，与IH和IL相比，ID相对较小。例如，对于PDU540二极管而言，在IH和IL为几十安培时，ID在二极管的整个额定温度范围上绝不超过零点几微安。因此，在方程(A5)中可以忽略ID，从而通过方程(A6)给出了近似表达式。


方程(A6) 方程(A6)以所有的四个二极管都具有等同的电流-电压特性这一理想假设为基础，其只是更为全面的分析的起点。二极管的电模型参数可能存在小的变化，该变化将在二极管电桥内导致略微失衡，从而产生额外的残余电桥电压，对该残余电桥电压的分析如下 ●该额外的残余电压将具有小幅度，即十分之一伏左右。因此，二极管参数的变化也小，可以采用泰勒展开式将实际情况表示为与方程(A3)和(A4)的小的偏差。
●将跨过每一二极管的电压表示为通过方程(A4)给出的基础电压加上由二极管模型参数的变化导致的并且将引起二极管电流的变化的泰勒展开式的一阶项。
●可以按照方程(A3)给出的基础电流加上环路不平衡电流表示二极管电流本身。
●通过对网络施加限制可以得到线性方程组，可以解所述线性方程组得到环路不平衡电流和二极管电压偏移。
●可以通过二极管电压偏移表示所述额外的残余电压。
首先，有可能通过采用方程(A7)给出的近似二极管模型简化分析。通过二极管电流将比I D幅度大很多数量级这一事实验证所述近似。
方程(A7) 下式给出了泰勒表达式，该表达式用模型参数的小偏移、模型参数和二极管电流给出了二极管电压的变化 方程(A8) 将方程(A8)独立应用于每一二极管。可以将其拆分为两个部分，一部分表示由参数偏移导致的电压偏移，另一项表示由电流偏移导致的电压偏移 方程(A9) 注意，参数偏移可以是向上或向下的，因而方程(A9)中的第二项前面的减号实际上无关紧要。我们所关心的是在参数沿产生最坏情况的方向偏移时电压偏移的幅度 方程(A10) 二极管的电流偏移是相关的，因为在图A1中的网络的每一节点处所述电流偏移相加为零。根据方程(A11)，可以通过电流偏移以及HALT和负载电流表示每一二极管中的总电流。
方程(A11) 方程(A12)表示每一二极管处的电压偏移。
方程(A12) 围绕所述二极管环路的电压偏移的和应当为零 ΔV1+ΔV2+ΔV3+ΔV4＝0 方程(A13) 使(A13)与(A12)结合得到 方程(A14) 将方程(A3)代入方程(A14)并解方程将得到下述环路电流偏移的表达式 方程(A15) 就所涉及的开关处的残余电压而言，我们关心的是通过方程(A16)表示的二极管对之间的变化之差。

方程(A16) 将方程(A15)和(A 3)代入方程(A16)将得到相当值得注意并且直观简单的结果

方程(A17) 方程(A17)具有直观的解释。分子中的项表示在二极管电桥不是闭环的情况下可能产生的由参数偏移引起的二极管电压偏移。每一项只有一半是作为残余电压出现的，因为环路中的四个二极管形成了分压器，其在电桥的分支处将每一共享实际上分成两半。从对称的角度来看，二极管D1和D2的串联连接的增量电阻与二极管D3和D4的串联连接的增量电阻恰好相同。二极管D1或D4的正向压降的增大沿正方向提高了残余电压，二极管D2和D3的正向压降的增大则沿负方向增大了残余电压。
可以采用方程(A10)和(A17)一起估算由二极管参数偏移的任何具体设置导致的额外残余电压。将方程(A10)应用于每一二极管，以计算因其参数偏离标称值而导致的影响。之后，采用方程(A17)计算在开关处造成的总体影响。
还可以采用方程(A10)和(A17)估算由最坏情况导致的影响。在最坏情况下，可以通过设置各个项的符号使各个项相互增强，由此得到下述由二极管变化导致的最坏情况额外残余电压的近似表达式

方程(A18)
权利要求
1.一种系统，包括
微机电系统开关电路(206)；
以并联电路与所述微机电系统开关电路(206)连接的第一过电流保护电路(54，56，58)，将所述第一过电流保护电路配置为响应于所述微机电系统开关电路(206)的第一开关事件暂时形成导电路径，所述导电路径与所述微机电系统开关电路(206)成并联电路，用于在所述第一开关事件期间抑制跨过所述微机电系统开关电路(206)的接触的电压电平；以及
以并联电路与所述微机电系统开关电路(206)和所述第一过电流保护电路(2061)连接的第二过电流保护电路(229，230，234)，将所述第二过电流保护电路(2062)配置为响应于所述微机电系统开关电路(206)的第二开关事件暂时形成导电路径，所述导电路径与所述微机电系统开关电路(206)成并联电路，用于在所述第二开关事件期间抑制流经所述微机电系统开关电路(206)的接触的电流(0)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，通过平衡二极管电桥(28)形成所述导电路径。
3.根据权利要求2所述的系统，还包括耦合至所述平衡二极管电桥(28)的第一脉冲电路(54)，所述第一脉冲电路包括处于电容器(56)和电感器(58)之间的调谐谐振电路，所述谐振电路适于形成用于抑制跨过所述微机电系统开关电路(206)的接触的电压电平的脉冲信号，结合所述微机电系统开关电路(206)导通至导电状态而生成所述脉冲信号，所述导通构成了所述第一开关事件。
4.根据权利要求2所述的系统，还包括耦合至所述平衡二极管电桥(28)的第二脉冲电路(229)，所述第二脉冲电路包括处于电容器(234)和电感器(236)之间的调谐谐振电路，所述谐振电路适于形成用于抑制流经所述微机电系统的接触的电流的脉冲信号，结合所述微机电系统开关电路(206)关断至非导电状态而生成所述脉冲信号，所述关断构成了所述第二开关事件。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括以并联电路与所述微机电开关电路(206)和所述第一过电流保护电路耦合的固态开关电路(204)。
6.根据权利要求5所述的系统，还包括耦合至所述机电开关电路(206)和所述固态开关电路(204)的控制器(208)，将所述控制器(208)配置为对来自连接至所述开关系统的负载的负载电流(50)执行选择性切换，响应于与所述开关电路中相应的一个的操作能力相适应的负载电流(50)条件，在所述机电开关电路(206)和所述固态开关电路(204)之间执行所述选择性切换。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，将所述控制器(208)配置为，响应于所检测到的交变源电压或交变负载电流的零交叉，执行微机电系统开关电路(206)的电弧更少的开关。
8.一种系统，包括
微机电系统开关电路(206)；以及
以并联电路与所述微机电系统开关电路(206)连接的至少第一过电流保护电路(2061)，将所述第一过电流保护电路(2061)配置为响应于所述微机电系统开关电路(206)的第一开关事件暂时形成导电路径，所述导电路径与所述微机电系统开关电路(206)成并联电路，用于在所述第一开关事件期间抑制跨过所述微机电系统开关电路(206)的接触的电压。
9.根据权利要求9所述的系统，还包括以并联电路与所述微机电系统开关电路(206)和所述第一过电流保护电路(2061)连接的第二过电流保护电路(2062)，将所述第二过保护电路(2062)配置为响应于所述微机电系统开关电路(206)的第二开关事件暂时形成导电路径，所述导电路径与所述微机电系统开关电路(206)成并联电路，用于在所述第二开关事件期间抑制流经所述微机电系统开关电路(206)的接触的电流。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，通过平衡二极管电桥(28)形成所述导电路径。
全文摘要
本发明涉及具有抑制基于微机电系统的开关中电弧形成的电路的系统。具体而言，本发明涉及具有用于抑制基于微机电系统的开关中的电弧的形成的电路的系统。提供了一种包括微机电系统开关电路(206)的系统。所述系统可以包括通过并联电路与所述微机电系统开关电路(206)连接的第一过电流保护电路(2061)，其用于在诸如导通事件的第一开关事件中抑制跨过所述微机电系统开关电路(206)的电压电平。所述系统还可以包括通过并联电路与所述微机电系统开关电路(206)连接的第二过电流保护电路(2062)，其用于在诸如关断事件的第二开关事件中抑制流经所述微机电系统开关电路(206)的接触的电流(0)。
文档编号H01H9/54GK101404220SQ20081016196
公开日2009年4月8日 申请日期2008年10月6日 优先权日2007年10月3日
发明者W·J·普雷默拉尼, K·苏布拉马尼安, K·A·奥布赖恩, J·N·帕克, O·J·谢伦茨, M·H·托多罗维克 申请人:通用电气公司