[发明专利]基于微机电系统的无电弧开关

说明书

相关的专利申请

本专利申请是2005年12月20日提交的美国专利申请序列号No.11/314,336(代理人文档号No.162711-1)的继续部分申请，该专利申请整体地在此引用以供参考。

发明内容

本发明的实施例总的涉及用于在电流路径中关断电流的开关装置，更特别地，涉及基于微机电系统的开关装置。

背景技术

断路器被设计来保护电气设备免受因电路故障造成的损坏。传统上，大多数常用的断路器包括笨重的机电开关。不幸地，这些惯用的断路器是大尺寸的，必须使用大的力量来驱动开关机构。另外，这些断路器的开关通常以相当慢的速度工作。而且，这些断路器不利地是结构复杂的，因此制作成本昂贵。此外，当惯用的断路器的开关机构的触点在物理上分开时，典型地在它们之间形成电弧，这使得继续通过电流，直至电路中的电流停止为止。而且，与电弧有关的能量可以严重地损坏触点和/或对个人造成烧伤。

作为对于慢的机电开关的替换例，在高速切换应用中采用快速的固态开关。正如将会看到的，这些固态开关通过受控地施加电压或偏压而在导通状态与非导通状态之间切换。例如，通过颠倒加到固态开关的偏压，开关可以转换成非导通状态。然而，由于固态开关不产生在触点之间的物理间隙，当它们被切换到非导通状态时，它们会经受泄漏电流。而且，由于内部电阻，当固态开关工作在导通状态时，它们经受电压降。电压降和泄漏电流两者都会在正常工作环境下产生过量的热，这对于开关性能和寿命是有害的。此外，至少部分地由于与固态开关有关的固有的泄漏电流，把固态开关用在断路器是不可能的。

发明内容

概略地，按照本技术的各个方面，给出了一种系统。该系统包括微机电系统开关。平衡的二极管电桥被配置成抑制在微机电系统开关的触点之间形成电弧。脉冲电路被耦合到平衡的二极管电桥。脉冲电路包括脉冲电容器，它适合于形成能使脉冲电流流过平衡的二极管电桥的脉冲信号。脉冲信号响应于在被耦合到微机电系统开关的负载电路中的故障条件而被生成。能量吸收电路与脉冲电路被耦合成并联电路。能量吸收电路包括能量吸收电容器，它适合于吸收由故障条件造成的电能，而不影响由脉冲电路形成脉冲信号。

按照本技术的另外的方面，给出一种系统。该系统包括开关电路，它包括一个微机电系统开关，被配置成把系统从第一开关状态切换到第二开关状态。电弧抑制电路被耦合到开关电路，其中电弧抑制电路被配置成抑制在微机电系统开关的触点之间形成电弧。检测电路被耦合到电弧抑制电路，并被配置成确定故障条件的存在。脉冲电路被耦合到电弧抑制电路和检测电路，其中脉冲电路被配置成响应于故障条件而形成脉冲信号，并且其中与启动打开微机电系统开关相联系而把脉冲信号施加到电弧抑制电路。能量吸收电路与脉冲电路被耦合成并联电路。能量吸收电路适合于吸收由故障条件引起的电能，而不影响由脉冲电路形成脉冲信号。

附图说明

当参照附图阅读以下的详细说明时，将更好地明白本发明的这些和其它特性、方面与优点，在所有的图上相同的字符代表相同的部件，其中：

图1是按照本技术各方面的示例性的基于MEMS的开关系统的框图；

图2是显示图1所示的基于示例性的MEMS的开关系统的示意图；

图3-5是显示图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6是显示MEMS开关的串行-并行阵列的示意图；

图7是显示分级MEMS开关的示意图；

图8是显示具有图1所示的基于MEMS的开关系统的系统的工作流程的流程图；

图9是代表开关系统的关断的实验结果的图形代表；

图10是显示按照本发明各方面的示例性的基于MEMS的开关系统的示意图；

图11和12分别显示说明按照本发明的方面的图10的开关系统的工作细节的示例性电路信号的仿真结果的图形表示。

部件表

10  基于无电弧微机电系统开关(MEMS)的开关系统

12  基于MEMS的开关电路

14  电弧抑制电路

16  单个封装

18  基于无电弧微机电系统开关(MEMS)的开关系统的示意图

20  MEMS开关

22  第一触点

24  第二触点

26  第三触点

28  平衡的二极管电桥

29  平衡的二极管电桥的第一支路

30  第一二极管D1

31  平衡的二极管电桥的第二支路    

32  第二二极管D2

33  电压缓冲器电路

34  第三二极管D3