[发明专利]具有用于驱动机电开关的电源电压的电路系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电压转换，更具体而言，涉及结合了用于控制流过其中的电流的电流负载和开关的电路和系统。

背景技术

通常使用开关DC电压电源或开关AC电源将机电开关门控成导通或不导通状态。众多应用需要非常快速的开关特性，这些特性可以利用微机电(MEMS)开关来达到。这种开关具有独特的电压和电流特性，并且可以达到大约3到20微秒的开关速度。随着开关部件的尺寸不断变小，能够提供可接受的性能和封装尺寸的驱动电路的特性正在变得更为苛刻。

在许多电源电路应用中，其中例如包括电视和荧光灯，通常将线绕电磁变压器用于电压转换。在电磁变压器中，通过初级绕组和次级绕组之间的磁耦合来转移能量。这使电路易受EMI影响，并且常常期望更好的电绝缘。电磁变压器在磁芯上需要大量的导线匝，以便实现大的变压比。随着在电源电子器件中使部件小型化的趋势，卷绕工艺通常导致重的、体积大的设备。例如在半导体衬底或PCB上形成的平面变压器更紧凑，但仍然是复杂、昂贵、面积密集的，并且限制可获得的运行功率的范围。

为了完全实现当前和将来MEMS开关设计的潜在益处，期望开发这样的开关系统，其以期望的速度可靠地操作并可以通过更有效的电路来供电，以及其可以使用现有的微电子技术以相对较小的体积来制造。

发明内容

根据本发明的众多实施例，提供一种用于控制负载的操作的电路。MEMS开关被放置在电路中，以便将负载置于导通状态或不导通状态的其中之一，以及压电变压器提供相对的高电压输出信号或相对的低电压输出信号，以便在将负载置于导通状态的闭合位置与断开位置之间控制开关的移动，其中该高电压输出信号包括在变压器的谐振频率范围内的频率分量。控制电路将输入电压信号提供给压电变压器，以便在压电变压器的输出端子处提供该高电压输出信号或该低电压输出信号。该高电压输出信号的峰值与该输入电压信号的峰值的比的范围可以是从5到10。

根据本发明的其它实施例，一种用于向MEMS开关提供驱动电压的电路包括具有特征谐振频率的压电变压器，其中该变压器的输出端子被耦合到栅极。可以耦合驱动电路，以便利用具有不同于特征谐振频率的频率分量的第一相对低电压信号给变压器通电，其中该第一信号具有第一峰值电压，以便使变压器响应于该第一信号而提供第二信号，其中该第二信号也具有不同于峰值谐振频率的频率分量，并且该第二信号具有大于第一峰值电压的第二峰值电压。该电路可以包括耦合在变压器输出端子和栅极之间的整流电路，以便将第二信号转换成能够改变MEMS开关的状态的整流信号。

仍然根据本发明的其它实施例，一种系统包括具有电源电压、负载和机电开关的电路，该机电开关具有可移动到将开关置于导通模式的第一位置并且可移动到将开关置于不导通模式的第二位置的元件。该开关还包括控制端子，用于有选择地施加或去除静电力，以便将该元件置于第一位置或第二位置。压电变压器的高电压端子被连接到控制端子，并且变压器的第二端子被连接以接收输入信号，使得通过将第一电平信号施加到第二端子，高电压端子向控制端子提供具有足够电压的高电压信号，以便产生将该元件从其中一个位置移动到另一个位置的静电场。

在一种用于控制负载的操作的方法的实施例中，利用MEMS开关和具有谐振频率范围的压电变压器来形成电路，该MEMS开关被放置成将负载置于导通状态或不导通状态的其中之一，该谐振频率范围具有峰值谐振频率。将相对的高电压输出信号或相对的低电压输出信号提供给压电变压器的输出端子，以便在闭合位置和断开位置之间控制开关的移动，其中该高电压输出信号包括在变压器的谐振频率范围内的频率分量。可以根据控制信号来驱动压电变压器的输入端子，以便在压电变压器的输出端子上有选择地提供该高电压输出信号或该低电压输出信号。

根据一种用于优化来自压电变压器的输出电压的上升时间和下降时间的方法的实施例，其中该压电变压器可以被耦合以便在导通状态和不导通状态之间驱动MEMS开关，利用输入信号给变压器通电以产生高电压输出信号，该输入信号具有作为相对于变压器的谐振频率的偏移的频率。对该输出信号进行整流，并施加该整流信号以便将MEMS开关从导通状态和不导通状态的其中之一驱动到另一种状态。在一些实施例中，响应于输入信号的峰值而产生的输出信号的峰值大于输入信号的峰值。

附图说明

通过下面的描述将会更清楚地理解本发明，其中仅仅通过例子并参考附图来说明各实施例，其中：