[发明专利]基于微机电系统的开关

说明书

技术领域

本发明的实施例总体涉及用于接通/断开电流路径中的电流的开关 装置，更具体涉及基于微机电系统的开关。

背景技术

为了接通/断开电系统中的电流，可以使用一组接触。这些接触可 以被放置为开路以停止电流，以及闭路以促进电流流动。一般，该组接 触可以在接触器，断路器，电流断续器，电动机起动器，或者类似的设 备中使用。然而，接通/断开电流的原理可以通过解释接触器来理解。

接触器是一种设计为按需要接通和断开电流负载的电器件。传统 上，电机械接触器在控制装置中使用，其中电机械接触器能够处理高达 它们的断续容量的开关电流。电机械接触器也可以在电力系统中找到切 换电流的应用。然而，电力系统中的故障电流通常大于电机械接触器的 断续容量。因此，为了在电力系统应用中采用电机械接触器，可能期望 用一个串联器件来支持它来保护该接触器不受损坏，该串联器件足够快 速动作以在接触器以在接触器的断续容量之上的全值的电流断开之前 中断故障电流。

之前设想的解决方案是促进接触器在电力系统中的使用，包括例如 真空接触器，真空断续器和空气断路式接触器。不幸的是，诸如真空接 触器的接触器并不有助于容易的视觉检查，因为接触器末端装入在密封 的，抽空的外壳中。此外，尽管真空接触器很适合于处理大的电动机， 变压器和电容器的开关，已知它们会引起不期望的瞬态过电压，特别是 当负载被断开时。

此外，电机械接触器一般使用机械开关。然而，由于这些机械开关 趋向于以相对慢的速度开关，采用预测技术以便估计过零的发生，通常 在开关事件要发生前几十毫秒，以便促进在过零附近的断开/闭合以减 少电弧发生。这种过零预测容易出现错误，因为在该预测时间间隔内可 能发生很多瞬变。

作为对慢的机械和电机械开关的一种替代，快速固态开关已经在高 速开关应用中被采用。如将理解的，这些固态开关通过受控施加电压或 偏置而在导通和非导通状态之间切换。例如，通过反转偏置固态开关， 开关可以转变到非导通状态。然而，因为固态开关在它们被切换到非导 通状态中时不产生接触之间的物理间隙，它们经受漏电流。此外，由于 内部电阻，如果固态开关在导通状态工作，它们受到电压降。电压降和 漏电流都贡献于在常规工作环境下产生过热，这会影响开关性能和寿 命。此外，至少部分由于与固态开关相关联的固有漏电流，它们在电路 断续器应用中的使用是不实际的。

此外，在电流流动过程中断开或接通电流可产生电弧，或者电闪光， 这通常是不期望的。如上所述，接触器可以在过零点处或者附近切换交 流电流(AC)，在过零点处电流与交流电流正弦曲线上的其他点相比是 减少的。相反，直流(DC)通常不具有过零点。这样，电弧可能在任何 中断事件时发生。

因此，直流电流中断与交流电流中断相比有不同的开关要求。例如， 如果有很高的电流或电压，交流电流断续器可能在断路之前等待AC正 弦负载或者故障电流达到自然发生的零点。

相反，DC断续器不经受自然发生的零点，并且因此必须强行促成较 低的电流或电压以便减少电弧发生。诸如晶体管或者场效应晶体管的电 子器件可以迫使DC电流到较低的等级，但是有具有高导通电压降和功 耗损失的缺点。

因此，领域中存在对克服这些缺点的直流电流控制装置和/或断续 器结构的需求。

发明内容

本发明的一实施例包括一种电流控制装置。该电流控制装置包括与 电流路径整体地布置的控制电路，以及设置在电流路径中的至少一个微 机电系统(MEMS)开关。该电流控制装置还包括与所述至少一个MEMS 开关并联的混合式无电弧限制技术(HALT)电路，帮助所述至少一个MEMS 开关的无电弧断开，以及与所述至少一个MEMS开关并联的脉冲辅助接 通(PATO)电路，帮助所述至少一个MEMS开关的无电弧闭合。

本发明的另一实施例包括一种控制流过电流路径的电流的方法。该 方法包括从至少一个MEMS开关向与所述至少一个MEMS开关并联的混合 式无电弧限制技术(HALT)电路转移电能，以帮助断开电流路径。该方 法还包括从至少一个MEMS开关向与所述至少一个MEMS开关并联的脉冲 辅助接通(PATO)电路转移电能，以帮助闭合电流路径。

附图说明