[发明专利]基于微机电系统的开关器件

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于在电流通路中接通/断开电流的开关器件，更 具体地说，涉及具有配置成提供更高电压耐受阈值的多个微机电开关 的基于微机电系统的开关器件。

背景技术

要在电气系统中接通/断开电流，可使用一组触点。触点的位置可 设为开路以停止电流和闭合以让电流通过。通常，该组触点可用于接 触器、断路器、电流断续器、马达起动器或类似装置。然而，接通/ 断开电流的原理可通过对接触器的解释进行说明。

接触器是设计成用来根据指令接通和断开电力负载的电动装置。 传统技术中，机电接触器在控制设备中使用，其中机电接触器能够处 理最高为其断流容量(interrupting capacity)的开关电流。机电接触器 也可应用在电力系统中用于开关电流。然而，电力系统中的故障电流 一般大于机电接触器的断流容量。因此，在电力系统中应用中，最好 用反应足够快的串联器件来支持机电接触器，以在该接触器面临高于 该接触器断流容量的所有电流值开路之前中断故障电流，防止接触器 损坏。

以前设想的便于在电力系统中使用接触器的解决方案包括例如真 空接触器、真空断续器和空气断路接触器。不过，诸如真空接触器等 接触器由于其触头封装在密封的真空罩壳中，因而不易对它们进行视 觉检查。此外，虽然真空接触器很适用于进行大型电机、变换器和电 容器的开关操作，但它们会造成不合需要的瞬态过电压，尤其在负载 被断开时。

此外，机电接触器一般使用机械开关。然而，由于这些机械开关 往往以较低速度切换，因此，使用预测技术来估计经常在开关事件发 生前几十毫秒的过零的发生，以于在过零点附近接通/断开，从而减少 电弧。由于许多瞬态现象会在此预测时间间隔中发生，因此，此类过 零预测容易出错。

作为低速的机械和机电开关的备选器件，快速固态开关已用于高 速开关应用。这些固态开关通过电压或偏压的受控施加，在导电状态 与非导电状态之间进行切换。例如，通过反向偏置固态开关，该开关 可转变到非导电状态。然而，由于固态开关切换到非导电状态时触点 之间不形成物理间隙，因此，它们遭受到漏电流。此外，由于内阻原 因，如果固态开关在导电状态中操作，则它们会遭受到电压降。电压 降和漏电流两者均会导致正常操作环境下的过热的产生，而过热可影 响到开关的性能和寿命。另外，至少在一定程度上由于与固态开关相 关联的固有漏电流，在断路器应用中使用固态开关是不可行的。

虽然现有开关技术可满足其预期目的，但本技术领域中需要具有 可克服这些缺陷的高耐受电压(hold-off voltage)的微机电开关配置 的直流控制器件和/或开关。

发明内容

本发明设有包括第一微机电系统(MEMS)开关的电流控制器件。 第一MEMS开关具有源极连接、漏极连接和栅控电极。还包括具有漏 极连接、源极连接和栅控电极的第二MEMS开关。第二MEMS源极 设置成耦合到所述的MEMS开关的源极连接。一个电路与第一和第二 MEMS开关电连接，以有助于第一和第二MEMS开关的断开。

还设有具有第一微机电系统(MEMS)开关对的电流控制器件。第 一MEMS开关对包括第一和第二MEMS开关，它们与直接耦合的第 一和第二MEMS开关的源极连接相串联。第一栅驱动器与第一MEMS 开关对耦合，并且一个电路与第一栅驱动器开关电连接，以有助于第 一MEMS开关的断开。

提供了具有第一MEMS开关的电流控制器件，该开关具有漏极连 接和源极连接。具有漏极连接和源极连接的第二MEMS开关耦合到第 一MEMS开关的源极连接。其中，第一和第二MEMS开关还具有耦 合到第一和第二MEMS开关源极端子的单共栅极连接。该栅极连接用 来改变第一和第二MEMS开关的状态。

附图说明

参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些和其 它特性、方面和优点，附图中类似的字符在所有图形中表示类型的部 分，其中：

图1是根据一示范实施例的、示范的基于MEMS的开关系统的框 图；

图2是表示图1所示的、示范的基于MEMS的开关系统的示意图；

图3是表示图2所示的若干MEMS开关对的示范阵列的示意图；

图4是根据一示范实施例的、示范的基于MEMS的开关系统，并 且是图1所示系统之备选方案的框图；