[发明专利]用于微机电系统开关的隔离的控制电路和驱动器

说明书

一种切换系统包括接收指示开关的期望操作状态的通‑断信号的控制电路。控制电路包括振荡器，振荡器响应于具有由接收的通‑断信号确定的第一信号特性或第二信号特性而生成第一电脉冲，第一信号特性或第二信号特性可与脉冲的频率或占空比有关。连接到振荡器的脉冲变压器接收第一电脉冲，并输出具有与第一电脉冲相同的第一信号特性和第二信号特性之一的第二电脉冲。控制电路中的脉冲检测电路接收第二电脉冲，确定第二电脉冲具有第一信号特性还是第二信号特性，并基于该确定控制到开关的功率和控制信号的传输。

背景技术

一般来说，本发明的实施例涉及用于接通-切断电流路径中的电流的切换系统，以及更具体来说，涉及基于微机电系统（MEMS）的切换装置。

继电器是用于选择性地控制电流在电路之间的流动以便在控制电路与一个或多个受控电路之间提供电隔离的电操作开关。已知有各种类型的继电器，并且可基于其中实现继电器的系统和环境来利用各种类型的继电器，其中机电继电器和固态继电器是两种常见类型的继电器。

机电继电器是通常用于控制高功率装置的切换装置。此类继电器一般包括两个主要组件：可移动的导电悬臂梁和电磁线圈。当激活时，电磁线圈在梁上施加磁力以使得将梁拉向线圈并一直向下到电接触件上，从而闭合继电器。在一种类型的结构中，梁本身充当第二接触件和导线，从而使电流经过装置。在第二类型的结构中，梁横跨两个接触件，从而使电流只经过它本身的一小部分。机电继电器有益地提供耐受瞬时过载的能力，并且具有低的“接通（on）”状态电阻。但是，常规机电继电器可以是大尺寸，并且可以因此必需使用大的力来激活切换机构。另外，机电继电器一般以相对缓慢的速度操作，并且当继电器的梁和接触件在物理上分离时，有时可能会在它们之间形成弧，该弧允许电流继续流过继电器直到电路中的电流停止，同时损坏接触件。

固态继电器（SSR）是在跨其控制端子施加小的外部电压时接通或切断的电子切换装置。SSR包括对合适输入（控制信号）做出响应的传感器、将功率切换到负载电路的固态电子切换装置（例如，晶闸管、晶体管等）以及使得控制信号能够在没有机械部分的情况下激活开关的耦合机构。SSR有益地提供与机电继电器相比快速的切换速度，并且不会有物理接触件磨损（即，没有活动部件），但是意识到，SSR具有与机电接触件相比更低的耐受瞬时过载的能力，并且具有更高的“接通”状态电阻。另外，由于固态开关在它们切换到非导电状态中时不会在接触件之间产生物理间隙，所以它们在名义上非导电时经历泄漏电流。此外，在导电状态中操作的固态开关由于内部电阻而经历电压降。电压降和泄漏电流均在正常操作情况下导致功率耗散和过度热量的生成，这可能对开关性能和寿命不利，和/或必需在传递高电流负载时使用大型、昂贵的散热器。

已经提出微机电系统继电器（MEMS继电器）作为对于SSR的备选，其具有常规机电继电器的大多数益处，但是尺寸定为适配现代电子系统的需要。在此类MEMS继电器中，在MEMS继电器的功率端子与控制端子之间，即，在包括MEMS开关和辅助电路的继电器的功率侧与继电器的控制侧之间，需要隔离。另外，在功率侧处，需要要求高栅极电压的电子电路（例如，MEMS驱动器）来驱动MEMS继电器，并且需要逻辑电路以便控制针对MEMS开关和辅助电路的切换信号。因此，要求跨越隔离屏障转移控制信号（通-断信号）和功率。传统上，这种隔离经由对高侧电路供电的隔离式电源以及转移通-断控制信号的光耦合器的使用；然而，使用此类组件来提供控制信号的隔离和转移增加了MEMS继电器的成本以及由此占据的印刷电路板面积。

因此，期望的是提供这样一种MEMS继电器电路，其在低电压控制侧和高电压功率侧之间提供隔离，提供从低电压控制侧到高电压功率侧的功率转移，并提供从低电压控制侧到高电压功率侧的控制信号的传输。还期望的是，此类MEMS继电器电路利用降低MEMS继电器电路的成本和尺寸的低成本电子电路来提供此类功能性。

发明内容