CN101436490A - 基于微机电系统的开关器件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种基于微机电系统(MEMS)的开关器件即电流控制器件(10)。该电流控制器件(10)包括与电流通路和设置在电流通路中的至少一个MEMS开关对(21)整体地布置的控制电路(72)。该电流控制器件(10)还包括与该至少一个MEMS开关对(21)并联连接的混合无弧限制技术(HALT)电路(14)，该电路有助于该至少一个MEMS开关对(21)的断开。

Description

基于微机电系统的开关器件
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；
图5是表示图3所示的、示范的基于MEMS的开关系统的示意图；
图6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7是根据一示范实施例的MEMS开关阵列的框图；
图8是根据一示范实施例的电流控制器件的框图；
图9是根据示范实施例的单极断续器配置的框图；以及
图10是根据示范实施例的双极断续器配置的框图。
附图标记
 
10 基于MEMS的开关系统
11 软开关系统
 
12 开关电路
14 消弧电路
16 单个封装
18 示意图
19 示意图
20 开关阵列
21 第一MEMS开关对
22 第一连接
23 第二MEMS开关对
24 第二连接
25 MEMS开关对
26 栅极连接
27 第一MEMS开关
28 均衡的二极管电桥
29 第一分支
30 第一二极管
31 第二分支
32 第二二极管
33 缓冲电路
34 第三二极管
35 第二MEMS开关
36 第四二极管
37 栅控电极
38 单个封装
39 栅驱动器
40 负载电路
42 控制逻辑输入端
43 控制逻辑输入端
44 电压源
46 负载电感
48 负载电阻
 
50 负载电路电流
52 脉冲电路
54 脉冲开关
56 脉冲电容器
58 脉冲电感
60 二极管
62 脉冲电路电流
70 检测电路
72 控制电路
76 缓冲电容器
78 缓冲电阻器
80 电压感测电路
82 电流感测电路
84 零电压比较器
88 输出信号
90 零电流基准
92 零电流比较器
94 输出信号
96 启用信号
100 “或非”门
102 触发信号
104 驱动器
106 门激活信号
110 消弧电路
111 开关电路
112 开关系统
113 单个封装
150 电压分级网络
151 阵列
152 均衡的二极管电桥
153 脉冲电路
 
154 电流通路
155 开关阵列
160 开关阵列
161 隔离器件
162 旁路器件
163 控制电路
164 电流控制器件
170 断续器极
171 电压源
172 负载
174 断续器极
175 断续器极
具体实施方式
一示范实施例中设有适用于直流电无弧中断的电气中断器件(electrical interruption device)。该中断器件包括微机电系统(MEMS)开关。MEMS开关的使用实现了快速响应时间。与MEMS开关并联连接的混合无弧限制技术(HALT：Hybrid Arcless Limiting Technology)电路提供了在任何给定时间无论电流或电压无关地无电弧断开MEMS开关的能力。备选方案是一种与MEMS开关并联连接的脉冲辅助接通(未示出)电路，提供了在任何给定时间无电弧闭合MEMS开关的能力。
图1示出基于示范无弧微机电系统开关(MEMS)的开关系统10的框图。目前，MEMS一般指例如能够通过微制造技术在共同衬底上集成例如机械元件、机电元件、传感器、执行元件和电子元件等多个功能有别的元件的微米尺度的结构。然而，考虑到在MEMS器件中目前可用的许多技术和结构，仅仅几年内将可通过基于纳米技术的器件(例如尺寸上小于100纳米的结构)实现。因此，即使在本文档通篇描述的示例实施例涉及基于MEMS的开关器件，仍建议应从广义角度理解所述实施例，而不应限于微米尺寸的器件。
如图1所示，基于MEMS的无弧开关系统10包括基于MEMS的开关电路12和消弧电路14，其中消弧电路14(也称为混合无弧限制技术(HALT)器件)可操作地耦合到基于MEMS的开关电路12。在某些实施例中，基于MEMS的开关电路12可完全与消弧电路14一起集成在例如单个封装16中。在其它一些实施例中，基于MEMS的开关电路12只有某些部分或元件可与消弧电路14集成。
在将参照图2和图3更详细描述的目前考虑的配置中，基于MEMS的开关电路12可包括一个或多个MEMS开关对。另外，消弧电路14可包括均衡的二极管电桥和脉冲电路。此外，消弧电路14配置成可响应MEMS开关之将状态从闭合变成断开，通过从MEMS开关接收电能传送来抑制在一个或多个MEMS开关的触点之间的电弧形成。可注意到，该消弧电路14配置成可根据交流电(AC)或直流电(DC)来抑制电弧形成。
如图1所示，基于MEMS的开关电路12可包括如图2所示的MEMS开关阵列20。MEMS开关阵列20以串联连接形式布置成MEMS开关对21、23、25。在所示实施例中，第一MEMS开关对21示为具有第一和第二MEMS开关27、35。每个MEMS开关27、35具有第一连接22、第二连接24和栅控电极37。在一个实施例中，第一连接22可配置为漏极，第二连接24可配置为源极，并且栅控电极37可配置为栅极。在图2所示的实施例中，MEMS开关27、35布置成使得每个MEMS开关27、35的源极连接24串联连接，以允许各MEMS开关27、35的栅控电极37共享单个栅极连接26。该单个栅极连接26连接到单个栅驱动器39。该栅驱动器39包括电源输入(未示出)和提供用于改变各MEMS开关27、35状态的部件的控制逻辑输入端43。此布置方式的优势在于，可不增加栅驱动器39的数量而提高MEMS开关阵列20的电压处理特征。一个或多个附加MEMS开关对23、25串联连接到MEMS开关对21。MEMS开关对23、25布置成使得一MEMS开关对的一个漏极连接22连接到相邻MEMS开关对的漏极连接22上。
现在转到图3，它示出根据一个实施例的、图1所示的示范的基于MEMS的开关系统18的示意图。电压缓冲电路33可与MEMS开关阵列20并联连接，并且如下文将详细解释，配置成在快速接点分离期间限制电压过冲。在某些实施例中，缓冲电路33可包括与缓冲电阻(参见图5的78)串联连接的缓冲电容(参见图5的76)。缓冲电容可便于在MEMS开关阵列20断开的定序期间改进瞬态电压共享。此外，该缓冲电阻可抑制在MEMS开关阵列20闭合操作期间由缓冲电容生成的任何电流脉冲。在某些其它实施例中，电压缓冲电路33可包括金属氧化物变阻器(MOV)(未示出)。
根据本发明技术的其它方面，负载电路40可与MEMS开关阵列20串联连接。负载电路40可包括电压源VBUS44。另外，负载电路40也可包括负载电感46LLOAD，其中，负载电感LLOAD46表示组合负载电感和负载电路40所看到的总线电感。负载电路40也可包括表示负载电路40所看到的组合负载电阻的负载电阻RLOAD48。附图标记50表示会流过负载电路40和MEMS开关阵列20的负载电路电流ILOAD。
此外，如图1所示，消弧电路14可包括均衡的二极管电桥。在所示实施例中，均衡的二极管电桥28示出为具有第一分支29和第二分支31。在本文中，术语“均衡的二极管电桥”用于表示配置为使得经过第一和第二两个分支29、31的电压降大致相等的二极管电桥。均衡的二极管电桥28的第一分支29可包括连接在一起而形成第一串联电路的第一二极管D1 30和第二二极管D2 32。类似地，均衡的二极管电桥28的第二分支31可包括可操作地连接在一起而形成第二串联电路的第三二极管D3 34和第四二极管D4 36。
在一个实施例中，MEMS开关阵列20可跨在均衡的二极管电桥28的中间点上并联连接。均衡的二极管电桥的中间点可包括位于第一与第二二极管30、32之间的第一中间点和位于第三与第四二极管34、36之间的第二中间点。此外，MEMS开关阵列20和均衡的二极管电桥28可紧密封装，以有助于将均衡的二极管电桥28造成的、尤其是到MEMS开关阵列20的连接造成的寄生电感降到最低。可以注意到，根据本发明技术的示范形态，MEMS开关阵列20和均衡的二极管电桥28相互相对定位，使得MEMS开关阵列20与均衡的二极管电桥28之间的固有电感产生了di/dt电压，该电压不到在MEMS开关阵列20断开期间传导到二极管电桥28的负载电流传送时跨在每个MESM开关27、35漏极22和源极24上的电压的几个百分点。在一个实施例中，MEMS开关阵列20可与均衡的二极管电桥28集成在单个封装38中。或可选地在同一管芯中，以有助于将互连MEMS开关阵列20和二极管电桥28的电感降到最低。
此外，消弧电路14可包括与均衡的二极管电桥28操作上关联地连接的脉冲电路52。脉冲电路52可配置成用来检测开关条件，并响应开关条件而起始MEMS开关阵列20的断开。在本文使用时，术语“开关条件”指触发改变MEMS开关阵列20的当前操作状态的条件。例如，开关条件可导致将MEMS开关阵列20的第一闭合状态转变到第二断开状态，或者将MEMS开关阵列20的第一断开状态转变到第二闭合状态。开关条件可根据若干动作而发生，其中包括但不限于电路故障或开关接通/断开请求。
脉冲电路52可包括脉冲开关54和串联连接到脉冲开关54的脉冲电容器CPULSE56。此外，该脉冲电路也可包括脉冲电感IPULSE58和与脉冲开关54串联连接的第一二极管DP60。脉冲电感LPULSE58、二极管DP60、脉冲开关54和脉冲电容器CPULSE56可串联连接以形成脉冲电路52的第一分支，其中，第一分支的元件可配置成有助于脉冲电流整形和定时。并且，附图标记62表示可流过脉冲电路52的脉冲电路电流IPULSE。
根据此示范实施例的各形态，即使在近零电压上传导电流时，MEMS开关阵列20也可快速从第一闭合状态切换到第二断开状态(例如，大约几微微秒或纳秒)。这可通过负载电路40和包括跨MEMS开关阵列20的触点并联连接的均衡的二极管电桥28的脉冲电路52的组合操作而实现。
现在参照图4，该图示出根据示范实施例的各形态的、示范软开关系统(soft switching system)11的框图。如图4所示，软开关系统11包括可操作得连接在一起的开关电路12、检测电路70和控制电路72。检测电路70可耦合到开关电路12，并配置成可检测负载电路中的交流源电压(以下称为“源电压”)或负载电路中交流电(以下称为“负载电路电流”)的过零的发生。控制电路72可耦合到开关电路12和检测电路70，并且可配置成有助于响应交流源电压或交流负载电路电流所看到的过零而进行开关电路12中一个或多个开关的无弧开关操作。在一个实施例中，控制电路72可配置成有助于包括至少部分开关电路12的一个或多个MEMS开关的无弧开关操作。
根据示范实施例的一个形态，软开关系统11可配置成用来执行软开关操作或波形点(PoW：point-on-wave)开关操作，由此开关电路12中的一个或多个MEMS开关可在跨开关电路12的电压处于或很接近零点时闭合，并在通过开关电路12的电流处于或接近零点时断开。通过在跨开关电路12的电压处于或极接近零点时闭合开关，即使多个开关并不同时全部闭合，也可保持在一个或多个MEMS开关的触点接近时它们之间的电场低而避免预引发电弧(pre-strike arcing)。类似地，通过在经过开关电路12的电流处于或接近零点时断开开关，该软开关系统11可设计成使得在开关电路12中最后断开的开关中的电流在开关的设计能力之内。如上提及并根据一个实施例，控制电路72可配置成根据交流源电压或交流负载电路电流的过零的发生，将开关电路12的一个或多个MEMS开关的断开和闭合同步。
转到图5，它示出了图4的软开关系统11的一个实施例的示意图。根据所示实施例，示意图19中包含一例开关电路12、检测电路70和控制电路72。
虽然为便于说明而在图2、图3和图4中示出MEMS开关阵列20中的三个MEMS开关对21、23、25，但MEMS开关阵列20可根据例如软开关系统11的电流和电压处理要求而包括一个或多个MEMS开关对。在一个实施例中，该开关电路12也可包括具有并联连接在一起的多个MEMS开关对，以在MEMS开关中分割电流的开关模块。在又一实施例中，该开关电路12的一个或多个MEMS开关对可集成到单个封装74中。
为便于进一步说明，各MEMS开关对21、23、25将相对于如上参照图2讨论的MEMS开关对进行描述。在一个实施例中，控制电路72可经控制逻辑输入端43连接到栅驱动器39以有助于切换MEMS开关22电流状态。在该示范实施例中，MEMS开关27的源极24连接到MEMS开关35的源极24。此布置允许MEMS开关27、35的栅极37通过单个栅极连接26连接到单个栅驱动器39。因此，每个MEMS开关对具有由单个栅驱动器39驱动的两个MEMS开关。如下面将详细论述，此MEMS开关对布置的优势在于，通过提高开关电路12的耐受电压而不增加操作MEMS开关所需的栅驱动器39数量。这考虑到在将元件数量降到最低和简化系统控制的同时提高性能。因此，实现此更高电压性能需要的关联制造成本得到改善。
并且，在某些实施例中，阻尼电路(缓冲电路)33可与MEMS开关阵列20并联连接，以延迟跨MEMS开关阵列20的电压的出现。如图所示，阻尼电路33可包括与例如缓冲电阻器78串联连接的缓冲电容器76。
另外，如图5进一步示出，MEMS开关阵列20可与负载电路40串联连接。在目前考虑的配置中，负载电路40可具有电压源VSOURCE44并且可处理代表性的负载电感LLOAD46和负载电阻RLOAD48。在一个实施例中，电压源VSOURCE44(也称为AC电压源)可配置成用来生成交流源电压和交流负载电流ILOAD50。
如上所述，检测电路70可配置成用来检测在负载电路40中交流源电压或交流负载电流ILOAD50的过零的发生。交流源电压可经电压感测电路80感测到，并且交流负载电流ILOAD50可经电流感测电路82感测到。交流源电压和交流负载电流可例如被连续地感测或在不连续的时段感测。
源电压的过零例如可通过使用比较器(如所示的零电压比较器84)来检测。电压感测电路80感测到的电压和零电压基准86可用作对零电压比较器84的输入。这转而又可生成代表负载电路40源电压的过零的输出信号88。类似地，负载电流ILOAD50的过零也可通过使用比较器(如所示的零电流比较器92)来检测。电流感测电路82感测到的电流和零电流基准90可用作对零电流比较器92的输入。这转而又可生成代表负载电流ILOAD50的过零的输出信号94。
控制电路72转而又可利用输出信号88和94来确定何时改变MEMS开关阵列20的当前操作状态(例如，断开或闭合)。更具体地说，控制电路72可配置成有助于MEMS开关阵列20的断开，以响应所检测到的交流负载电流ILOAD50的过零来中断或断开负载电路40。另外，控制电路72可配置成有助于响应所检测到的交流源电压的过零而将MEMS开关阵列20的闭合，以使负载电路40完成。
在一个实施例中，至少部分基于启用信号96的状态，控制电路72可确定是否将MEMS开关阵列20的当前操作状态切换到第二操作状态。启用信号96可由于例如接触器应用中的断开电源指令而生成。在一个实施例中，启用信号96和输出信号88与94可用作对如图所示双D触发器98的输入信号。这些信号可用于在启用信号96被激活(例如，上升缘触发)后的第一源电压零点闭合MEMS开关阵列20，并且在启用信号96被去激活(例如，下降缘触发)后的第一负载电流零点接通MEMS开关阵列20。相对于图4的所示的示意图19，每次启用信号96在激活状态(根据特定的实现方式为高电平或低电平)以及输出信号88或94指示感测到的电压或电流零点时，可生成触发信号102。在一个实施例中，触发信号102可经例如“或非”门100生成。触发信号102可转而又通过驱动器104而生成门激活信号106，该信号可用来将控制电压加到MEMS开关阵列20中每个MEMS开关对21、23、25中的栅驱动器37的控制逻辑输入端42。
如上所述，为实现特定应用所需的电压额定值，MEMS开关阵列20中的MEMS开关对21、23、25可与连接到相邻MEMS开关对的漏极的MEMS开关对的漏极可操作地串联连接。各单独的MEMS开关27、35具有称为耐受电压的电气特征。这是MEMS开关在MEMS开关中存在的静电力影响下其状态从断开转变到闭合，或者从闭合转变到断开时的电压。典型的MEMS开关具有大约100V的耐受电压。然而，在某些应用中，最好是在例如400V等更高电压下操作。由于MEMS开关27、35串联布置，因此，用于该对的耐受电压等于每个单独MEMS开关的耐受电压之和。如果开关具有相同的耐受电压，例如100V，则用于MEMS开关对21的耐受电压将为2倍或例如200V。此外，通过将MEMS开关27、35布置成与其相应的源连接，实现了电压耐受能力的这种增大而无需使用任何另外的栅极26。因此，三个MEMS开关对21、23、25可具有6倍的单个MEMS开关的耐受电压，同时只具有3倍的栅驱动器数量。此布置在降低材料和组装成本方面提供了多个优势。
应理解，MEMS开关阵列20可包括另外的MEMS开关对可与MEMS开关对21、23、25并联布置以提供另外的电流承载能力。MEMS开关的组合能力可设计为不但增大耐受电压，而且适当地承载负载电路可遇到的持续和瞬态过载电流电平。例如，通过具有6倍瞬态过载的10安培RMS的马达接触器，应有足够的开关并联连接以承载10秒时间的60安培RMS。通过使用波形点开关在到达电流零点的6微秒内切换MEMS开关，将在触点接通时有160毫安瞬流。因此，对于该应用，每个MEMS开关应能够“温热切换”160毫安，并且应并联设置足够的开关以承载60安培。另一方面，单个MEMS开关应能够中断将在切换时流过的电流量或电流电平。
然而，示例实施例并不限于交流电和/或正弦波形的无弧开关操作。如图6所示，示例实施例也适用于直流电和/或无自然发生零点的电流的无弧开关操作。
图6示出根据示范实施例，基于MEMS的示范开关系统112的框图。如图6所示，基于MEMS的无弧开关系统112示为包括基于MEMS的开关电路111和消弧电路110，其中，诸如HALT和PATO电路等消弧电路110可操作地连接到基于MEMS的开关电路111。在一些实施例中，基于MEMS的开关电路111可完全与消弧电路110一起集成在例如单个封装113中。在其它实施例中，基于MEMS的开关电路111只有某些部分或元件可与消弧电路110集成。
基于MEMS的开关电路111可包括一个或多个MEMS开关。另外，消弧电路110可包括均衡的二极管电桥和脉冲电路和/或脉冲电路系统。此外，消弧电路110可配置成为可响应MEMS开关将状态从闭合转变到断开(或者从断开转变到闭合)而通过从MEMS开关接收电能传送，从而便于抑制在一个或多个MEMS开关的触点之间的电弧形成。可注意到，消弧电路110可配置成根据交流电流(AC)或直流电流(DC)来促成弧形成的抑制。
然而，示例实施例并不限于包括单个MEMS开关对的电流控制器件。例如，与单个MEMS开关对相比，多个MEMS开关对可用于实现不同的电压额定值或不同的电流处理能力。例如，如上所述，多个MEMS开关可并联连接以实现增大的电流处理能力。类似地，多个MEMS开关可串联以实现更高的电压额定值。此外，多个MEMS开关可连接成包括串联和并联连接的组合的网络，以实现所要求的电压额定值和电流处理能力。所有此类组合均应在示范实施例的范围内。
图7是根据另一示范实施例的MEMS开关阵列155的框图，该阵列包括多个MEMS开关对，各MEMS开关对按如上所述布置，每个MEMS开关的源极串联连接并连接到单个栅极。如图7所示，多个并联MEMS开关阵列151还可与电流通路154串联连接。每个并联MEMS开关阵列151可包括相互并联连接的多个MEMS开关。还如图所示，均衡的二极管电桥152可与多个并联MEMS开关阵列151并联连接。例如，均衡的二极管电桥152可大致类似于图2中所示的均衡的二极管电桥28或图7所示的均衡的二极管电桥141。图7中还示出可操作地连接到二极管电桥152的脉冲电路153。例如，电路153可包括图2的电路52。因此，电路153可有助于多个并联MEMS开关阵列151的断开和闭合。
又如图7所示，电压分级网络(voltage-grading network)150跨多个并联MEMS开关阵列151连接，电连接在每个阵列151中间。电压分级网络150可使跨多个串联的MEMS开关阵列151的电压均等。例如，电压分级网络150可包括有源元件(例如，电阻器)的网络以提供跨多个串联MEMS开关阵列151的电压分摊和/或无源元件(例如，电容器和/或变阻器)的网络以提供能量吸收，抑制来自可沿电流通路154存在的电感能量的过电压。因此，图7所示的MEMS开关阵列可包括在电流控制器件中以控制沿电流通路的电流。
图8是根据另一示范实施例的电流控制器件的框图。如图8所示，电流控制器件164可包括MEMS开关阵列160和控制电路163。MEMS阵列160可包括按如上所述布置的至少一个MEMS开关对，每个MEMS开关的源极串联连接并连接到单个栅极。例如，MEMS阵列160可与图7的MEMS开关阵列155、图6的基于MEMS的开关系统112或包括消弧电路的任何合适MEMS开关系统相同或大致类似。如图所示，控制电路163至少通过MEMS阵列160与电流通路154整体地配置。此外，如上参照图5所述，该控制电路可通过与MEMS阵列电路系统分开的电流感测电路与电流通路整体地配置。
在另一示范实施例中，电流控制器件164可包括最终隔离器件161。最终隔离器件161可提供电流通路154上电力负载的气隙安全隔离。例如，该最终隔离器件可包括接触器或其它中断器件，而接触器或其它中断器件可响应MEMS阵列160改变开关条件而断开。
在另一示范实施例中，电流控制器件164可还包括电子旁路器件162。旁路器件可包括在电流过载持续时间内将过载电流从MEMS开关分流的一个或多个电子元件。例如，电子旁路器件162可以响应电流过载而从电流通路154接收过载电流。因此，电子旁路器件162可扩展电流控制器件164的临时过载额定值。要注意的是，电流控制器件164也可包括最终隔离器件161和电子旁路器件162之一或这两者。
如本文前面所述，根据示范实施例的电流控制器件可用于中断直流电流和交流电流这两者的电流。转到图9和图10，图中示出了直流控制器件的示例配置。
图9是根据示范实施例的单极断续器配置的框图。如图9所示，MEMS断续器极(interrupter pole)170布置在电流通路上。该电流通路可包括电压源171和负载172。MEMS断续器极170可中断电流通路上的电流，由此停止电流到负载172。然而，在电流通路上可使用多个MEMS断续器极。转到图10，它示出了包括多个MEMS断续器极的示例配置。
图10是根据另一示范实施例的双极断续器配置的示图。如图所示，MEMS断续器极174和175布置在电流通路上。任一MEMS断续器极可中断电流通路上的电流。类似地，两个MEMS断续器极可大致同时中断电流。在认为必需提供另外的中断保护时，此类布置可以是有用的。例如，MEMS断续器极170、174和175可包括如本文前面所述的电流控制器件。
因此，如本文所述的电流控制器件可包括：与电流通路整体地布置的控制电路；设置在电流通路中的至少一个MEMS开关对；与至少一个MEMS开关对并联连接以有助于至少一个MEMS开关的无弧断开的HALT电路；以及与至少一个MEMS开关对并联连接以有助于至少一个MEMS开关无弧闭合的PATO电路。
此外，一些示例实施例提供了控制通过电流通路的电流的方法。例如，该方法可包括从至少一个MEMS开关对传送电能到与至少一个MEMS开关对并联连接的HALT电路，以有助于断开电流通路。该方法可还包括从至少一个MEMS开关对传送电能到与至少一个MEMS开关对并联连接的PATO电路，以有助于闭合电流通路。因此，这些示范实施例也可提供无弧电流控制器件和无弧电流控制方法。
此书面说明用一些示例公开了本发明，其中包括最佳模式，并且也使得本领域技术人员能够实现和使用本发明，包括制作和使用任何器件或系统并执行任何结合于其中的方法。本发明的可专利性范围由权利要求规定，并可包括本领域技术人员所显见的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求的书面语言并无不同的结构要素，或者包括具有与权利要求的书面语言非实质不同的等效结构要素，则它们将包括在权利要求范围内。另外，使用第一、第二等术语不表示任何顺序或重要性，第一、第二等术语仅用于区分不同的要素。此外，使用“一、一个(a，an)”等不表示数量限制，而表示存在至少一个被引用的项目。

Claims (10)

1.一种电流控制器件，包括：
第一微机电系统(MEMS)开关(27)，所述第一MEMS开关(27)具有源极连接(24)、漏极连接(22)和栅控电极(37)；
第二MEMS开关(35)，所述第二MENS开关(35)具有漏极连接(22)、源极连接(24)和栅控电极(37)，所述第二MEMS开关的源极连接(24)与所述第一MEMS开关的源极连接(24)耦合，以及
与所述第一和第二MEMS开关电连接的电路(18)，所述电路(18)有助于所述第一和第二MEMS开关的断开。
2.如权利要求1所述的电流控制器件，还包括与所述第一和第二MEMS栅控电极(37)耦合的栅驱动器(39)。
3.如权利要求2所述的电流控制器件，其中所述栅驱动器(39)布置成将所述第一(27)和第二(35)MEMS开关从第一导电状态改变到第二导电状态。
4.如权利要求3所述的电流控制器件，其中所述第一(27)和第二(35)MEMS开关布置成使得所述第一(27)和第二(35)MEMS开关的耐受电压是所述第一(27)和第二(35)MEMS开关各自的耐受电压之和。
5.一种电流控制器件，包括：
第一微机电系统(MEMS)开关对(21)，所述第一MEMS开关对(21)包括串联布置的第一(27)和第二(35)MEMS开关，所述第一(27)和第二(35)MEMS开关的所述源极连接(24)被直接耦合；
与所述第一MEMS开关对(21)耦合的第一栅驱动器(39)；以及
与所述第一栅驱动器开关电连接的电路(18)，所述电路(18)有助于所述第一MEMS开关的断开。
6.如权利要求5所述的电流控制器件，还包括：
第二MEMS开关对(23)，所述第二MEMS开关对(23)包括串联布置的第三(27)和第四(35)MEMS开关，所述第三(27)和第四(35)MEMS开关的所述源极连接被直接耦合；以及，
与所述第二MEMS开关对(23)耦合的第二栅驱动器(39)，所述第二栅驱动器(39)与所述电路(18)电连接。
7.如权利要求6所述的电流控制器件，其中所述第二MEMS开关对(23)与所述第一MEMS开关对(21)并联连接。
8.如权利要求7所述的电流控制器件，其中所述电路是HALT电路(14)。
9.如权利要求8所述的电流控制器件，其中所述第一MEMS开关对(21)的耐受电压是所述第一(27)和第二(35)MEMS开关的耐受电压之和。
10.如权利要求9所述的电流控制器件，其中所述第一MEMS开关对(21)的耐受电压是所述第一MEMS开关(27)的耐受电压的两倍。
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