本發(fā)明專利技術(shù)涉及開關(guān)結(jié)構(gòu)和相關(guān)聯(lián)的電路，具體而言，提供了一種裝置，例如開關(guān)模塊(100)。該裝置可包括構(gòu)造成在特性時(shí)間上在斷開構(gòu)造和完全閉合構(gòu)造(與最小特性電阻相關(guān)聯(lián))之間運(yùn)動(dòng)的機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)(102)。整流電路(120)可與機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)并聯(lián)連接，并且可包括構(gòu)造成抑制機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的觸頭之間的電弧形成的平衡二極管電橋(122)，以及脈沖電路(142)，該脈沖電路(142)包括構(gòu)造成形成脈沖信號(hào)(與機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的切換事件有關(guān))以用于促使脈沖電流流過(guò)平衡二極管電橋的脈沖電容器(146)。機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)和平衡二極管電橋可設(shè)置成使得與整流電路相關(guān)聯(lián)的總電感小于或等于特性時(shí)間和最小特性電阻的乘積。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)的實(shí)施例一般涉及用于切換電流的裝置，且更具體地涉及微機(jī)電開關(guān)結(jié) 構(gòu)。
技術(shù)介紹
斷路器是設(shè)計(jì)成保護(hù)電氣設(shè)備不受電路中的故障導(dǎo)致的損害的影響的電氣裝置。 傳統(tǒng)上，許多常規(guī)的斷路器包括大體積(宏)機(jī)電開關(guān)。不幸的是，這些常規(guī)的斷路器尺寸 較大，且可必須使用較大的力來(lái)促動(dòng)切換機(jī)構(gòu)。另外，這些斷路器的開關(guān)一般以相對(duì)低的速 度操作。此外，這些斷路器可構(gòu)造起來(lái)復(fù)雜，并且從而制造昂貴。另外，當(dāng)常規(guī)斷路器中的 切換機(jī)構(gòu)的觸頭在物理上分開時(shí)，有時(shí)可在觸頭之間形成電弧，該電弧允許電流繼續(xù)流過(guò) 開關(guān)，直到電路中的電流停止為止。而且，與電弧相關(guān)聯(lián)的能量可嚴(yán)重地?fù)p害觸頭，以及/ 或者對(duì)人員造成燒傷危險(xiǎn)。作為慢機(jī)電開關(guān)的備選方案，相對(duì)快速的固態(tài)開關(guān)已經(jīng)用于高速切換應(yīng)用中。 這些固態(tài)開關(guān)通過(guò)電壓或偏壓的受控制的應(yīng)用來(lái)在導(dǎo)電(conducting)狀態(tài)和非導(dǎo)電 (non-conducting)狀態(tài)之間切換。但是，因?yàn)楫?dāng)固態(tài)開關(guān)切換到非導(dǎo)電狀態(tài)中時(shí)，它們不 在觸頭之間產(chǎn)生物理間隙，所以當(dāng)名義上不導(dǎo)電時(shí)，它們會(huì)經(jīng)受泄漏電流。此外，由于內(nèi)部 阻抗的原因，在導(dǎo)電狀態(tài)中操作的固態(tài)開關(guān)會(huì)經(jīng)受電壓降。電壓降和泄漏電流兩者在正常 的操作環(huán)境下會(huì)促成功率耗散和過(guò)熱的產(chǎn)生，這對(duì)開關(guān)性能和壽命可能是有害的。而且，至 少部分由于與固態(tài)開關(guān)相關(guān)聯(lián)的固有泄漏電流的原因，固態(tài)開關(guān)不可能在斷路器應(yīng)用中使 用?；谖C(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的切換裝置可對(duì)以上針對(duì)某些電流切換應(yīng)用所描述的宏 機(jī)電開關(guān)和固態(tài)開關(guān)提供有用的備選方案。基于MEMS的開關(guān)往往在設(shè)置成傳導(dǎo)電流時(shí)具 有低電阻，且在設(shè)置成中斷通過(guò)其中的電流時(shí)具有低的(或沒(méi)有)泄漏。另外，期望基于 MEMS的開關(guān)比宏機(jī)電開關(guān)展現(xiàn)更快的響應(yīng)時(shí)間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
在一方面，提供了一種裝置，例如開關(guān)模塊。該裝置可包括構(gòu)造成在特性 時(shí)間(characteristic time)(例如小于或等于約15微秒)上在斷開構(gòu)造(open configuration)和完全閉合構(gòu)造(fully-closed configuration)之間運(yùn)動(dòng)的機(jī)電開 關(guān)結(jié)構(gòu)。當(dāng)處于完全閉合構(gòu)造時(shí)，機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)可具有最小特性電阻(characteristic resistance)0機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)可包括一個(gè)或多個(gè)觸頭以及一個(gè)或多個(gè)可動(dòng)元件，其中，當(dāng)機(jī)電開 關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)置成處于完全閉合構(gòu)造時(shí)，可動(dòng)元件中的各個(gè)與觸頭中的至少一個(gè)最大程度地接 觸，并且當(dāng)機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)置成處于斷開構(gòu)造時(shí)，可動(dòng)元件中的各個(gè)與觸頭分開。機(jī)電開關(guān) 結(jié)構(gòu)可包括例如微機(jī)電開關(guān)。機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)還可包括電極，該電極構(gòu)造成選擇性地接收電 荷，以便與可動(dòng)元件建立電位差，并且因此在特性時(shí)間上在最大接觸位置和非接觸位置之4間推動(dòng)可動(dòng)元件，在最大接觸位置上，可動(dòng)元件與觸頭進(jìn)行最大程度的接觸，在非接觸位置 上，可動(dòng)元件與觸頭分開。機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)可包括機(jī)電開關(guān)陣列，當(dāng)處于完全閉合構(gòu)造時(shí)，機(jī)電開關(guān)陣列具有 最小特性有效陣列電阻。該陣列可包括并聯(lián)連接的至少兩個(gè)機(jī)電開關(guān)和/或串聯(lián)連接的至 少兩個(gè)機(jī)電開關(guān)整流電路(commutation circuit)可與機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)并聯(lián)連接。整流電路可包 括構(gòu)造成抑制機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的觸頭之間的電弧形成的平衡二極管電橋(balanced diode bridge)。整流電路還可包括脈沖電路，該脈沖電路包括構(gòu)造成形成脈沖信號(hào)以用于促使脈 沖電流流過(guò)平衡二極管電橋的脈沖電容器。可結(jié)合機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的切換事件來(lái)產(chǎn)生該脈沖 信號(hào)。機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)和平衡二極管電橋可設(shè)置成使得與整流電路相關(guān)聯(lián)的總電感小于或等 于特性時(shí)間和最小特性電阻的乘積。在一些實(shí)施例中，可包括第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)，第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)造成在第二特 性時(shí)間上在斷開構(gòu)造和完全閉合構(gòu)造之間運(yùn)動(dòng)。當(dāng)處于完全閉合構(gòu)造時(shí)，第二機(jī)電開關(guān)結(jié) 構(gòu)可具有第二最小特性電阻。然后該(第一)機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)可與第一特性時(shí)間和第一最小 特性電阻相關(guān)聯(lián)。第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)和第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成并聯(lián)連接到負(fù)載電路 上，其中，整流電路與第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)和第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)中的各個(gè)并聯(lián)連接。第一平衡 二極管電橋可構(gòu)造成抑制第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的觸頭之間的電弧形成，而第二平衡二極管電 橋可構(gòu)造成抑制第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的觸頭之間的電弧形成。脈沖電路可包括脈沖電容器， 該脈沖電容器構(gòu)造成形成脈沖信號(hào)以用于促使脈沖電流流過(guò)第一平衡二極管電橋和第二 平衡二極管電橋中的各個(gè)，結(jié)合第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)和第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的切換事件來(lái)產(chǎn)生 該脈沖信號(hào)。第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)和第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)以及第一平衡二極管電橋和第二平衡 二極管電橋設(shè)置成使得與脈沖電路和第一平衡二極管電橋相關(guān)聯(lián)的總電感小于或等于第 一特性時(shí)間和第一最小特性電阻的乘積，而與脈沖電路和第二平衡二極管電橋相關(guān)聯(lián)的總 電感小于或等于第二特性時(shí)間和第二最小特性電阻的乘積。在另一方面，提供了一種裝置，例如開關(guān)模塊。該裝置可包括構(gòu)造成在第一特性時(shí) 間上在完全斷開構(gòu)造和完全閉合構(gòu)造之間運(yùn)動(dòng)的第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)，以及構(gòu)造成在第二特 性時(shí)間上在完全斷開構(gòu)造和完全閉合構(gòu)造之間運(yùn)動(dòng)的第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)。當(dāng)處于完全閉合 構(gòu)造時(shí)，第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)可具有第一最小特性電阻，而當(dāng)處于完全閉合構(gòu)造時(shí)，第二機(jī)電 開關(guān)結(jié)構(gòu)可具有第二最小特性電阻。第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成與第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)并聯(lián) 或串聯(lián)連接到負(fù)載電路上。第一整流電路可與第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)并聯(lián)連接。第一整流電路可包括第一平衡二 極管電橋和第一脈沖電路。第一平衡二極管電橋可構(gòu)造成抑制第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的觸頭之 間的電弧形成。第一脈沖電路可包括脈沖電容器，該脈沖電容器構(gòu)造成形成脈沖信號(hào)以用 于促使脈沖電流流過(guò)第一平衡二極管電橋，結(jié)合第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的切換事件來(lái)產(chǎn)生該脈 沖信號(hào)。第二整流電路可與第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)并聯(lián)連接。第二整流電路可包括第二平衡二 極管電橋和第二脈沖電路。第二平衡二極管電橋可構(gòu)造成抑制第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的觸頭之 間的電弧形成。第二脈沖電路可包括脈沖電容器，該脈沖電容器構(gòu)造成形成脈沖信號(hào)以用 于促使脈沖電流流過(guò)第二平衡二極管電橋，結(jié)合第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的切換事件來(lái)產(chǎn)生該脈沖信號(hào)。第一機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)和第一平衡二極管電橋可設(shè)置成使得與第一整流電路相關(guān)聯(lián) 的總電感小于或等于第一特性時(shí)間和第一最小特性電阻的乘積。第二機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)和第二 平衡二極管電橋也可設(shè)置成使得與第二整流電路相關(guān)聯(lián)的總電感小于或等于第二特性時(shí) 間和第二最小特性電阻的乘積。在又一方面，公開了一種方法，該方法包括提供包括機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)和與機(jī)電開關(guān) 結(jié)構(gòu)并聯(lián)連接的整流電路的裝置。機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成在斷開構(gòu)造和完全閉合構(gòu)造之間 運(yùn)動(dòng)，在處于完全閉合構(gòu)造時(shí)具有最小特性電阻。整流電路可包括平衡二極管電橋，該平衡 二極管電橋構(gòu)造成抑制機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的觸頭之間的電弧形成。包括脈沖電容器的脈沖電路 可構(gòu)造成形成脈沖信號(hào)以用于促使脈沖電流流過(guò)平衡二極管電橋，結(jié)合機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的切 換事件來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。可施加靜電力來(lái)使機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到完全閉合構(gòu)造中?？筛淖?靜電力，以便使機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)在特性時(shí)間上從完全閉合構(gòu)造運(yùn)動(dòng)成斷開構(gòu)造，其中，特性時(shí) 間大于與整流電路相關(guān)聯(lián)的總電感除以最小特性電阻。附圖說(shuō)明當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本專利技術(shù)的這些和其它特征、方面及優(yōu)點(diǎn)將變得 更好理解，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種裝置，包括：機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)（１０２），該機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)（１０２）構(gòu)造成在特性時(shí)間上在斷開構(gòu)造和完全閉合構(gòu)造之間運(yùn)動(dòng)，當(dāng)處于所述完全閉合構(gòu)造時(shí)，所述機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)具有最小特性電阻；以及整流電路（１２０），該整流電路（１２０）與所述機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)并聯(lián)連接，并且包括平衡二極管電橋（１２２），該平衡二極管電橋（１２２）構(gòu)造成抑制所述機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的觸頭之間的電弧形成；以及脈沖電路（１４２），該脈沖電路（１４２）包括構(gòu)造成形成脈沖信號(hào)以用于促使脈沖電流流過(guò)所述平衡二極管電橋的脈沖電容器（１４６），結(jié)合所述機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)的切換事件來(lái)產(chǎn)生所述脈沖信號(hào)，其中，所述機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)和所述平衡二極管電橋可設(shè)置成使得與所述整流電路相關(guān)聯(lián)的總電感小于或等于所述特性時(shí)間和所述最小特性電阻的乘積。
【技術(shù)特征摘要】
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：A·V·高達(dá)，K·A·奧布里恩，J·N·帕克，W·J·普里默拉尼，O·J·S·謝倫茨，K·蘇布拉馬尼安，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：通用電氣公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US
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