串并联拓扑中的微机电开关保护制造技术

提供了一种电气切换装置。该电气切换装置包括多个串联耦合的开关组，各开关组包括多个并联耦合的开关。控制电路耦合到多个开关组并可配置成控制开关的断开和闭合。一个或多个中间二极管耦合在控制电路和各开关组对之间的各个点之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及切换装置(switching device)的保护，更特別地，涉及基于微机电系统的切换装置的保护。
技术介绍
断路器是设计用来保护电气设备免受电路中的故障所引起的损坏的电气装置。传统上，大多数传统的断路器包括大体积的微机电开关。不幸地是，这些传统的断路器尺寸较大，因而必要使用大的力量以开动切换机构。因此，为了在电力系统应用中使用机电接触器，可能需要通过用串联装置来后援它以保护接触器免受损坏，该串联装置在接触器中断容量之上的所有电流值处在该接触器断开之前，足够快地动作以中断故障电流。作为慢机电开关的备选，快速固态开关已经在高速切换应用中得到使用。应该意识到，这些固态开关通过电压或偏置的可控施加而在导通状态和非导通状态之间切换。例如，通过反向偏置固态开关，开关可转变成非导通状态。然而，由于固态开关在其切换到非导通状态时不在触点之间产生物理间隙，因而它们经历泄漏电流。此外，固态开关用于包括 一 个或多个助于更高电压和电流操纵能力的开关阵列的串并联拓朴的组合中。然而，开关阵列异步断开或闭合，导致流过开关的不合需要的负载电流量。因此，负载电流可超过开关的电流4喿纵能力，引起短路或焊接和致使开关不可操作。因此，需要为这种开关阵列纟是供增强的保护。
技术实现思路
简单地说，提供了一种电气切换装置。电气切换装置包括串联的多个开关组，各开关组包括并联的多个开关。电气切换装置进一步包括耦合到多个开关组并可配置成控制开关断开和闭合的控制电路。电气切换装置进一步包括一个或多个耦合在控制电路和相应开关组对之间的各点之间的中间二极管。在另一个实施例中，提供了一种电气切换系统。电气切换系统包括切换电路，该切换电路包括可配置成将系统从第一切换状态切换到第二切换状态的《鼓机电系统开关。电气切换系统进一步包括耦合到切换电路的电压排出电路，其中电压排出电路可配置成在切换电路的触点处排出电压。电气切换系统进一步包括耦合到电压排出电路的控制电路，其中控制电路可配置成形成脉冲信号，并且其中，脉冲信号施加到与启动切换电路的操作有关的电压排出电路。在另一个实施例中，提供了一种保护电气切换装置的方法。该方法包括经由控制电路将电流脉冲触发到至少一对二极管，其中该至少一对二极管耦合在多个开关组和控制电路之间。该方法进一步包括基于触发而偏置该至少一对二极管。该方法进一步包括通过偏置该一对二极管而使电压跨过多个开关组而放电。附图说明当结合附图(其中所有图中同样符号表示同样部件)阅读下述具体实施方式时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优势将变得更好理解，其中图1是根据本专利技术的一方面的在包含保护电路的串联配置中的基于微机电系统(MEMS)的并联开关组的框图2是包含示例性保护电路的图1中基于MEMS的并联开关组的进一步框图3是图2的保护电路中使用的二极管对的放大视图4是如图2实施的二极管对的进一步实施例的放大视图。具体实施例方式根据本专利技术的实施例，本文描述了结构和/或操作关系，该结构和/或操作关系可用来在基于微机电系统(MEMS)开关的开关阵列中4是供电压可缩放性(例如以满足期望电压额定值)。典型地，MEMS指例如通过微制造技术将多个功能不同的元件(例如机械元件、机电元件、传感器、致动器和电子装置)集成在共用村底上的微型规模结构。然而，可预期地是，目前在MEMS装置上可用的许多技术和结构将经由基于纳米技术的装置(例如，尺寸上比100纳米还小的结构)而可用。此外，应该意识到，基于MEMS的切换装置，如本文提及的，可以广泛地解释，并不限于基于纳米技术的装置或微米级尺寸的装置。图1是根据本专利技术一个方面的在串联配置中基于MEMS的并联开关組的框图。基于MEMS的开关组IO(也指切换电路)包括开关20，该开关20耦合在电源28 (经上游连接器30)和负荷32 (经下游连接器34 )之间，并可配置成助于或中断电源28和负荷32之间的电流流动。开关20进一步包括串联耦合的多个开关组12、 14、 16和18，各开关组具有并联耦合的多个开关。在本专利技术的一个方面，各并联开关组12、 14、 16和18中的多个开关使用MEMS开关来构造。例如，开关组12包括并联连接的多个MEMS开关。尽管图1中的开关20图示了多个MEMS开关组，应该意识到开关20可包括单个MEMS开关组。并联开关组12、 14、 16和18进一步经由连接器22、 24和26串耳关耦合。串联连接的并联开关组具有增强的载流能力和增强的电压能力的优势。在另一个实施例中，超过四个并联开关组可串联连接以获得期望电流和电压额定值。再次参考图1,控制电路36经端子38耦合到线路侧二极管(Ds)40 、负载侧二极管(D。42和中间二极管块54。控制电路36可配置成经由脉冲信号在开关20断开(关断)和/或闭合(接通)的情况时控制二极管(通过提供正向偏置电压)。脉冲信号的示例可包括电流脉冲和/或足够的电压足以正向偏置二极管。控制电路36在切换循环的适当时间助于二极管40、 42和中间二极管块内的二极管的正向偏置，以激活二极管中的导通模式。在一个实施例中，控制电路36可配置成提供适当的电压水平以用于通过端子38正向偏置二才及管。在一个实施例中，控制电路包括混合电弧限制技术(HALT)和/或脉冲辅助接通(PATO)电路。一对或多对二极管耦合在控制电路36和开关组12、 14、 16、 18的相应对之间的各点之间。线路侧二极管(Ds)40耦合跨接(across)并联开关组12和控制电路36。类似地，负载侧二极管(D042耦合跨接并联开关组18和控制电路36。根据本专利技术的一个实施例，线路侧二极管(Ds)40和负载侧二极管(D042可配置成输送大部分的负载电流。在图示的实施例中，中间二极管块54包括中间二极管(D1)48、(D2)50和(D3)52,它们各自经由连接器56、 58和60耦合跨接开关组12、 14、 16、 18之间的各点。应该意识到，相比线路侧二极管(Ds)和负载侧二极管(DO而言，中间二极管(D1)48、 (D2)50和(D3)52可输送相对较少的负载电流。根据本技术的一个方面，二极管(线路侧、负载侧和中间)可称作电压排出电路，因为在当开关20运行(接通和/或关断)时的情况，它们可配置成使电压跨过各开关组12、 14、 16和18而排出。分级网络(grading network) 62在并联开关组12、 14、 16和18之间的各点处通过线路侧的连接器64、负载侧的连接器66并经由中间位置处的连接器68、 70和72耦合到开关20。在一个实施例中，分级网络62可配置成将电压^黄!夸开关组12、 14、 16和18均等地分配。在示例性实施例中，分级网络62可配置成保护开关20不受电压和电流尖峰。现在回到图2，其图示了图1的二极管40、 42、 48、 50和52以及分级网络62的进一步详细实施例。分级网络62进一步包括多个块88。这种块88的每一个包括电阻器82、电容器84和非线性电压箝位装置86。块88在线路侧经由连接器64、在负载侧经由连接器66和在中间点经由连接器68、 70和72在多个位置处耦合到开关20 (如参照图1)。分级网络62通常有助于将电压横跨多个开关組12、 14、16和18均等地分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电气切换装置，包括：　串联耦合的多个开关组（２０），各开关组包括并联耦合的多个开关；　控制电路（３６），其耦合到所述多个开关组并配置成控制这些开关的断开和闭合；以及　一个或多个中间二极管（４０，４２，５４），其耦合在所 述控制电路和相应开关组对之间的各点之间。

【技术特征摘要】
US 2008-9-11 12/2090641.一种电气切换装置，包括串联耦合的多个开关组(20)，各开关组包括并联耦合的多个开关；控制电路(36)，其耦合到所述多个开关组并配置成控制这些开关的断开和闭合；以及一个或多个中间二极管(40，42，54)，其耦合在所述控制电路和相应开关组对之间的各点之间。2. 如权利要求1所述的装置，其包括跨接各开关组耦合的分级网络(62)。3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分级网络耦合到所述多个开关组上游(30)的点，并耦合到所述多个开关组下游(34)的点，以及耦合到各开关组对之间的点。4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，线路侧二极管(40)和负载侧二极管(42)耦合在所述控制电路和这些开关组的相应线路侧和负载侧上的各点之间，其中，所述控制电路配置成正向偏置所述线路侧二极管(40)和所述负载侧二极管(42)。5. —种电气切换系统，包括切换电路(IO)，其包括配置成将所述系统从第一切换状态切换到第二切换状态的;f效机电系统开关；耦合到所述切换...

【专利技术属性】
技术研发人员：WJ普雷默拉尼，KA奥布赖恩，OJ谢伦茨，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]