基于微机电系统的开关技术方案

公开了一种电流控制装置。该电流控制装置包括控制电路系统和与控制电路系统集成地布置的电流通路。该电流通路包括一组传导界面和布置在该组传导界面之间的微机电系统（ＭＥＭＳ）开关。该组传导界面具有限定保险丝终端几何结构的几何结构，并包括布置在电流通路的一端的第一界面和布置在电流通路的相对端的第二界面。ＭＥＭＳ开关响应于控制电路系统，以便于中断通过电流通路的电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例大体涉及用于断开电流通路中的电流的开关装 置，更具体地涉及基于微机电系统的开关装置。
技术介绍
为了防止损坏，电气设备和线路应被保护以免遭导致电流水平高 于其额定值的状况。过电流状况可由破坏发生前所需的时间分类，可分组成为两类时限过电流状况和瞬时过电流状况。定时过电流状况或故障被看作是不太严重的变化，并且通常需要 配电保护设备以在给定的时间段之后使电流通路失效，该给定时间段 取决于状况的水平。定时过电流故障典型地包括电流水平仅高于电流 额定值，以及电流水平可延伸至并超过8-10倍的配电保护设备的电流 额定值。系统布线和设备典型地可处理一段时间内的这些状况，但是 配电保护设备设计成当电流水平没有及时降低时使电流通路失效。典对线路，线路对地，线路对中性点)的高阻抗通路。也称为短路故障的瞬时过电流状况是严重的故障，并且典型地包 括电流水平高于10倍的配电保护设备的额定电流。这些故障典型地 起因于相对极性线路之间的低阻抗通路。短路故障包括极值电流，可 严重地破坏设备和人员，并且因此应尽快消除。在短路期间的最小化 响应时间以及因此允通电能(let-through energy)成为首要问题。目前， 两种装置，保险丝和断路器，为电气设备和线路提供过电流保护。保险丝典型地比断路器具有更多的选择性，并在响应短路状况时 具有较少的变化，但是在其执行保护功能之后必须更换。保险丝具有很多形状和尺寸，但是设计成允许其快速插入和快速拔出以易于更换 的保险丝座。制造商遵守取决于保险丝规格和额定值的用于保险丝和 保险丝座的标准尺寸，使得简易替换较容易。保险丝设计有串联元件，其在预设的过电流时熔化并因此断开电 流通路。因此，保险丝在设计上是单相装置，使得当用于各保险丝彼 此独立地操作的多相系统时会导致潜在的问题。在诸如马达负载的许 多应用中，失去一相电力将导致其它相的需求增加。其它相上增加的 需求将增加损坏的风险。例如，马达负载可在失去一相的条件下继续 运行，使得在其它相上产生额外的加热和应力。为了增加便利性，在许多应用中保险丝已由断路器替换。尽管断 路器提供相似的保护，并提供在操作或跳闸之后能够复位而不是更换 的便利性，但是它们典型地包括复杂的机械系统，该复杂的机械系统 具有相对于保险丝较慢的响应时间，并且在短路故障期间在上游和下 游断路器之间较少的选择性。在具有电子跳闸单元的断路器中的电子故障检测方法典型地包 括计算时间，该计算时间增加对故障的决定时间并因此增加对故障的反应时间。此外， 一旦决定跳闸，由于机械惯性该机械系统响应较慢。 因此，响应于短路，断电器可允许较大量的能量(也称为允通电能)通 过断路器。接触器是设计成根据指令将电负载切换为闭合和断开的电气装 置。传统地，机电接触器用于控制机构中，其中机电接触器能够处理 高达其断开容量的开关电流。机电接触器还可应用于电力系统中用于 切换电流。然而，电力系统中的故障电流典型地高于机电接触器的断 开容量。因此，为了在电力系统应用中采用机电接触器，需要通过使 用串联装置对其进行备用来保护接触器免遭破坏，在高于接触器的断 开容量的所有电流值条件下，该串联装置在接触器断开之前可足够迅 速地动作以中断故障电流。以前设想的便于接触器在电力系统中的使用的解决方案包括例如真空接触器、真空中断器和空气接触器。不幸地是，由于接触器末端封装在密封的、抽空的壳体中，故诸如真空接触器的接触器不使其易于目测检查。此外，尽管真空接触器非常适合于处理大马达、变压器和电容器的切换，但是已知它们导致不期望的瞬时过电压，尤其是当负载断开时。此外，机电接触器通常使用机械开关。然而，由于这些机械开关倾向于以较慢的速度切换，故采用预测技术以估计零交叉(zerocrossing)的发生，该零交叉的发生通常是在切换事件将发生之前的数十微秒，以便于在零交叉时的断开/闭合以降低电弧。由于在预测时间间隔内可能发生许多瞬变，故这种零交叉预测易于出错。作为慢的机械开关和机电开关的替代，高速固态开关已在高速开关应用中采用。将认识到的是，这些固态开关通过电压或偏压的控制应用而在传导状态和非传导状态之间切换。例如，通过反向偏置固态开关，开关可转换成非传导状态。然而，由于固态开关在它们切换到非传导状态时在触点之间不产生物理间隙，故它们经历漏电流。此外，由于内部阻抗，当固态开关在传导状态操作时，它们经历电压降。电压降和漏电流在正常操作状况下都有助于过热的产生，这可影响开关性能和寿命。此外，至少部分地由于与固态开关相关的内在漏电流，它们在断路器中的应用为不实用的。因此，本领域存在对克服这些缺陷的电流开关电路保护布置的需求。
技术实现思路
本专利技术的实施例包括电流控制装置。该电流控制装置包括控制电路系统和与控制电路系统集成地布置的电流通路。该电流通路包括一组传导界面和布置在一组传导界面之间的微机电系统(MEMS)开关。该组传导界面具有限定的保险丝终端几何结构(fbse terminal geometry)的几何结构，并包括布置在电流通路的一端的第 一界面和布置在电流通路的相对端的第二界面。MEMS开关响应于控制电路系统以便于中断通过电流通5^的电流。本专利技术的另 一个实施例包括控制通过电流通i 各的电流的方法，该电流通路具有几何结构为限定的保险丝终端几何结构的一组传导界面。该方法包括经由与电流通路集成地布置的控制电路系统测量电流以及经由布置在这组传导界面之间并响应于控制电路系统的MEMS开关便于电流的中断。附图说明当参考附图阅读以下详细说明时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相同的字符表示相同的部件，其中图1是根据本专利技术实施例的示例性的基于MEMS的开关系统的框图2是示出图1所示的示例性的基于MEMS的开关系统的示意图3是根据本专利技术实施例的、作为图1所示系统的替代的示例性的基于MEMS的开关系统的框图4是示出图3所示的示例性的基于MEMS的开关系统的示意图5是#^居本专利技术实施例的电流控制装置的示意图6是^f艮据本专利技术实施例的包括电流控制装置的壳体的示图7是才艮据本专利技术实施例的电流控制装置的示图；以及图8是根据本专利技术实施例的控制电流的方法的处理步骤的流程图。具体实施例方式本专利技术的实施例提供适用于配电系统的电气保护装置。这种提出9的装置封装成以便其可改造以用于现有的保险丝座内，或者替换现有的保险丝应用。微机电系统(MEMS)开关的使用提供快速响应时间，因此便于消除中断故障的允通电能。与MEMS开关并联的混合式无弧限制技术(HALT)使MEMS开关能够在任何给定时间不产生电弧的情况下断开或闭合，而与电流或电压无关。图1示出根据本专利技术方面的示例性的无弧的基于微机电系统开关(MEMS)的开关系统IO的框图。现在，MEMS通常指例如可通过^:制造技术将诸如机械元件、机电元件、传感器、执行器和电子元件的多个功能不同的元件集成在共用基底上的微尺度结构。然而，可预知的是，目前在MEMS装置中可获得的许多技术和结构将在几年后可经由基于纳米技术的装置获得，例如，在尺寸上小于100纳米的结构。因此，即使在本文中通篇描述的示例性实施例可能参考基于MEMS的开关系统，但应认为的是，本专利技术的专利技术方面应该广泛理解而不应局限于微米尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流控制装置，其包括：　控制电路系统；和　与所述控制电路系统集成地布置的电流通路，所述电流通路包括：　几何形状为限定保险丝终端几何形状的一组传导界面，所述一组传导界面包括布置在所述电流通路的一端的第一界面和布置在所述电 流通路的相对端的第二界面；和　微机电系统（ＭＥＭＳ）开关，其布置在所述第一界面和所述第二界面之间，所述ＭＥＭＳ开关响应于所述控制电路系统以便于中断通过所述电流通路的电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ卡加诺，WJ普雷默拉尼，ME瓦尔德斯，K苏布拉马尼安，BC库姆菲尔，CS皮岑，JN帕克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]