CN102103945B - 开关结构和相关联的电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关结构和相关联的电路，具体而言，提供了一种装置，例如开关模块(100)。该装置可包括构造成在特性时间上在断开构造和完全闭合构造(与最小特性电阻相关联)之间运动的机电开关结构(102)。整流电路(120)可与机电开关结构并联连接，并且可包括构造成抑制机电开关结构的触头之间的电弧形成的平衡二极管电桥(122)，以及脉冲电路(142)，该脉冲电路(142)包括构造成形成脉冲信号(与机电开关结构的切换事件有关)以用于促使脉冲电流流过平衡二极管电桥的脉冲电容器(146)。机电开关结构和平衡二极管电桥可设置成使得与整流电路相关联的总电感小于或等于特性时间和最小特性电阻的乘积。

Description

开关结构和相关联的电路

技术领域

本发明的实施例一般涉及用于切换电流的装置，且更具体地涉及微机电开关结构。

背景技术

断路器是设计成保护电气设备不受电路中的故障导致的损害的影响的电气装置。传统上，许多常规的断路器包括大体积(宏)机电开关。不幸的是，这些常规的断路器尺寸较大，且可必须使用较大的力来促动切换机构。另外，这些断路器的开关一般以相对低的速度操作。此外，这些断路器可构造起来复杂，并且从而制造昂贵。另外，当常规断路器中的切换机构的触头在物理上分开时，有时可在触头之间形成电弧，该电弧允许电流继续流过开关，直到电路中的电流停止为止。而且，与电弧相关联的能量可严重地损害触头，以及/或者对人员造成烧伤危险。

作为慢机电开关的备选方案，相对快速的固态开关已经用于高速切换应用中。这些固态开关通过电压或偏压的受控制的应用来在导电(conducting)状态和非导电(non-conducting)状态之间切换。但是，因为当固态开关切换到非导电状态中时，它们不在触头之间产生物理间隙，所以当名义上不导电时，它们会经受泄漏电流。此外，由于内部阻抗的原因，在导电状态中操作的固态开关会经受电压降。电压降和泄漏电流两者在正常的操作环境下会促成功率耗散和过热的产生，这对开关性能和寿命可能是有害的。而且，至少部分由于与固态开关相关联的固有泄漏电流的原因，固态开关不可能在断路器应用中使用。

基于微机电系统(MEMS)的切换装置可对以上针对某些电流切换应用所描述的宏机电开关和固态开关提供有用的备选方案。基于MEMS的开关往往在设置成传导电流时具有低电阻，且在设置成中断通过其中的电流时具有低的(或没有)泄漏。另外，期望基于MEMS的开关比宏机电开关展现更快的响应时间。

发明内容

在一方面，提供了一种装置，例如开关模块。该装置可包括构造成在特性时间(characteristic time)(例如小于或等于约15微秒)上在断开构造(open configuration)和完全闭合构造(fully-closed configuration)之间运动的机电开关结构。当处于完全闭合构造时，机电开关结构可具有最小特性电阻(characteristic resistance)。

机电开关结构可包括一个或多个触头以及一个或多个可动元件，其中，当机电开关结构设置成处于完全闭合构造时，可动元件中的各个与触头中的至少一个最大程度地接触，并且当机电开关结构设置成处于断开构造时，可动元件中的各个与触头分开。机电开关结构可包括例如微机电开关。机电开关结构还可包括电极，该电极构造成选择性地接收电荷，以便与可动元件建立电位差，并且因此在特性时间上在最大接触位置和非接触位置之间推动可动元件，在最大接触位置上，可动元件与触头进行最大程度的接触，在非接触位置上，可动元件与触头分开。

机电开关结构可包括机电开关阵列，当处于完全闭合构造时，机电开关阵列具有最小特性有效阵列电阻。该阵列可包括并联连接的至少两个机电开关和/或串联连接的至少两个机电开关

整流电路(commutation circuit)可与机电开关结构并联连接。整流电路可包括构造成抑制机电开关结构的触头之间的电弧形成的平衡二极管电桥(balanced diode bridge)。整流电路还可包括脉冲电路，该脉冲电路包括构造成形成脉冲信号以用于促使脉冲电流流过平衡二极管电桥的脉冲电容器。可结合机电开关结构的切换事件来产生该脉冲信号。机电开关结构和平衡二极管电桥可设置成使得与整流电路相关联的总电感小于或等于特性时间和最小特性电阻的乘积。

在一些实施例中，可包括第二机电开关结构，第二机电开关结构构造成在第二特性时间上在断开构造和完全闭合构造之间运动。当处于完全闭合构造时，第二机电开关结构可具有第二最小特性电阻。然后该(第一)机电开关结构可与第一特性时间和第一最小特性电阻相关联。第一机电开关结构和第二机电开关结构可构造成并联连接到负载电路上，其中，整流电路与第一机电开关结构和第二机电开关结构中的各个并联连接。第一平衡二极管电桥可构造成抑制第一机电开关结构的触头之间的电弧形成，而第二平衡二极管电桥可构造成抑制第二机电开关结构的触头之间的电弧形成。脉冲电路可包括脉冲电容器，该脉冲电容器构造成形成脉冲信号以用于促使脉冲电流流过第一平衡二极管电桥和第二平衡二极管电桥中的各个，结合第一机电开关结构和第二机电开关结构的切换事件来产生该脉冲信号。第一机电开关结构和第二机电开关结构以及第一平衡二极管电桥和第二平衡二极管电桥设置成使得与脉冲电路和第一平衡二极管电桥相关联的总电感小于或等于第一特性时间和第一最小特性电阻的乘积，而与脉冲电路和第二平衡二极管电桥相关联的总电感小于或等于第二特性时间和第二最小特性电阻的乘积。

在另一方面，提供了一种装置，例如开关模块。该装置可包括构造成在第一特性时间上在完全断开构造和完全闭合构造之间运动的第一机电开关结构，以及构造成在第二特性时间上在完全断开构造和完全闭合构造之间运动的第二机电开关结构。当处于完全闭合构造时，第一机电开关结构可具有第一最小特性电阻，而当处于完全闭合构造时，第二机电开关结构可具有第二最小特性电阻。第二机电开关结构可构造成与第一机电开关结构并联或串联连接到负载电路上。

第一整流电路可与第一机电开关结构并联连接。第一整流电路可包括第一平衡二极管电桥和第一脉冲电路。第一平衡二极管电桥可构造成抑制第一机电开关结构的触头之间的电弧形成。第一脉冲电路可包括脉冲电容器，该脉冲电容器构造成形成脉冲信号以用于促使脉冲电流流过第一平衡二极管电桥，结合第一机电开关结构的切换事件来产生该脉冲信号。

第二整流电路可与第二机电开关结构并联连接。第二整流电路可包括第二平衡二极管电桥和第二脉冲电路。第二平衡二极管电桥可构造成抑制第二机电开关结构的触头之间的电弧形成。第二脉冲电路可包括脉冲电容器，该脉冲电容器构造成形成脉冲信号以用于促使脉冲电流流过第二平衡二极管电桥，结合第二机电开关结构的切换事件来产生该脉冲信号。

第一机电开关结构和第一平衡二极管电桥可设置成使得与第一整流电路相关联的总电感小于或等于第一特性时间和第一最小特性电阻的乘积。第二机电开关结构和第二平衡二极管电桥也可设置成使得与第二整流电路相关联的总电感小于或等于第二特性时间和第二最小特性电阻的乘积。

在又一方面，公开了一种方法，该方法包括提供包括机电开关结构和与机电开关结构并联连接的整流电路的装置。机电开关结构可构造成在断开构造和完全闭合构造之间运动，在处于完全闭合构造时具有最小特性电阻。整流电路可包括平衡二极管电桥，该平衡二极管电桥构造成抑制机电开关结构的触头之间的电弧形成。包括脉冲电容器的脉冲电路可构造成形成脉冲信号以用于促使脉冲电流流过平衡二极管电桥，结合机电开关结构的切换事件来产生脉冲信号。可施加静电力来使机电开关结构运动到完全闭合构造中。可改变静电力，以便使机电开关结构在特性时间上从完全闭合构造运动成断开构造，其中，特性时间大于与整流电路相关联的总电感除以最小特性电阻。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的标号在全部图中表示相同的部件，其中：

图1是根据实例实施例构造的开关模块的示意图；

图2是实例机电开关的示意性透视图；

图3是图2的开关的侧视图；

图4是处于部分闭合构造的图2的开关的侧视图；

图5是处于完全闭合构造的图2的开关的侧视图；

图6是图2的开关的随时间变化的开关电阻、门电压及促动力的线图；

图7-10是表示图1的开关模块的实例操作的示意图；

图11-15是根据其它实例实施例构造的相应的开关模块的示意图；以及

图16是用于图1的开关模块的等效电路的示意图。

部件列表

100 开关模块

102 微机电系统(MEMS)开关

104 负载电路

106 电负载

108 功率源(power supply)

110 悬臂梁

112 触头

114 基底

116 电极

118 门电压源

120 整流电路

122 平衡二极管电桥

124 平衡二极管电桥的第一支路

126 平衡二极管电桥的第二支路

128 第一二极管

130 第二二极管

132 第三二极管

134 第四二极管

136 电压缓冲电路(voltage snubber circuit)

138，140 平衡二极管电桥的中点

142 脉冲电路

144 脉冲开关

146 脉冲电容器

148 二极管

150和152 脉冲电流I_脉冲的电流方向

154，156，158，160 电流矢量

162，164 电连接件

166 方向

168 脉冲电路二极管

200 开关模块

202a，202b 机电开关

203 端子

222 平衡二极管电桥

238，240 平衡二极管电桥的中点

242 脉冲电路

300 开关模块

302a，302b 机电开关

303 端子

322 平衡二极管电桥

338，340 平衡二极管电桥的中点

342 脉冲电路

400 开关模块

402a，402b，402c，402d 机电开关

403 端子

422 平衡二极管电桥

438，440 平衡二极管电桥的中点

442 脉冲电路

500 开关模块

502a 第一机电开关结构

502b 第二机电开关结构

502c，502d，502e，502f 第三、第四、第五及第六机电开关结构

503 端子

504 负载电路

506 电负载

508 功率源

520a-f 整流电路

522a-f 平衡二极管电桥

542a-f 脉冲电路

600 开关模块

602a-f 多个机电开关

603 端子

622a-f 平衡二极管电桥

642a-c 脉冲电路

70 等效电路

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实例实施例进行了详细描述，在附图中，相同的参考标号在全部图中表示相同的部件。这些实施例中的一些可处理上述和其它需要。

参照图1，其中显示了根据实例实施例构造的装置，例如开关模块100(例如用于与马达起动器应用结合起来使用)。开关模块100可包括机电开关结构，例如微机电开关或微机电系统(MEMS)开关102。MEMS开关102可结合为负载电路104的一部分，该负载电路104还包括例如以负载电感L_L和负载电阻R_L为特征的电负载106。注意，负载电路104还可包括固有电感和电阻，而且这些将影响有效负载电感L_L和负载电阻R_L且将认为是包括在有效负载电感L_L和负载电阻R_L中。功率源108也可包括在负载电路104中，以便提供电压V_L。如下面进一步论述的那样，在操作期间，负载电路电流L_L可流过负载电路104，并且在一些情况下可流过MEMS开关102。

参照图1和2，MEMS开关102可包括触头，例如可动元件(例如悬臂梁110)和触头112(例如导电衬垫(pad))。梁110和触头112可由诸如基底114的底层支承结构支承。将梁110和触头112设置在共同的基底114上可有利于通过传统的微细加工技术(例如电镀、汽相淀积、光刻法、湿法和/或干法蚀刻等)来生产MEMS开关102，其中，所产生的开关具有大约几个或几十微米和/或纳米的尺寸。

注意，虽然根据具有单个可动元件的单独的开关102来对以上提及的机电开关结构进行描述，但是，机电开关结构可包括并联、串联或以这两种方式连接的机电开关阵列，其中，阵列中的各个开关包括与共同的或单独的触头相关联的可动元件。因而，全文对“开关”(例如MEMS开关102)的引用应当理解为指的是单个开关或开关阵列。

参照图1-6，MEMS开关102可构造成可在非接触或“断开”构造或状态和接触或“完全闭合”构造或状态之间选择性地运动，在非接触或“断开”构造或状态中，梁110与触头112分开(例如如图3中所描绘的那样)，而在接触或“完全闭合”构造或状态中，梁与触头进行最大程度的接触，并且与触头建立电连通(例如如图5中所描绘的那样)。例如，梁110可构造成当在断开构造和完全闭合构造之间运动时经受变形，从而使得梁在自然状态下(即在没有外部施加的力的情况下)设置成非接触构造，并且梁可变形，以便占据接触位置，同时将机械能存储在其中。在其它实施例中，梁110的无变形构造可为接触构造。

MEMS开关102可包括电极116，该电极可与门电压源118电连通。门电压源118可对电极提供门电压V_G，从而将电荷供应到电极。当电极116带电时，在电极和梁110之间建立电位差，并且静电促动力F_A可用来将梁推向电极(而且还推向触头112，并且最终与触头112接触)。

门电压V_G可从时间t₀处的零变化到时间t₁处的值V_G1。静电促动力F_A可随门电压V_G而变化(但是不一定是线性地变化)。当门电压V_G(和静电促动力F_A)增大时，促动力促使梁110朝向触头112运动，并且最终(在图6中的时间t₁处)促动力(对应于图6中的门电压V_G1)达到足以促使梁变形以便正好允许梁和触头之间的电连通的量值。这在名义上将在梁110接触触头112时发生，但是这可实际上在梁和触头接触之前发生，因为梁和触头之间的间距可足够小，以允许越过可分开梁和触头的任何物理间隙的电连通(例如通过场致发射)。无论如何，在时间t₁处，特性开关电阻R_S(由梁110和触头112提供的有效电阻)从基本无穷大(当梁与触头分开时，在从t₀至t₁的时限中的值R_S)变成相当大但是有限的值R_SMAX。在机电开关结构包括机电开关阵列的实施例中，应当理解，特性开关电阻等于开关阵列的有效电阻(即如果开关阵列由单个等效电阻器代替时将确定的电阻)。

门电压V_G可在时间t₂处继续增大到最大值V_GMAX。当门电压V_G增大时，促动力F_A也将增大，促使梁110与触头112进行更大范围的接触。相应地，特性开关电阻R_S将在从t₁到t₂的时间上从R_SMAX减小到最小值R_SMIN。开关102的特性开关电阻R_S的最小值表示开关的完全闭合构造，其中，开关的其它构造(例如图4的构造，称作“部分闭合”，或者相反地，“部分断开”)的特征在于较高的电阻值。

如上所述，当开关102处于完全闭合构造时，梁110与触头112进行最大程度的接触。注意，在这种情况下，用语“最大程度的接触”指的是在梁和触头之间实际进行的最大量的接触，而不是这两个结构之间的最大可能量的接触。可能往往真实的是可通过增大施加于电极116的门电压V_G来使梁110和触头112更大程度地接触。在开关102包括开关阵列的实施例中，完全闭合构造指的是其中阵列中的所有开关均最大程度地闭合的情形，而部分闭合构造则表示其中开关阵列中的至少一个开关没有完全闭合的情形。例如，开关阵列可包括一个或多个触头和一个或多个可动元件，其中，当总的机电开关结构设置成处于完全闭合构造时，各个可动元件与至少一个相关联的触头最大程度地接触，并且当机电开关结构设置成处于断开构造时，各个可动元件均与相关联的触头分开。

在切换事件(即开关102从非导电状态到导电状态的运动，或者反之亦然)期间，门电压V_G可随切换事件时间T_总计而变化，切换事件时间T_总计等于t₂-t₀。但是，开关102可构造成在等于t₂-t₁的特性时间T_C上从断开构造(其中梁110和触头112分开得正好足以基本阻碍它们之间的电连通的构造)运动到完全闭合构造。对于其中开关102为断开的切换事件，门电压V_G会减小而非增大。在开关102包括开关阵列的情况下，特性时间T_C可指的是当阵列的第一开关正好闭合的时候以及当阵列中的所有开关均最大程度地闭合的时候之间的时间。在机电开关结构包括机电开关阵列的实施例中，与开关阵列相关联的“特性时间”是从开关的实现最小有效阵列电阻的构造运动到有效阵列电阻无穷大的构造所需的时间(例如对于并联的两个开关，更长的与各个开关相关联的断开时间；对于串联的两个开关，更短的断开时间)。

再次参照图1，整流电路120可与开关102并联连接。整流电路120可包括具有第一支路124和第二支路126的平衡二极管电桥122。如本文所用，术语“平衡二极管电桥”用来表示构造成使得跨越第一支路124和第二支路126两者的电压降基本相等的二极管电桥。平衡二极管电桥122的第一支路124可包括以串联电路联结在一起的第一二极管128和第二二极管130。以类似的方式，第二支路126可包括操作性地串联联接在一起的第三二极管132和第四二极管134。

电压缓冲电路136可与开关102并联联接，并且构造成在迅速触头分开期间限制电压超调。在某些实施例中，缓冲电路136可包括与缓冲电阻器(未显示)串联联接的缓冲电容器(未显示)。缓冲电容器可有利于改进在开关102的断开顺序(sequencing)期间的瞬态均压(voltagesharing)。此外，缓冲电阻器可抑制在开关102的闭合操作期间由缓冲电容器产生的任何电流脉冲。在某些其它实施例中，电压缓冲电路136可包括金属氧化物变阻器(MOV)(未显示)。

第一MEMS开关102可跨越平衡二极管电桥122的中点138，140并联联接。第一中点138可位于第一二极管128和第二二极管130之间，而第二中点140可位于第三二极管132和第四二极管134之间。

整流电路120还可包括以与平衡二极管电桥122操作性相关联的方式联接的脉冲电路142。脉冲电路142可构造成探测开关状况，并且响应于开关状况来启动切换事件(开关102的断开或闭合)。如本文所用，用语“开关状况”指的是触发器改变开关102的当前操作状态的状况。开关状况可响应于多个动作而发生，包括但不限于电路故障或开关通/断要求。

脉冲电路142可包括串联联接在一起的脉冲开关144和脉冲电容器146，脉冲电容器具有电容C_脉冲。脉冲电路142还可包括与脉冲开关144串联联接的第一二极管148，并且脉冲电路的特性可为脉冲电感L_脉冲。脉冲电容器146可构造成形成脉冲信号，以用于引起通过平衡二极管电桥122的脉冲电流I_脉冲。例如可结合开关102的切换事件来产生脉冲信号。脉冲电感L_脉冲、二极管148、脉冲开关144及脉冲电容器146可串联联接，以形成脉冲电路142的第一支路，其中，第一支路的构件可构造成有利于脉冲电流的成形(shaping)和定时(timing)。

参照图2和7-10，如下面更加详细地论述的那样，在操作中，平衡二极管电桥122可构造成抑制开关102的触头(例如梁110和触头112)之间的电弧的形成。在一些实施例中，这可使得MEMS开关102能够从闭合状态迅速切换到(例如大约若干皮秒或若干纳秒)断开状态，同时传导电流(虽然在几乎为零的电压下)。

图7-10用作示出开关模块100的实例操作的示意性流程图。在图7中示出了开关模块100的实例操作的初始状况。开关102描绘成以完全闭合构造开始，而且负载电路104中存在负载电流I_L，负载电流I_L具有基本等于V_L/R_L的值。

此外，对于这个实例操作的论述，可假设与处于完全闭合构造的MEMS开关102相关联的特性电阻R_SMIN足够地小，以使得在受到脉冲时，由通过MEMS开关的电阻的负载电流产生的电压对二极管电桥122的中点138，140之间的几乎为零的电压差仅具有可忽略的影响。例如，可假设与完全闭合的MEMS开关102相关联的特性电阻R_SMIN足够地小，以便由于最大预计负载电流的原因而产生小于几毫伏的电压降。

可注意到，在开关模块100的这个初始状况中，脉冲开关144处于第一断开状态。另外，脉冲电路142中没有电流(即I_脉冲＝0)。而且，在脉冲电路142中，电容器146可预先充电到电压V_脉冲，其中，V_脉冲是可在负载电流的传递(transfer)间隔的期间产生具有远远大于(例如为二倍)预计负载电流I_L的峰值量值的半正弦波脉冲电流的电压。可注意到，可选择C_脉冲和L_脉冲，以便在脉冲电路142中引起谐振。

图8示意性地描绘了触发脉冲电路142的过程。可注意到，探测线路(未显示)可联接到脉冲电路142上。探测线路可包括构造成检测例如负载电路电流I_L的电平和/或电压电平V_L的值的检测线路(未显示)。此外，探测线路可构造成探测如上所述的开关状况。在一个实施例中，由于电流电平和/或电压电平超过预定阈值的原因，可发生开关状况。

脉冲电路142可构造成探测开关状况，以有利于将开关102的当前完全闭合构造切换到断开构造。在一个实施例中，开关状况可为由于负载电路104中的电压电平或负载电流超过预定阈值电平而造成的故障状况。但是，如将理解的那样，开关状况还可包括监测斜坡电压，以为MEMS开关102实现给定的依赖于系统的接通时间。

在一个实施例中，脉冲开关144可响应于接收由于探测到的切换状况引起的触发器信号来产生正弦脉冲。脉冲开关144的触发可在脉冲电路142中促使谐振正弦脉冲电流I_脉冲。脉冲电流I_脉冲的电流方向可由参考标号150和152表示。此外，通过平衡二极管电桥122的第一支路124的第一二极管128和第二二极管130的脉冲电流I_脉冲的电流方向和相对量值分别可由电流矢量154和156表示。类似地，电流矢量158和160分别代表通过第三二极管132和第四二极管134的脉冲电路电流的电流方向和相对量值。

峰值正弦电桥脉冲电流的值可由脉冲电容器146上的初始电压、脉冲电容器的值C_脉冲及脉冲电路142的电感值L_脉冲确定。C_脉冲和L_脉冲的值还确定半正弦波脉冲电流I_脉冲的脉宽。电桥电流脉宽可调节成满足在负载故障状况的期间根据负载电流I_L和期望的峰值允许通过的(let-through)电流的变化率所预计的系统负载电流切断要求。脉冲开关144可构造成在断开MEMS开关102之前成导电状态。

可注意到，脉冲开关144的触发可包括控制通过平衡二极管电桥122的脉冲电流I_脉冲的定时，以有利于在切换事件期间产生与通过MEMS开关102的触头(例如梁110和触头112)的路径的阻抗相比更低的阻抗路径。另外，可触发脉冲开关144，从而使得跨越MEMS开关102的触头存在期望电压降。

在一个实施例中，脉冲开关144可为固态开关，该固态开关可构造成例如具有在若干纳秒至若干微秒的范围中的切换速度。脉冲开关144的切换速度与故障状况中的负载电流的预计上升时间相比应当相对较快。MEMS开关102的电流额定值取决于负载电流I_L的上升速率，负载电流I_L继而取决于负载电路104中的电感I_L和供应电压V_L，如之前注意到的那样。如果负载电流I_L与脉冲电路142的速度容量(speedcapacity)相比可迅速上升，MEMS开关102可适当地适用于处理较大的负载电流I_L。

脉冲电流I_脉冲可从零值开始上升，并且在平衡二极管电桥122的第一支路124和第二支路126之间平分。根据一个实施例，跨越平衡二极管电桥122的支路124，126的电压降的差异可设计成可忽略的，如之前描述的那样。另外，如之前描述的那样，可使二极管电桥122平衡，从而使得跨越二极管电桥122的第一支路124和第二支路126的电压降是基本相等的。此外，当处于目前完全闭合状态的MEMS开关102的电阻相对低时，跨越MEMS开关存在相对小的电压降。但是，如果跨越MEMS开关102的电压降碰巧较大(例如由于MEMS开关的固有设计的原因)，则当二极管电桥与MEMS开关操作性地并联联接时，二极管电桥122的平衡可受到影响。如果MEMS开关102的电阻引起跨越MEMS开关的相当大的电压降，则二极管电桥122可通过增大峰值桥脉冲电流的量值来调和(accommodate)所引起的不平衡。

现在参照图9，该图是其中引起了开关102的断开的示意图。如之前所注意到的，在断开MEMS开关102之前触发了脉冲电路142中的脉冲开关144。当脉冲电流I_脉冲增大时，由于脉冲电路142的谐振作用的原因，跨越脉冲电容器146的电压减小。在其中MEMS开关102是完全闭合且导电的接通状况中，MEMS开关为负载电路电流I_L提供具有相对低的阻抗的路径。

一旦脉冲电流I_脉冲的幅值变得大于负载电路电流I_L的幅值(例如由于脉冲电路142的谐振作用的原因)，门电压就可施加于MEMS开关，以使MEMS开关的当前操作状态从完全闭合且导电的状态切换到其中MEMS开关开始断开且切断的电阻增大的状况(例如在梁110仍然接触触头112但是梁110和触头112之间的接触压力由于开关断开过程而减小时)。这导致特性开关电阻增大，这继而促使负载电流I_L开始从MEMS开关102转向到整流电路120。

在这个目前的状况中，平衡二极管电桥122对负载电流I_L提供与通过MEMS开关102的路径(其现在与增大的特性电阻相关联)相比具有相对低阻抗的路径。可注意到，通过MEMS开关102的负载电流I_L的这种转向与负载电路电流I_L的变化率相比是非常快的过程。如之前注意到的，可期望，分别与MEMS开关102和平衡二极管电桥122之间的连接件162，164相关联的电感L₁和L₂较小，以便避免阻碍快速的电流转向。

当电流从MEMS开关102传递到整流电路120的过程继续时，第一二极管128和第四二极管134中的各个中的电流增大，同时，第二二极管130和第三二极管132中的各个中的电流同时减小。当MEMS开关102的触头(例如梁110和触头112)分开以在它们之间形成物理间隙且所有的负载电流I_L由第一二极管128和第四二极管134传导时，传递过程完成。

在负载电流I_L沿方向166从MEMS开关102转向到二极管电桥122之后，跨越二极管电桥的第一支路124和第二支路126形成不平衡。此外，当脉冲电流I_脉冲衰减时，跨越脉冲电容器146的电压继续反向(例如用作“反电动势”)，这导致负载电路电流I_L最终减小到零。然后，二极管电桥122中的第二二极管130和第三二极管132可成为反向被加偏压(bias)，这导致负载电流I_L被引导通过脉冲电路142，其中，负载电流L_I现在与以脉冲电感L_脉冲和脉冲电容器146的电容C_{脉 冲}为特征的串联谐振电路交互。

现在转到图10，该图是减小负载电流I_L的过程的示意图。在MEMS开关102的触头(例如梁110和触头112)分开的一刹那，就实现了无穷大的电阻。此外，二极管电桥122不再保持跨越MEMS开关102的触头110，112的几乎为零的电压。而且，负载电路电流I_L现在等于通过第一二极管128和第四二极管134的电流。如之前注意到的，现在不存在通过第二二极管130和第三二极管132的电流。

另外，从MEMS开关102的触头112到梁110的电压差现在可以由净谐振电路(net resonant circuit)确定的速率上升到为电压V_L的大约两倍的最大值，净谐振电路包括脉冲电感L_脉冲、脉冲电容器146的电容C_脉冲、负载电感L_L及负载电阻R_L引起的阻尼。此外，现在等于负载电路电流I_L的脉冲电流I_脉冲可以谐振的方式减小到零值，并且由于二极管电桥122和脉冲电路二极管168的反向阻断作用的原因而保持零值。跨越脉冲电容器146的电压此时已经以谐振的方式反向到负的峰值，负的峰值将保持，直到脉冲电容器重新充好电为止。

二极管电桥122可构造成保持跨越MEMS开关102的触头110，112几乎为零的电压，直到触头分开以断开MEMS开关为止，从而防止由于抑制趋向于在断开期间在MEMS开关的触头之间形成的任何电弧而造成的损害。另外，MEMS开关102的触头110，112以通过MEMS开关的大幅度减小的电流接近断开状态。而且，负载电感L_L中的任何存储的能量(包括负载电路104和功率源108中的电感)可传递到脉冲电容器146，并且可通过电压耗散线路(未显示)被吸收。电压缓冲电路136可构造成限制由于保留在电桥122和MEMS开关102之间的接口中的电感能量的原因所造成在快速的触头分开的期间的电压超调。此外，可通过使用缓冲电路136来控制在断开期间跨越MEMS开关102的触头110，112的再施加电压的增长率。

如上所述，开关模块的实施例可单独采用机电开关，或者可将机电开关用作开关阵列的一部分。例如，参照图11，在一个实施例中，开关模块200可包括布置成阵列且在平衡二极管电桥222的中点238，240之间串联连接的多个机电开关202a，202b。然后，脉冲电路242可连接跨越平衡二极管电桥222，如上所述。端子203可用来将开关模块200连接到例如负载电路(未显示)上。参照图12，在另一个实施例中，开关模块300可包括布置成阵列且在平衡二极管电桥322的中点338，340之间并联连接的多个机电开关302a，302b。再次，脉冲电路342可连接跨越平衡二极管电桥322，而且端子303可用来将开关模块300连接到负载电路(未显示)上。参照图13，在又一个实施例中，开关模块400可包括布置成阵列且在平衡二极管电桥422的中点438，440之间串联和并联连接的多个机电开关402a，402b，402c，402d。再次，脉冲电路442可连接跨越平衡二极管电桥422，而且端子403可用来将开关模块400连接到负载电路(未显示)上。

再次参照图1，整流电路142可与总电感L_COM相关联。总的整流电路电感L_COM可包括例如分别与MEMS开关102和平衡二极管电桥122之间的连接件162，164相关联的电感L₁和L₂、脉冲电路电感L_脉冲、以及与平衡二极管电桥122相关联的电感L_B。MEMS开关102和平衡二极管电桥122可设置成使得与整流电路142相关联的总电感L_COM小于或等于开关断开的特性时间T_C和最小特性开关电阻R_SMIN(即与处于完全闭合构造的开关相关联的开关电阻)的乘积。如下面论述的那样，以这种方式构造开关模块100可帮助避免跨越开关102的电压浪涌。

为了保持总电感L_COM小于或等于乘积R_SMIN·T_C，可增大最小特性开关电阻R_SMIN和/或开关102在其中断开的特性时间T_C。但是，增大最小特性开关电阻R_SMIN可导致开关模块100中的提高的能量损耗。增大开关102在其中断开的特性时间T_C可在断开之前引起更多的电流穿过开关，这在开关模块意图在故障电流达到足以对负载造成损害的电平之前使故障电流转向的情况下可为不可接受的。因而，在一些实施例中，开关102可构造成在特性时间T_C上在断开构造和完全闭合构造之间运动，特性时间T_C小于或等于约15微秒。对于允许控制开关102的断开时间的应用，可期望的是，在一些实施例中控制开关的断开，以便在电流换向到电桥122中的期间，在正好低于可容忍的电压水平(即L_COM＝R_SMIN·T_C)的电压水平下产生恒定电压。注意，较高的电压可对开关102造成损害，而较低的电压可不必要地需要更多时间。

考虑到上述限制，可期望的是，通过在物理上设置整流电路的构件(例如二极管电桥122、连接件162，164及脉冲电路142)来将与整流电路142相关联的电感L_COM保持在小于或等于乘积R_SMIN·T_C的水平处，以便限制封闭在整流电路内的面积。例如，可封装MEMS开关102和平衡二极管电桥122，以便将它们紧密地隔开，以有利于最大程度地减小由平衡二极管电桥和尤其是连接到MEMS开关上的连接件162，164导致的寄生电感。在一个实施例中，MEMS开关102可与平衡二极管电桥122结合在例如单个外壳或同一模具中。这样，在MEMS开关102和平衡二极管122之间的固有电感就可产生比当在切断开关事件期间将负载电流传递到二极管电桥时跨越MEMS开关的触头110，112的电压的几个百分比更小的di/dt电压。

参看图14，该图显示了根据另一个实例实施列构造的开关模块500。开关模块500可包括第一机电开关结构502a、第二机电开关结构502b，以及第三机电开关结构502c、第四机电开关结构502d、第五机电开关结构502e及第六机电开关结构502f，它们中的各个可包括一个开关、或者串联、并联或以这两种方式连接在一起的开关阵列。各个机电开关结构502a-f可构造成在相应的特性时间上在断开构造和完全闭合构造(后者与相应的最小特性开关电阻相关联)之间运动。

机电开关结构502a-f可构造成彼此并联地(例如见图14中的开关结构502a和502d)、彼此串联地(例如见图14中的开关结构502a和502b)或者以这两种方式连接到负载电路504上。例如，机电开关结构502a-f可与端子503相关联，端子503允许负载电路504跨越开关结构被连接。负载电路504可例如包括电负载506和功率源508。

各个机电开关结构502a-f可与相应的整流电路502a-f并联连接。各个整流电路502a-f可包括构造成抑制机电开关结构502a-f中相应的一个的触头之间的电弧形成的平衡二极管电桥522a-f。各个整流电路502a-f还可包括构造成结合切换事件来产生脉冲信号的相应的脉冲电路542a-f，以促使脉冲电流流过相关联的平衡二极管电桥522a-f。各个机电开关结构502a-f和相关联的平衡二极管电桥522a-f可相对于彼此相应地设置成使得对于机电开关结构502a-f和相关的整流电路520a-f的各个组合(例如开关502a和整流电路520a是一个相关组合，开关502b和整流电路520b是另一个相关组合等)，与整流电路相关联的总电感小于或等于与相关开关相关联的特性时间和相关开关的最小特性电阻的乘积。在一些实施例中，电压分级网络(voltage gradingnetwork)(未显示)也可包括在开关模块500中。

各个开关/电桥/脉冲电路组合可独立于彼此来操作，其中，根据相应地受保护的开关的可接受的电压和电流电平来对各个脉冲电路进行大小设置。通过将二极管电桥522a-f(和相关联的二极管)放置得在物理上尽可能靠近开关502a-f，可减小整流回路的杂散电感。另外，通过为各个机电开关502a-f(或者在机电开关结构包括开关阵列的情况下为机电开关组)提供专用整流电路520a-f，可保护各个开关/开关阵列免受潜在地损害性电压浪涌的影响。如果开关/开关阵列及其相关联的整流电路的各个组合被认为是离散的模块元件，则可通过将模块元件组装成变化的构造来建造开关模块500，其中，各个元件构造成以便遵守整流电路的电感小于或等于开关的最小开关电阻和特性断开时间的乘积的设计准则。

开关模块500包括多个整流电路520a-f。在一些实施例中，可期望的是，例如通过合并一些整流电流来降低开关模块的整体复杂性。具体而言，参照图15，该图显示了根据另一个实例实施例构造的开关模块600。开关模块600可包括构造成彼此并联地(例如见图15中的开关结构602a和602d)和彼此串联地(例如见图15中的开关结构602a和602b)通过端子603来连接到负载电路(未显示)上的多个机电开关602a-f。

各个机电开关结构602a-f可与相应的平衡二极管电桥622a-f并联连接。另外，对于构造成并联连接到外部负载电路上的开关(例如图15中的开关结构602a和602d、开关结构602b和602e，以及开关结构602c和602f)，相应的脉冲电路642a-c可构造成结合切换事件来产生脉冲信号，以促使脉冲电流流过用于相关联的开关602a-f的适当的平衡二极管电桥622a-f。

各个机电开关结构602a-f和相关联的平衡二极管电桥622a-f可相对于彼此相应地设置成使得对于机电开关结构602a-f和相关的平衡二极管电桥622a-f及脉冲电路642a-c的各个组合(例如开关602a、平衡二极管电桥622a及脉冲电路642a是一个相关组合；开关602b、平衡二极管电桥622b及脉冲电路642b是另一个相关组合；开关602d、平衡二极管电桥622d及脉冲电路642a是又一个相关组合等)，与脉冲电路/平衡二极管电桥相关联的总电感小于或等于用于相关开关的特性时间和最小特性电阻的乘积。

再次，在一些实施例中，可期望的是，连接各个二极管电桥622a-f以便设置成在物理上尽可能靠近相应地相关联的开关602a-f，以便最大程度地减小所引起的杂散电感。另外，单个脉冲电路642a-c的操作对连接到其上的所有二极管电桥施加电流脉冲(例如在图15中描绘的实施例中，来自脉冲电路642a的脉冲对二极管电桥622a和622d供应电流)。总脉冲电流大致均匀地分布在连接到其上的所有二极管电桥之中，而且可根据待由相关联的开关传导的负载电流来对各个二极管电桥的电流容量进行大小设置。各个二极管电桥622a-f和各个脉冲电路642a-c的电压额定值可由单个开关的电压额定值确定。

参照图1，总体上，平衡二极管电桥122可在切换事件期间对相关联的MEMS开关102提供切换保护。通过将开关102和平衡二极管电桥122构造成使得与整流电路142相关联的总电感小于或等于用于开关的特性时间和最小特性电阻的乘积，在一些实施例中，可减轻由于杂散电感的原因而在开关断开时造成的损害性电压浪涌。例如，参照图16，该图显示了与图1的开关模块100相关联的可应用的等效电路700，该等效电路表示在受到整流电路142(图1)保护时在开关102(图1)断开期间的开关模块的操作。

参照图1和16，I_L(t)表示负载(或故障)电流。在负载电流脉冲期间，I_L(t)完全由外部电路确定。I_B(t)和I_S(t)是流过二极管电桥122和开关102的负载电流的一部分。当传递过程开始时，所有电流均可流过开关102。开关102的电阻R_S(t)可随时间而变化，当开关成完全闭合构造时，电阻R_S(t)最初在最小值R_SMIN处，而当开关断开时，电阻R_S(t)上升到无穷大。L_COM是完成整流的电流所流过的整流电路142的电感，例如可通过分析整流电路142与短路(shorted)二极管128，130，132，134的封装和连接以及计算有效电感(如从连接件162，164的点看到的那样)来计算该电流。如从MEMS开关102看到的那样，R_D是二极管电桥122的等效电阻(在许多情况下，二极管电桥的等效电阻R_D是流过整流电路142和负载电路104的电流的非线性函数，但是可用线性电阻器来足够良好地逼近这个电阻)。

为了等效电流700而忽略了缓冲电路136。当开关102断开时，跨越开关的电压限于开关的熔化电压(大约0.5至1.0V)。因此，缓冲电路136必须引起不大于熔化电压的电压变化。这个因素将与缓冲电路相关联的容许电容限制于约20纳法拉，并且其中，开关断开时间为约8微秒，期望在开关102的切换事件期间流过缓冲电路136的电流小于总负载电流的0.2％。因此，缓冲电路136实际上对跨越开关102的瞬态电压没有影响，直到开关断开之后，而且在整流过程期间可忽略缓冲电路136。

图16中的电路的瞬态行为由与时间相关的一阶微分方程支配：

$L_D\·\frac{{\mathrm{dI}}_D\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=R_S\left(t\right)\·(I_L\left(t\right)-I_D\left(t\right))-R_D\·I_D\left(t\right)---\left(1\right)$

I_D(0)＝0

方程(1)可重写为：

$L_D\·\frac{{\mathrm{dI}}_D\left(t\right)}{\mathrm{dt}}+(R_D+R_S\left(t\right))\·I_D\left(t\right)=R_S\left(t\right)\·I_L\left(t\right)---\left(2\right)$

I_D(0)＝0

方程(2)具有闭合形式解，即使是对于由下式给出的阵列开关电阻和负载电流两者的任意时间函数：

$I_D\left(t\right)=\frac{1}{L_{\mathrm{COM}}}\·\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\left(e^{\frac{-1}{L_{\mathrm{COM}}}\·\underset{\mathrm{\τ}}{\overset{t}{\∫}}(R_D+R_S\left(\mathrm{\λ}\right))\mathrm{d\λ}}\right)\·R_S\left(\mathrm{\τ}\right)\·I_L\left(\mathrm{\τ}\right)\·\mathrm{d\τ}---\left(3\right)$

假设二极管电阻R_D太小以至于可忽略(R_D＝0)，则负载电流在切换事件(I_L(t)＝I_L)期间是大致恒定的，而且开关102的断开在特性时间T_C里均匀分布(spread)，从而使得开关电阻R_S(t)由下式给出：

$R_S\left(t\right)=\frac{R_{\mathrm{SMIN}}}{1-t/T_C},$ 0≤t≤T_C                                (4)

将(4)直接代入(3)中且进行简化，得出二极管电流I_D(t)的简明表达式：

$I_D\left(t\right)=I_L\·(1-{(1-t/T_C)}^{R_{\mathrm{SMIN}}\·T_C/L_{\mathrm{COM}}})---\left(5\right)$

从负载电流中减去方程(5)中的二极管电流I_D(t)得出开关电流I_S(t)：

$I_S\left(t\right)=I_L\·{(1-t/T_C)}^{R_{\mathrm{SMIN}}\·T_C/L_{\mathrm{COM}}}---\left(6\right)$

方程(6)可乘以由方程(4)给出的开关电阻R_S(t)的表达式，以确定跨越开关102的电压V_S(t)：

$V_S\left(t\right)=I_L\·R_{\mathrm{SMIN}}\·{(1-t/T_C)}^{R_{\mathrm{SMIN}}\·T_C/L_{\mathrm{COM}}-1}---\left(7\right)$

可从方程(7)中看到，跨越开关102的电压V_S(t)的行为取决于指数符号。如果指数是正的(L_COM＜R_SMIN·T_C)，则开关电压V_S(t)随时间衰减；如果指数为零(L_COM＝R_SMIN·T_C)，则电压V_S(t)是恒定的；并且如果指数是负的(L_COM＞R_SMIN·T_C)，则电压V_S(t)随时间上升(到奇异点(singularity))。物理上，T_C＝L_COM/R_SMIN的值标记两个不同情况之间的界限。对于较大的T_C值，电流比其由断开的开关102拒绝时更迅速地转向二极管电桥122，所以通过开关的电流随切换事件的过程而减小。但是，对于较小的T_C值，电流不能足够迅速地转向二极管电桥122，而且通过开关102的电流随时间而增大。

在一些实施例中，通过将开关102和平衡二极管电桥122设置成使得与所述整电路相关联的电感L_COM≤R_SMIN·T_C，可促使跨越开关102的电压V_S(t)保持恒定或者随与切换事件相关联的时间而衰减。这样，在一些实施例中，可减轻在开关102断开时的损害性电压浪涌。

虽然已经在本文中对本发明的仅某些特性进行了说明和描述，但是，本领域技术人员将想到许多修改和变化。因此，将理解到，所附权利要求意在覆盖落在本发明的真实精神内的所有这种修改和变化。

Claims (20)

1.一种用于切换电流的装置，包括：

机电开关结构，该机电开关结构构造成在特性时间上在断开构造和完全闭合构造之间运动，当处于所述完全闭合构造时，所述机电开关结构具有最小特性电阻；以及

整流电路，该整流电路与所述机电开关结构并联连接，并且包括

平衡二极管电桥，该平衡二极管电桥构造成抑制所述机电开关结构的触头之间的电弧形成；以及

脉冲电路，该脉冲电路包括构造成形成脉冲信号以用于促使脉冲电流流过所述平衡二极管电桥的脉冲电容器，结合所述机电开关结构的切换事件来产生所述脉冲信号，

其中，所述机电开关结构和所述平衡二极管电桥设置成使得与所述整流电路相关联的总电感小于或等于所述特性时间和所述最小特性电阻的乘积。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括构造成在第二特性时间上在断开构造和完全闭合构造之间运动的第二机电开关结构，当处于所述完全闭合构造时，所述第二机电开关结构具有第二最小特性电阻，其中，所述机电开关结构为第一机电开关结构，该第一机电开关结构构造成在第一特性时间上在断开构造和完全闭合构造之间运动，并且在处于所述完全闭合构造时具有第一最小特性电阻，并且其中，所述第一机电开关结构和所述第二机电开关结构构造成并联连接到负载电路上，并且其中，所述整流电路与所述第一机电开关结构和所述第二机电开关结构中的各个并联，并且其中，所述平衡二极管电桥是第一平衡二极管电桥，该第一平衡二极管电桥构造成抑制所述第一机电开关结构的触头之间的电弧形成，并且其中，所述整流电路还包括构造成抑制所述第二机电开关结构的触头之间的电弧形成的第二平衡二极管电桥，并且其中，所述脉冲电路包括脉冲电容器，所述脉冲电容器构造成形成脉冲信号以用于促使脉冲电流流过所述第一平衡二极管电桥和所述第二平衡二极管电桥中的各个，结合所述第一机电开关结构和所述第二机电开关结构的切换事件来产生所述脉冲信号，并且其中，所述第一机电开关结构和所述第二机电开关结构以及所述第一平衡二极管电桥和所述第二平衡二极管电桥设置成使得与所述脉冲电路和所述第一平衡二极管电桥相关联的总电感小于或等于所述第一特性时间和所述第一最小特性电阻的乘积，以及与所述脉冲电路和所述第二平衡二极管电桥相关联的总电感小于或等于所述第二特性时间和所述第二最小特性电阻的乘积。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机电开关结构包括微机电开关。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机电开关结构包括一个或多个触头以及一个或多个可动元件，当所述机电开关结构设置成处于所述完全闭合构造时，所述一个或多个可动元件中的各个与所述一个或多个触头中的至少一个最大程度地接触，并且当所述机电开关结构设置成处于所述断开构造时，所述一个或多个可动元件中的各个与所述一个或多个触头分开。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机电开关结构包括可动元件、触头及电极，所述电极构造成选择性地接收电荷，以便与所述可动元件建立电位差，并且因此在所述特性时间上在最大接触位置和非接触位置之间推动所述可动元件，在所述最大接触位置上，所述可动元件与所述触头进行最大程度的接触，在所述非接触位置上，所述可动元件与所述触头分开。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机电开关结构构造成在小于或等于15微秒的特性时间上在断开构造和完全闭合构造之间运动。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机电开关结构包括机电开关阵列，当处于完全闭合构造时，所述机电开关阵列具有最小特性有效阵列电阻。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述机电开关阵列包括并联连接的至少两个机电开关。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述机电开关阵列包括串联连接的至少两个机电开关。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述机电开关阵列包括并联连接的至少两个机电开关和串联连接的至少两个机电开关。

11.一种用于切换电流的装置，包括：

构造成在第一特性时间上在完全断开构造和完全闭合构造之间运动的第一机电开关结构，当处于所述完全闭合构造时，所述第一机电开关结构具有第一最小特性电阻；

构造成在第二特性时间上在完全断开构造和完全闭合构造之间运动的第二机电开关结构，当处于所述完全闭合构造时，所述第二机电开关结构具有第二最小特性电阻，所述第二机电开关结构构造成与所述第一机电结构并联或串联连接到负载电路上；以及

第一整流电路，其与所述第一机电开关结构并联连接且包括

第一平衡二极管电桥，其构造成抑制所述第一机电开关结构的触头之间的电弧形成；以及

第一脉冲电路，其包括第一脉冲电容器，所述第一脉冲电容器构造成形成第一脉冲信号以用于促使第一脉冲电流流过所述第一平衡二极管电桥，结合所述第一机电开关结构的切换事件来产生所述第一脉冲信号；以及

第二整流电路，其与所述第二机电开关结构并联连接且包括

第二平衡二极管电桥，其构造成抑制所述第二机电开关结构的触头之间的电弧形成；以及

第二脉冲电路，其包括第二脉冲电容器，所述第二脉冲电容器构造成形成第二脉冲信号以用于促使第二脉冲电流流过所述第二平衡二极管电桥，结合所述第二机电开关结构的切换事件来产生所述第二脉冲信号，

其中，所述第一机电开关结构和所述第一平衡二极管电桥设置成使得与所述第一整流电路相关联的总电感小于或等于所述第一特性时间和所述第一最小特性电阻的乘积，以及

其中，所述第二机电开关结构和所述第二平衡二极管电桥设置成使得与所述第二整流电路相关联的总电感小于或等于所述第二特性时间和所述第二最小特性电阻的乘积。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一机电开关结构和第二机电开关结构各包括微机电开关。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一机电开关结构包括一个或多个触头以及一个或多个可动元件，当所述第一机电开关结构设置成处于所述完全闭合构造时，所述一个或多个可动元件中的各个与所述一个或多个触头中的至少一个最大程度地接触，并且当所述第一机电开关结构设置成处于所述断开构造时，所述一个或多个可动元件中的各个与所述一个或多个触头分开。

14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一机电开关结构和第二机电开关结构各包括可动元件、触头及电极，所述电极构造成选择性地接收电荷，以便与所述可动元件建立电位差，并且因此在所述特性时间上在最大接触位置和非接触位置之间推动所述可动元件，在所述最大接触位置上，所述可动元件与所述触头进行最大程度的接触，在所述非接触位置上，所述可动元件与所述触头分开。

15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一机电开关结构和第二机电开关结构各构造成在小于或等于15微秒的特性时间上在断开构造和完全闭合构造之间运动。

16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一机电开关结构和第二机电开关结构各包括机电开关阵列，当处于所述完全闭合构造时，所述机电开关阵列具有最小特性有效阵列电阻。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述机电开关阵列包括并联连接的至少两个机电开关。

18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述机电开关阵列包括串联连接的至少两个机电开关。

19.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述机电开关阵列包括并联连接的至少两个机电开关和串联连接的至少两个机电开关。

20.一种用于切换电流的方法，包括：

提供用于切换电流的装置，其包括

机电开关结构，其构造成在断开构造和完全闭合构造之间运动，在处于所述完全闭合构造时，所述机电开关结构具有最小特性电阻，以及

整流电路，其与所述机电开关结构并联连接且包括

平衡二极管电桥，其构造成抑制所述机电开关结构的触头之间的电弧形成，以及

包括脉冲电容器的脉冲电路，所述脉冲电容器构造成形成脉冲信号以用于促使脉冲电流流过所述平衡二极管电桥，结合所述机电开关结构的切换事件来产生脉冲信号；

施加静电力来使所述机电开关结构运动到所述完全闭合构造中；以及

改变所述静电力，以便使机电开关结构在特性时间上从所述完全闭合构造运动到所述断开构造，其中，所述特性时间大于与所述整流电路相关联的总电感除以所述最小特性电阻。

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