KR20080080944A - 전기기계적 스위치를 구동하기 위한 공급전원을 구비한회로 시스템 - Google Patents

전기기계적 스위치를 구동하기 위한 공급전원을 구비한회로 시스템 Download PDF

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KR20080080944A
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카나카사바파시 수브라마니안
니콜 크리스틴 리브스 헷지스
존 노튼 파크
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명은 부하(16)의 동작을 제어하는 회로(10)에 관한 것이다. 일 실시예에서, MEMS 스위치(20)가 회로(10)에 위치하여 부하(16)를 전도 상태 또는 비전도 상태 중 하나로 만든다. 압전 변압기(46)는 상대적 고전압의 출력 신호 또는 상대적 저전압의 출력 신호를 제공하여, 부하를 전도 상태로 하는 닫힌 상태와, 열린 상태 사이에서 스위치(20)의 움직임을 제어한다. 고전압 출력 신호는 변압기(46)의 공진 주파수 범위에 있는 주파수 성분을 포함한다. 제어 회로(65)는 압전 변압기(46)에 입력 전압 신호를 제공하여, 압전 변압기(46)의 출력 터미널에 고전압 출력 신호 또는 저전압 출력 신호를 제공한다.

Description

전기기계적 스위치를 구동하기 위한 공급전원을 구비한 회로 시스템{CIRCUIT SYSTEM WITH SUPPLY VOLTAGE FOR DRIVING AN ELECTROMECHANICAL SWITCH}
본 발명은 일반적으로 전압 변환에 관한 것이며, 더 구체적으로는, 전류 부하와 전류 흐름을 제어하는 스위치를 통합한 회로 및 시스템에 관한 것이다.
전기기계적 스위치는 전형적으로 스위치 된 DC 전압원(switched DC voltage supply) 또는 스위치 된 AC 전원(switched AC voltage supply)을 사용하여 전도 또는 비전도 상태로 전환된다. 많은 분야에서 마이크로전기기계(MEMS) 스위치로 달성가능한 매우 빠른 스위칭 특성을 요구한다. 그러한 스위치는 별개의 전압 및 전류 특성을 가지고, 3 내지 20 마이크로 초(microsecond) 정도의 스위칭 속도를 달성할 수 있다. 스위칭 부품의 크기가 계속 작아짐에 따라, 받아들일 수 있는 성능과 패키지 크기를 제공할 수 있는 구동 회로의 특성이 더욱 요구되고 있다.
권선 전자기 변압기는, 예컨대 텔레비전과 형광등과 같은 다양한 전력 회로 분야에서 전압 변환을 위하여 통상 사용된다. 전자기 변압기에서 에너지는 제 1차 및 제 2차 권선 사이의 마그네틱 커플링에 의하여 전달된다. 이로 인해 회로는 EMI(electromagnetic interference, 전자파장해)에 민감하게 되며, 종종 더 큰 전기적 절연이 요구된다. 전자기 변압기는 높은 변환 효율을 얻기 위하여 자기 코어에 도선이 여러 번 감겨야 한다. 부품을 소형화하는 전력전자공학의 경향에 있어서, 권선 과정으로 인해 보통 무겁고 부피가 큰 소자가 되어 버린다. 예컨대 반도체 기판 또는 PCB 기판에서의 평면 변압기를 제조하는 것은, 훨씬 작지만, 여전히 복잡하고, 비싸고, 면적 밀도가 높으며, 얻을 수 있는 동작 전력의 범위를 제한한다.
현재 및 미래의 MEMS 스위치 설계의 잠재적 이득을 완전히 실현하기 위하여, 원하는 속도에서 안정적으로 동작하고, 더 효율적인 회로에 의하여 전력이 공급되며, 현존하는 마이크로 전자회로 기술을 사용하여 상대적으로 작은 부피로 제조할 수 있는 스위칭 시스템을 개발하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다양한 실시 형태에 따라, 부하의 동작을 제어하기 위하여 회로가 제공된다. MEMS 스위치가 회로에 위치하여 부하를 전도 상태 또는 비전도 상태 중 하나로 만들고, 압전 변압기는 상대적 고전압 출력 신호 또는 상대적 저전압 출력 신호를 제공하여 부하를 전도 상태에 놓음으로써 얻어지는 닫힌 상태와, 열린 상태 사이에서 스위치의 움직임을 제어하며, 고전압 신호는 변압기의 공진 주파수 범위의 주파수 성분을 포함한다. 제어 회로는 압전 변압기에 입력 전압 신호를 제공하여, 압전 변압기의 출력 터미널에서 고전압 출력 신호 또는 저전압의 출력 신호를 제공한다. 고전압 출력 신호의 피크 값(peak value)과 입력 전압 신호의 피크 값의 비(ratio)는 5 내지 10 범위에 존재할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, MEMS 스위치에 구동 전압을 공급하기 위한 회로는 게이트 전극에 결합된 변압기의 출력 터미널에 특성 공진 주파수를 갖는 압전 변압기를 포함한다. 구동 회로는 변압기에 전류를 통하게 하기 위하여, 특성 공진 주파수와 다른 주파수 성분을 갖고, 제 1 피크 전압을 갖는 제 1 상대적 저전압 신호에 결합되고, 변압기는 제 1 신호에 대응하여, 피크 공진 주파수와 다른 주파수 성분을 갖고, 제 1 피크 전압보다 큰 제 2 피크 전압을 갖는 제 2 신호를 제공한다. 회로는, 제 2 신호를 MEMS 스위치의 상태를 변화시킬 수 있는 정류된 신호로 변환하기 위하여, 변압기 출력 터미널과 게이트 전극 사이에서 결합된 정류 회로를 포함할 수 있다.
여전히 다른 실시 형태에 따르면, 시스템은 공급 전압을 갖는 회로, 부하, 그리고 스위치를 전도 모드(mode)로 만드는 첫 번째 위치로 이동가능하고, 스위치를 비전도 모드로 만드는 두 번째 위치로 이동가능한 구성요소를 갖는 전기기계적 스위치를 포함한다. 스위치는 또한 구성요소를 첫 번째 위치에 또는 두 번째 위치 에 위치시키기 위하여 정전기력을 선택적으로 인가 또는 제거하기 위한 제어 터미널을 포함한다. 압전 변압기의 고전압 터미널은 제어 터미널에 연결되고, 변압기의 두 번째 터미널은 입력 신호를 수신하기 위해 연결되어, 첫 번째 크기의 신호를 두 번째 터미널에 인가하는 경우, 고전압 터미널은 구성요소를 어느 한 위치에서 다른 위치로 옮기는 정전기장을 생성하기에 충분한 전압의 고전압 신호를 제어 터미널에 제공한다.
부하의 작동을 제어하기 위한 방법의 실시 형태에서, 부하를 전도 또는 비전도 상태 중 하나로 만들기 위해 위치한 MEMS 스위치와, 피크 공진 주파수에 대한 공진 주파수 범위를 갖는 압전 변압기를 포함하는 회로가 형성된다. 상대적 고전압 출력 신호 또는 상대적 저전압 출력 신호는, 압전 변압기의 출력 터미널에 제공되어, 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 스위치의 움직임을 제어하며, 고전압 출력 신호는 변압기의 공진 주파수 범위 내의 주파수 성분을 포함한다. 압전 변압기의 입력 터미널은 제어 신호에 따라 구동되어, 고전압 출력 신호 또는 저전압 출력 신호를 압전 변압기의 출력 터미널에 선택적으로 제공할 수 있다.
MEMS 스위치를 전도 및 비전도 상태 사이에서 구동하기 위하여 결합될 수 있는 압전 변압기의 출력 전압의 상승 및 하강시간(rise and fall time)을 최적화하는 방법의 실시 형태에 따르면, 변압기는 변압기의 공진 주파수와 오프셋(offset)인 주파수를 갖는 입력 신호가 공급되어, 고전압 출력 신호를 생성한다. 출력 신호는 정류되며, 정류된 신호는 MEMS 스위치를 전도 및 비전도 상태 중 하나로부터 다른 상태로 구동하기 위하여 인가된다. 어떠한 실시 형태에서는 입력 신호의 피크 값에 응답하여 생성된 출력 신호의 피크 값이 입력 신호의 피크 값보다 더 크다.
본 발명은 MEMS 게이트 구동기에 입력 및 출력 터미널 사이의 매우 높은 전압 절연, 고주파 동작, 낮은 EMI 발생, 그리고 높은 출력 전압 대 입력 전압 비를 제공한다.
최근, 마이크로전기기계 시스템(MEMS)은 일반적으로, 예컨대 기계적 구성요소, 전기기계적 구성요소, 센서, 액추에이터, 그리고 전자부품과 같은 다수의 다양한 구성요소를 마이크로-제조 기술을 통하여 공통의 기판에서 통합할 수 있는 마이크론-스케일 구조를 가리킨다. MEMS 분야에 사용되는 스위치 기술은 전력 전계 효과 트랜지스터(FETs)와 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBTs)와 같은 반도체 소자를 포함하나, 또한 그 자체로 전기기계적인 MEMS 스위치도 포함한다. MEMS 스위치의 일 예는 정전기적으로 액추에이트 된 빔(electrostatically actuated beam)을 제어하는 게이트 전극을 포함한다. 빔은 두 위치 사이에서 이동 가능하여, 스위치가 전도 또는 비전도 상태 중 한 쪽으로 되게 한다.
이러한 MEMS 스위치는, 게이트 구동을 액추에이트하기 위하여 예컨대 18V 미만의 낮은 전압을 전형적으로 요구하는 반도체 스위치와는 실질적으로 다른 요구사항을 가진다. 본 MEMS 스위치는, 다른 한편으로, ON 및 OFF 상태 사이에서 스위치 를 구동할 때 요구되는 스위칭 특성을 달성하기 위하여 상대적으로 높은 전압(50 내지 100V)을 요구한다. MEMS 스위치의 게이트 전극도 마찬가지로, 예컨대 3 내지 30pF으로 상대적으로 작은 전극간 커패시턴스 때문에 매우 낮은 액추에이팅 전류라는 특징을 가진다.
도면에 기술된 실시 형태의 특징은, 압전 효과를 이용하여 교류 전압 변환을 제공하는 압전 변압기(이하에서는 PZT라 한다)의 마이크로전기기계 시스템으로의 통합이다. PZT는 결합되어 저전압 신호를 수신하고 MEMS 스위치의 작동에 적합한 고전압 게이트 구동 펄스를 생성할 수 있다. 실시예는 단순한 부하를 통과하는 전류를 제어하기 위한 MEMS 스위치의 작동과, 모터 스타트-업(start-up) 회로에 사용될 수 있는 것과 같은 아크-리스(arc-less) 스위칭을 구현하는 전용 회로를 포함한다. 그러나, 여기서 제시된 개념은 광범위한 추가적 스위칭 분야에도 적용가능하다. 나아가, 현재 MEMS 소자에서 사용가능한 많은 기법과 구조가 수 년 내에, 예컨대 100 나노미터보다 작은 크기의 구조물인 나노테크놀로지-기반 소자를 통하여 사용가능해질 것이라는 점에 유의하여야 한다. 비록 본 명세서를 통하여 기술된 실시예가 마이크론-스케일 MEMS-기반 소자를 언급하고 있지만, 본 발명은 이것들은 물론 다른 개선도 고려하고 있으며 마이크론-크기의 소자에 제한됨이 없이 넓게 해석되어야 할 것이라는 점이 이해되어야 한다. 따라서, 여기서 사용된 마이크로전기기계 시스템(MEMS)이라는 용어는 마이크론-스케일 구조에 제한되지 않으며, 오히려, 마이크론-스케일보다 더 작은 구조를 통합한 시스템도 가리킨다. MEMS 스위치라는 용어는 마이크론 스케일 또는 그보다 작은 구조를 갖는 모든 전기기계적 스위치를 고려하고 있으며, 특정 MEMS 스위치 디자인 또는 특정 제품에 대한 참조는 단지 예시적일 뿐이다.
비록 PZT의 특정 실시예가 기술되었지만, 매우 다양한 PZT 디자인 중 다수는 본 발명의 실시에 사용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 예를 들어, 실시예로서, 세라믹-기반 로젠-타입(Rosen-Type) PZT가 도시되어 있으나, 다른 타입의 PZT의 사용이 고려될 수 있고, PZT 작동에 적합한 다른 재료의 사용도 고려될 수 있다. 구성요소의 특성과 시스템 또는 회로의 동작을 기술함에 있어, 상승시간과 하강시간이라는 용어는, 제어 파라미터 파형에 사용된 경우와 같이, 관용적으로 피크 값의 10퍼센트와 90퍼센트 사이에서 변하는데 경과되는 시간이라는 의미로 사용된다. 또한, 여기서 사용된 바와 같이, 공진 주파수 대역은 PZT가 유용한 기계적 응답을 나타내는 주파수 범위로 이해되며, 공진 주파수는 기계적 또는 전기적 응답의 최대값을 나타내는 특정 주파수로 이해된다.
MEMS 스위치의 게이트 전극을 구동하기 위해 PZT를 적용하는 것은 다른 가능한 게이트 구동과는 구별된다. IGBT와 FET 분야에서 요구되는 저전압 게이트 구동(18V 미만)과는 달리, MEMS 스위치는 마이크로-기계적 스위치 접촉의 빠르고 신뢰성 있는 닫힘에 적합한 상대적으로 고전압원(50 내지 100V)이 요구된다. 개별 MEMS 게이트는, 전형적으로 3 내지 30pF이고, 일반적으로 100pF 미만인 상대적으로 낮은 단위의 커패시턴스를 나타낼 수 있으므로, 동작에는 게이트 구조를 충전하기 위하여 예컨대 마이크로암페어 또는 그 미만의 매우 작고, 순간적인 전류 펄스를 요구한다. 따라서 수 메가옴(megaohm) 수준의 게이트-소스간(gate-to-source) 임피 던스를 공급하는 데 일반적으로 평균 전력의 단지 수 밀리와트만이 요구된다.
MEMS 스위칭 시스템에서 그러한 고전압(50 내지 100V), 빠른 반응의 게이트 구동 신호는, PZT의 출력을 빠른 전파 다이오드 브리지 정류기(full wave diode bridge rectifier)와 결합함으로써 구현될 수 있다. 게다가, 필요한 정도까지는, 가변 주파수 제어를 통해 공진 모드 특성에 기반하여 전압 제한 기능을 구현할 수 있다. 낮은 입력 스위칭 신호를 높은 게이트 전압으로 변환하기 위하여 적절하게 설계된 PZT를 이용하는 MEMS 스위칭 시스템은, 고전압 축에 부가적인 타이밍 회로 없이도 고전압 출력을 빠르게 턴-온(turn-on)과 턴-오프(turn-off)하는 펄스 모드(pulsed mode)에서 동작될 수 있다. PZT의 출력 전압 신호를 정류하면 고전압 논리 회로가 없이도 고전압 펄스 신호를 제공할 수 있다. 전술한 발명은 매우 빠른 상승 및 하강시간을 갖는 정류된 고전압 직류 출력을 생성할 수 있다. 상승 및 하강시간은, MEMS 스위치의 매우 빠른 고전압 턴-온 및 턴-오프 시간을 달성하며, 용이하게 3 내지 30 마이크로 초 단위가 될 수 있다. PZT의 입력 신호는 소자의 기계적 공진 주파수 범위 내의 고정된 주파수가 될 수 있고, 저전압 입력 신호를 효과적으로 제어하는 로직은 고전압 PZT 출력을 제어한다. 다시 말해, 고전압 게이트 신호(예컨대, 90V)가 저전압 로직에 의해 빠르게 ON으로 스위칭 되거나, 빠르게 OFF로 스위칭 될 수 있다는 것이다. 빠른 턴-온 및 턴-오프 응답 시간을 갖는 고출력 전압 신호(예컨대 90V)는 MEMS 스위치를 원하는 즉시 전도 상태 또는 비전도 상태로 만들 수 있다. 따라서, 변압기의 저전압 쪽의 로직에 의하여 완벽하게 제어되는 스위칭으로, PZT의 고전압 출력 터미널에 의하여 제공되는 것과 같은, MEMS 스 위치의 게이트 입력을 제어하기 위한 복잡하고 독립된 고전압 논리회로는 필요가 없다. 입력 신호 주파수는, 5 내지 10 퍼센트 정도, 또는 그 미만의 오차가 있기는 하지만, PZT의 특정 공진 주파수 또는 이로부터 30 내지 40퍼센트 정도 오프셋(offset) 될 수 있다. 특정 공진 주파수 미만의 주파수에서 동작할 때 PZT의 입력이 용량성(capacitive)이 되므로, 유도성(inductive)인 구성요소는 스위칭 성능을 최적화하기 위하여 PZT 구동 회로와 PZT 입력 터미널 중 하나의 사이에서 직렬로 위치할 수 있다.
도 1을 참조하면, 예시적인 램프 부하(16)와 전류 제한 부하 저항(18)과 직렬로 연결된 전원(14)을 가진 회로(10)가 도시되어 있다. 스위치(20)가 위치하여 회로를 통과하는 전류 ILOAD의 흐름을 제어한다. 이 실시예에서, 전원(14)은 교류 전압원이다. 본 실시예에서 램프 부하(16)는 서로 역-병렬(anti-parallel) 관계, 즉 반대 방향으로 전류가 흐르도록 방향 지어진 관계로 배열된 발광다이오드 쌍(24, 26)을 포함한다. 스위치(20)는 마이크로-전기기계 시스템(MEMS) 3 터미널 스위치이며, 개략적으로 도시되어 있듯이, 소스 전극(38)과 드레인 전극(40) 사이에서 부하 전류를 선택적으로 통과시키기 위하여 제어 또는 게이트 전극(32)과 결합된 정전기적으로 액추에이트 된 빔(30)을 갖는 타입이 될 수 있다. 스위치는 전원(14) 및, 전원(14)과 결합된 소스 전극(38) 및 램프 부하(16)와 결합된 드레인 전극(40)을 갖는 램프 부하(16)에 직렬로 연결되어 위치한다.
MEMS 스위치(20)를 통과하는 전류 흐름은 게이트 전극(32)에 대한 전압 인가 및 게이트 전극(32)으로부터의 전압 제거를 통하여 제어가능하다. 예컨대 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBTs) 또는 전계 효과 트랜지스터(FETs)와 같은 반도체 스위치와는 달리, 스위치(20)를 포함하는 MEMS 스위치는, 일반적으로 저전류, 통상 40 내지 100볼트 사이 범위의 고전압 구동 신호를 요구한다. 구동 신호를 선택적 으로 인가하기 위해, 게이트 구동기 시스템(44)이 MEMS 스위치(20)의 게이트 전극(32)에 연결된다.
시스템(44)은 압전 변압기(PZT)(46)를 포함하는데, 그것은 입력 터미널 쌍 양단에서 약 30 내지 100 kHz의 주파수 범위의 저전압 입력 신호를 수신하고, 출력 터미널 쌍 양단에서 고전압 교류 출력 신호를 제공한다. 따라서 도시된 변압기(46)는, 저전압 신호 입력 전극(50)과, 이에 연관된 접지 입력 전극(52), 고전압 신호 출력 전극(54)과, 이에 연관된 접지 출력 전극(56)을 갖는, 4 터미널 소자이다. 본 실시예에서, 접지 전극(52, 56)은 서로 절연되어 있으나, 다른 실시 형태에서 변압기(46)는 입력 및 출력 터미널이 공통의 접지를 공유하는 3 터미널 소자로 대체될 수 있다. 일반적으로, 이러한 다른 실시 형태에서, PZT 출력 터미널(예컨대 54, 56) 양단의 전압은 PZT 출력 전압 VPO으로 표시된다. 변압기(46)로의 신호 입력을 위하여, 저전압 입력 구동 회로(60)는, 예컨대 0 내지 5볼트의 40 kHz 저전압 신호(62)를 수신한다. 도시된 신호(62)는 40 kHz 구형파(square wave) 생성기를 포함하는 스위칭 제어 회로(65)에 의하여, 변조된 구형파 펄스 열(pulse train)을 집합적으로 형성하는 on/off 구형파 펄스로 생성될 수 있다. 각각의 PZT on-펄스는 40 kHz 주파수에서 변조된다. 구동 회로(60)는, 예컨대 40 kHz 주파수에서 피크-투-피크(peak-to-peak) 15V 정도의 적절한 입력 신호를 PZT 입력 전극(50, 52)의 양단에 제공한다.
실시예로써, 변압기(46)는 1W 정격 출력(output rating)과 100 kHz의 공진 주파수를 갖는 로젠 타입이 될 수 있다. 그러한 소자는, 미국 버지니아주 노포크에 있는 페이스 일렉트로닉스 주식회사(Face Electronics, L.C. of Norfolk, Va. U.S.A)가 제조한 것과 같이, 동작 주파수에서 1A보다 크지만, 그 평균 전류는 펄스 열 지속시간 동안 암페어의 낮은 비율밖에 안 되는 매우 짧은 지속의 순간적 피크 입력 전류를 요구하는, 입력 터미널에서 커다란 커패시턴스(예컨대, 70 내지 80pF)를 보일 수 있다. 피크-투-피크 15V 정도의 입력 전압을 변압기(46)에 제공할 수 있는 적합한 구동 회로는, 미국 캘리포니아주 산호세에 있는 미크렐 주식회사(Micrel, Inc. of San Jose, Ca. USA)가 제조한 MIC4428이다. 그러한 입력 신호로, 변압기(46)는 동작 주파수에서 전극(54, 56) 양단의 피크 출력 신호를 피크-투-피크 90V 정도로 제공할 수 있다.
전극(54, 56) 양단의 출력 AC 전압은, 제 1 및 제 2 병렬 지로(branch)(64a, 64b)를 갖는 관용적인 전파(full-wave) 다이오드 브릿지(64)와 결합되어, 교류 펄스의 지속시간 동안 상대적으로 안정한 직류 게이트 펄스 신호(68)를 만드는 전파 정류 파형을 제공한다. 제 1 지로(64a)는 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 다이오드(80, 82)를 포함하고, 제 2 지로(64b)는 직렬로 연결된 제 3 및 제 4 다이오드(84, 86)를 포함한다. 다이오드(80, 82) 사이의 제 1 브릿지 입력 터미널(88)은 출력 터미널(54)과 연결되고, 다이오드(84, 86) 사이의 제 2 브릿지 입력 터미널(90)은 출력 터미널(56)과 연결된다. 다이오드(80, 84) 사이에 위치한 제 1 브릿지 출력 터미널(92)은 MEMS 스위치 게이트 전극(32)과 연결되고 다이오드(82, 86) 사이에 위치한 제 2 브릿지 출력 터미널(94)은 소스 전극(38)에 연결된다.
필터 스테이지(filter stage)는, 병렬 구성으로, 각각 스위치 터미널(32, 38) 양단에 위치하고, 정류된 게이트 펄스 신호(68)의 상승 및 하강시간을 조절하여 원하는 스위칭 상승 및 하강시간을 달성하도록 선택된 값을 갖는, 저항(70)과 커패시터(72)를 포함한다. 게이트 전극(32)과 소스 전극(38) 사이의 정류된 신호(68)는, MEMS 스위치(20)를 동작시키기 위하여, 스위칭 회로(65)의 타이밍 액션(timing action)에 의하여 선택적으로 인가되는 약 90V의 on-전압을 갖는다.
다른 실시 형태에 따르면, 시스템(44)과 같은 게이트 구동 시스템은 병렬로 배열된 둘 또는 그 이상의 MEMS 스위치의 스위칭을 제어하여 스위칭 동작의 부하 용량을 증가시킬 수 있다. 다른 구성에서도 역시, 다수의 MEMS 스위치(20)는, 모두 동일한 스위칭 회로(65)의 제어하에서, 모든 게이트가 병렬로 연결되어 있고, 게이트 구동 시스템(44)에 의하여 구동될 수 있는 병렬 구성으로 배열될 수 있다. 어떤 구성에서는 공통적으로 구동되지만 개별적인 구동기 시스템(44)을 사용하여 병렬 결합된 스위치의 각 게이트를 구동하는 것이 바람직할 수 있다.
이제 도 2를 보면, 예시적인 아크-리스 MEMS 기반 스위칭 시스템(100)이 다른 실시 형태에 따라 도시되어 있다. 시스템(100)은 부하 회로(140)에 위치한 하나 또는 그 이상의 MEMS 스위치(20)를 포함한다. 도면의 단순함을 위하여 오직 제 1 스위치(20)만이 도시되었다.
스위칭 시스템(100)은 MEMS 스위치의 제어하에서 동작가능한 부하 회로의 전류 또는 전압 수준을 감지한다. 만약 전류 또는 전압 수준이 임계값을 초과하면, 이상 신호(fault signal)가 생성되고 인가되어, 평형 다이오드 브릿지를 포함하는 펄스 회로(212)의 펄스 전류를 트리거(trigger)한다. MEMS 스위치가 열리기 전에 아크의 발생(arcing)을 줄이거나 제거하기 위하여 MEMS 스위치(20) 양단에 적절히 연결된 평형 다이오드 브릿지(182)의 동작에 의한 펄스 전류는, MEMS 스위치로부터의 전류를 변화시킬 수 있다.
펄스 회로(212)는 여기서 더욱 완전히 설명되듯이 MEMS 스위치(20)의 스위치 상태를 검출하기 위하여 위치한다. 로직 및 구동기 제어 회로(230)는, 스위치(20)의 드레인(40)에 결합된 전압 감지 회로(234)와, 회로(140)에 결합된 전류 감지 회로(236)를 포함한다. 감지 회로(234, 236)는, 예를 들면, 회로(230)가 펄스 회로(212)를 트리거하는 것에 대응하여, 회로(140)의 전압 또는 전류 수준이 언제 미리 정해진 임계값을 초과하는지를 검출할 수 있다. 도시된 실시 형태에서, MEMS 스위치의 게이트 전극(32)은 제어되어 소스 전극(38)과 드레인 전극(40) 사이에서 부하 전류 Iload를 선택적으로 통과시킨다. 게이트 전극(32)은 도 1을 참조하여 기술된 것과 같이 게이트 구동 시스템(44)에 의하여 구동된다. 본 실시예에서, 게이트 구동 시스템(44)은 로직 및 구동기 제어 회로(230)로부터 on-off 펄스로 된 구형파 신호(62)를 수신한다.
전압 진동제어(snuber) 회로(102)는, 도시된 것과 같이, MEMS 스위치(20)와 병렬로 결합되고, 빠른 접촉 분리 동안 재인가된 전압의 상승 속도(reapplied voltage rate-of-rise)를 제한하기 위하여 구성될 수 있다. 특정한 실시 형태에서, 진동제어 회로(102)는 진동제어 저항(도시 안됨)과 직렬로 결합된 진동제어 커패시터(도시 안됨)를 포함할 수 있다. 진동제어 회로는 상술한 바와 같이 재인가된 접촉 전압을 느리게 감소시킬 수 있다. 게다가, 진동제어 저항은 MEMS 스위치(20)가 닫혀 있는 동안 진동제어 커패시터에 의하여 생성된 전류의 모든 펄스를 억압할 수 있다. 특정한 다른 실시 형태에서, 전압 진동제어 회로(102)는 산화 금속 바리스터(metal oxide varistor, MOV)(도시 안됨)를 포함할 수 있다.
MEMS 스위치(20)와 직렬로 연결된 부하 회로(140)는, 전압원(144)(VBUS)과, 결합 부하 인덕턴스(combined load inductance)와 부하 회로(140)에서 바라본 버스 인덕턴스를 나타내는 부하 인덕턴스(146)(LLOAD)와, 부하 회로(140)에서 바라본 결합 부하 저항(combined load resistance)을 나타내는 부하 저항(148)(RLOAD)을 포함한다. 부하 회로 전류(ILOAD)는 제 1 MEMS 스위치(20)의 제어하에서 부하 회로(140)를 통과하여 흐를 수 있다.
스위치(20)를 보호하기 위한, 아크-리스 억압 회로(160)는, 노드(node)(184, 186) 양단에 결합된 제 1 및 제 2 지로(180, 182)로 구성된 평형 다이오드 브릿지(164)를 포함하는데, 각 지로는 펄스가 인가되었을 때 다이오드(190, 194) 양단에서 실질적으로 같은 전압 강하를 나타내어 노드(200, 202) 양단의 전압은 0에 가 까워진다. 브릿지(164)의 제 1 지로(180)는 서로 직렬로 결합된 제 1 다이오드(190)와 제 2 다이오드(192)를 포함한다. 브릿지(164)의 제 2 지로(182)는 역시 서로 직렬로 결합된 제 3 다이오드(194)와 제 4 다이오드(196)를 포함한다. 아크-리스 억압 회로(160)는 변경되거나 확장되어 다수의 MEMS 스위치의 접촉 사이에서 아크 형성을 억압할 수 있다.
MEMS 스위치(20)는 브릿지(164) 양단의 제 1 터미널의 쌍(200, 202) 양단에서 병렬 구성으로 배열된다. 제 1 터미널(200)의 하나가 제 1 및 제 2 다이오드(190, 192) 사이에 위치하고, 제 1 터미널(200)의 두 번째가 제 3 및 제 4 다이오드(194, 196) 사이에 위치한다. MEMS 스위치(20)가 꺼져 있는(turn-off) 동안 부하 전류를 다이오드 브릿지(164)에 전달할 때, MEMS 스위치(20)와 다이오드 브릿지(164) 사이의 인덕턴스는, 상대적으로 작은 di / dt 전압, 예컨대 순방향 전도에 있을 때 MEMS 스위치의 소스(38)와 드레인(40) 양단 전압의 2 내지 5 퍼센트 미만의 전압을 생성한다. MEMS 스위치(20)는, 평형 다이오드 브릿지(164)와 단일 패키지(206)로 통합되거나, 선택적으로, 상술한 이러한 구성요소 사이의 인덕턴스를 최소화하기 위하여 같은 다이(die)에 형성될 수 있다.
스위치 상태는, 회로의 이상 또는 스위치 ON/OFF 신호를 포함하지만 그에 제한되지는 않는, 다수의 동작에 대한 반응으로 일어날 수 있다. 펄스 회로(212)는, 직렬 배열에서, 펄스 스위치(214), 펄스 커패시터 CPULSE(216), 다이오드 브릿지(164), 펄스 인덕터 LPULSE(218), 다이오드(220)를 포함한다. 스위치(214)는, 나노 초 내지 마이크로 초 범위의 스위칭 속도를 갖도록 구성된 전계 효과 트랜지스터와 같은 솔리드 스테이트 소자가 될 수 있다. 다이오드 브릿지(164)는 펄스 회로(212)에 위치하여, 그것이 제어 회로(230)로부터의 과전류 또는 on/off 명령에 응답하여 펄스 될 때 스위치(30)의 드레인(40)과 소스(48) 양단에 거의 0에 가까운 전압 강하를 제공한다. 이미 기술하였듯이, 펄스 명령은 센서(236)에 의하여 감지된 과전류 상태에 응답하여 제어 회로(230)에 의하여 생성된다. 본 실시예에서, 펄스 스위치(214)는 로직 및 구동기 제어 회로(230)의 제어하에서 구동 회로(215)에 결합된 게이트 터미널을 갖는 3 터미널 소자임이 개략적으로 설명되었다. 참조 부호(224)는 스위치 천이(transition) 동안 펄스 회로(212)를 통과하여 흐를 수 있는 펄스 회로 전류 IPULSE를 나타낸다. 펄스 커패시터(216), 펄스 인덕터(218), 다이오드(220)는 센서(236)에 의하여 감지된 이상 전류(fault current)의 특성에 기반하여 펄스 전류 성형(shaping) 및 타이밍이 용이하도록 선택된다. 펄스 스위치(214)와, 그와 연관된 구동기(driver) 및 제어 회로는, 제어 회로(230)와 펄스 스위치 구동기(215) 사이의 인터페이스를 제공한다.
MEMS 스위치(20)는, 0에 가까운 드레인-소스간 전압에서 전류를 전달할 때, 닫힌 상태와 열린 상태 사이에서 빠르게(예컨대, 1 내지 30 마이크로 초 단위로) 스위칭 될 수 있다. 게이트 전극(32)은, 예컨대 40kHz의 대 신호 또는 소 신호 중 하나인 on-off 제어 신호(62)를 발생할 수 있는 회로(230)에 의하여 제어된다. 신호(62)는, 센서(236)에 의하여 부하 회로에서 검출된 과전류 또는 이상 전류에 대 응하여, 제어 회로(230)에 의하여 생성된다.
로직 및 구동기 제어 회로(230)와 전압 및 전류 감지 회로(234, 236)는, 예컨대 부하 회로(140)의 전압 또는 전류 수준이 미리 정해진 임계값을 초과할 때, 부하 이상을 검출한다. 부하 이상에 대응하여, 펄스 회로(212)는 MEMS 스위치를 닫힌 상태에서 열린 상태로 스위칭하는 것을 촉진한다. 회로(230)는 구동기 회로(215)를 통하여 펄스 스위치(214)를 닫힌 위치로 트리거하여 브릿지에 펄스를 제공한다. 이 트리거는 회로(140)의 초과 전류 수준에 의하여 발생한 이상 상태에 기인하지만, MEMS 스위치(20)에 주어진(given) 시스템에 따른(system-dependent) 온-타임(on-time)을 달성하기 위한 계측된 램프 전압(monitored ramp voltage)에 기반하기도 한다.
도 2에 도시된 실시 형태에서, 이상 또는 외부 명령을 검출하면, 제어 회로(230)는, 트리거 신호(232)를 구동기 회로(215)에 전송하여 펄스 스위치(214)를 동작시킨다. 응답으로, 스위치(214)는, 예를 들어, 검출된 스위칭 상태에 응답하는 정현파(sinusoidal) 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 스위치(214)의 트리거링(triggering)은 그 후, 펄스 회로(212)의 전류의 공진 반 정현파(resonant half sinusoid)를 개시한다.
반 정현파 브릿지 펄스 전류(224)(IPULSE)의 피크 값은 펄스 커패시터(216)(CPULSE)의 값과 펄스 인덕턴스(218)(LPULSE) 뿐만 아니라 펄스 커패시터(CPULSE)(216) 양단의 초기 전압의 함수이다. 펄스 인덕터(218)와 펄스 커패시 터(216)의 값 역시 펄스 전류의 반 정현파의 펄스 폭을 결정한다. 브릿지 전류 펄스 폭과 진폭은, 부하 전류의 변화 속도(VBUS/LLOAD)와 부하 이상 상태 동안 바람직한 피크 통과 전류(peak let-through current)로부터 예측된 시스템 부하 전류 턴-오프(turn-off) 요구조건을 만족시키도록 조절될 수 있다. 도 2의 실시 형태에 따르면, MEMS 스위치(20)가 열리기 전에, 펄스 스위치(20)는 열린 상태에서 닫힌 전도 상태로 재설정된다.
이상 상태하에서, 로직 및 제어 회로(232)가 트리거 신호(232)를 발생시키면, 펄스 회로 전류(224)(IPULSE)의 진폭은 부하 회로 전류(ILOAD)의 진폭보다 다소 커진다(예컨대, 펄스 회로(212)의 공진과 커패시터(216)의 초기 전압 때문). 동시에, MEMS 게이트 구동 회로(44)에 의하여 게이트 전극(32)에 인가된 전압으로, MEMS 스위치(20)의 동작 상태는 닫힌 전도 상태로부터, MEMS 스위치(20)가 턴-오프 되기 시작하는 증가하는 저항의 하나로 천이한다. 이 천이 동안, 빔(30)과 드레인 영역 사이의 접촉은 여전히 닫혀져 있지만, 접촉 압력은 스위치 개방 프로세스 때문에 감소한다. 이로 인해 스위치의 저항은 증가하고, 차례로, 부하 전류를 MEMS 스위치(20)에서 다이오드 브릿지(164)로 전환시킨다. 이 상태에서, 평형 다이오드 브릿지(164)는, 증가하는 접촉 저항을 보이는 MEMS 스위치(20)를 통과하는 경로에 비하여, 부하 회로 전류(ILOAD)에 상대적으로 낮은 임피던스의 경로를 제공한다. MEMS 스위치(20)를 통과하는 부하 회로 전류(ILOAD)의 경로 전환은, 부하 회로 전류(ILOAD)의 변화 속도에 비하여 매우 빠른 프로세스이다. 전류 경로 전환 속도를 더욱 증가시 키기 위하여, MEMS 스위치(20)와 평형 다이오드 브릿지(164) 사이의 접속에 연관된 인덕턴스는 최소화되어야 한다.
부하 회로 전류 ILOAD가 MEMS 스위치(20)로부터 다이오드 브릿지(164)로 전환되면, 제 1 및 제 2 다이오드 지로(180, 182) 양단에 불균형이 형성된다. 펄스 회로 전류가 감쇠함에 따라, 펄스 커패시터(212)(CPULSE) 양단의 전압이 역전되어 부하 회로 전류 ILOAD를 0으로 감소시킨다(예컨대, “역기전력(back electro-motive force)”처럼 작용한다). 다이오드(192, 194)는 역 바이어스가 되어, 펄스 인덕터(218)(LPULSE)와 브릿지 펄스 커패시터(216)(CPULSE)는 부하 회로(140)가 부하 인덕턴스 효과를 포함하는 직렬 공진 회로가 되게 한다.
접촉이 분리되어 MEMS 스위치(20)가 열릴 때까지 MEMS 스위치(20)의 접촉 양단의 0에 가까운 전압을 유지하기 위하여, 다이오드 브릿지(164)가 배열될 수 있는데, 그로 인해 열려 있는 동안 MEMS 스위치(20)의 접촉 양단에서 발생하기 쉬운 모든 아크를 억제하여 손상을 방지한다. MEMS 스위치(20)의 접촉은 MEMS 스위치(20)를 통과하는 접촉 전류가 매우 감소된 상태로 열린 상태가 된다. 또한, 회로 인덕턴스, 부하 인덕턴스, 그리고 전원에 저장된 모든 에너지는 펄스 회로 커패서터(212)(CPULSE)로 전달될 수 있으며, 전압 방산 회로(voltage dissipation circuitry)(도시 안됨)를 거쳐 흡수될 수 있다.
도 3은 도 1 및 2의 압전 변압기(46)의 등가 회로를 예시적으로 도시한다. 페이스 전자 주식회사(Face Electronics, L.C)가 제조한 것과 같은 1 와트 PZT 변압기가 변압기(46)로 사용될 때 후술하는 소자 값에서, 구동기 회로(60)로부터의 15V 입력 ON-전압은 터미널 양단(54, 56)의 90V 출력 VPO을 발생시킨다.
Cin: 74.3nF R: 1.20Ohms
C: 1.34nF L: 1.42mH
Cout: 10.4pF 출력 전압/입력 전압(피크): 6
스위칭 시스템의 응용예가 설명되었다. 회로는 정전기력에 응답하는 이동 가능한 구성요소를 갖는 형태의 MEMS 스위치를 포함한다. 동작하는 동안, 하나 이상의 MEMS 스위치가 정상 폐쇄(normally closed), 전도 상태에 위치하여, 예컨대 분, 일, 월, 또는 년과 같이 상대적으로 장기간의 시간 동안 부하에 전류를 연속적으로 통과시킨다. 스위치는 보통 그리고 주로 전도 모드에 남아 있다. 도 2의 예시적인 아크-리스 MEMS 기반 스위칭 시스템(100)에서, 단락 회로(short circuit)와 같은 비정상적 상태가 발생하면, PZT 출력 전압 VPO의 빠른 천이에 의해 즉각적이고, 고속으로 턴-오프(turn-off) 응답을 야기한다. 이상을 검출한 후 스위치(20)를 비전도상태에 위치시킬 때까지의 경과 시간은, PZT 구동 회로의 최소 스위칭 시간보다 큰, 수 마이크로 초 단위가 될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태는 전력 스위칭 응용에 비하여 매우 낮은 평균 스위칭 전력을 특징으로 한다. 예컨대, 어떤 전력 변환 응용은 상대적으로 낮은 전압(종종 18볼트 미만)의 반도체 스위칭 소자를 사용하여 100kHz 정도 이상의 연속 적인 고속 스위칭을 제공한다.
이러한 연속적 고주파 분야에서, 평균 스위칭 손실은 상대적으로 크다. 게다가, 시스템(10, 100)에 포함된 것과 같은 MEMS 스위치는, 비교 가능한 회로 분야에서 설계된 반도체 스위치보다 1000배 이상 작은 크기의 커패시턴스 특성을 나타낸다. 그 결과, 주어진 스위칭 속도에서 MEMS 스위치를 동작시키는 데 필요한 전력 또한 매우 낮다.
실시예의 시스템(10, 100)의 다른 특성은, 효율성 및 저전력 방산의 최적화를 요구하지 않고 터미널(54, 56) 양단의 PZT 출력 전압의 상승 및 하강 시간을 최소화하는 방법으로 PZT를 사용하는 회로의 설계이다. 개별 스위칭 동작 중의 전력 방산은, on-off 상태를 왕래하는 고주파 사이클링(cycling)을 겪을 때보다, MEMS 스위치가 장기간의 시간 동안 스위치를 on-상태로 유지하는 회로에 배치될 때 더 중요할 수 있다. PZT는 출력 전압 대 입력 전압 비의 날카로운 공진 주파수 특성을 가진다. 공진 주파수는 재료 상수와, 압전 레이어(layer) 및 전극을 포함하는 변압기의 구조(construction)와 관련된 재료의 수치에 따라 달라진다.
고속 천이에 달성하기 위하여, PZT 소자는 소자의 피크 공진 주파수가 아닌 입력 신호(62)를 수신한다. 예컨대, 100kHz +/- 10%의 피크 공진 주파수를 갖는 PZT(46)에 대하여, 터미널(50, 52) 양단의 입력 신호는 스위칭 제어 회로(65) 또는 로직 및 구동기 제어 회로(230)로부터 생성된 신호(62)에 기반하는 40kHz의 신호이다. 즉, 회로(10)와 시스템(100)은, 피크 공진 주파수가 아니고 따라서 상대적으로 저효율인 주파수에서 PZT(46)를 동작시키도록 설계되었다. 이것은 빠른 턴-오프를 달성하는 댐핑(damping)을 야기하는데, 실시예의 적용에서 효율 손실은 허용할 만하다. 다른 회로의 실시 형태에서, 속도의 최적화는 더 높은 공진 주파수를 갖는 PZT의 선택을 포함할 수 있고, PZT의 입력 신호는 공진 주파수에 상대적으로 가까울 수 있다. 일반적으로, 공진 주파수는 100kHz에서 최소 500kHz까지의 범위를 가질 수 있고, 입력 신호는 공진 주파수로부터 10 내지 40 퍼센트 이상 변할 수 있다.
최적 PZT는 상대적으로 낮은 방산 계수(dissipation factor)(기계적 Q), 100kHz 이상의 높은 동작 주파수로, 그리고 공진 주파수 가까이에서 동작할 수 있다. 동작 모드는, 도 1 또는 도 2의 PZT 입력 터미널(50)과 구동기 회로(60) 사이에 위치한 인덕터(51)와 같은 유도성 부하로 PZT 소자의 입력 커패시턴스를 보상함으로써 향상된다. MEMS 게이트 구동기에 있는 PZT의 피크 출력 대 피크 입력 전압 비는 5:1 내지 10:1 정도이거나 그 이상이 될 수 있다. 구동기 회로는 5 내지 15V 정도에서 PZT 입력 신호를 생성할 수 있고, PZT 출력 전압은 100볼트 이상 수준이 될 수 있다.
도시된 실시 형태는 MEMS 게이트 구동기에 입력 및 출력 터미널 사이의 매우 높은 전압 절연, 고주파 동작, 낮은 EMI 생성, 그리고 높은 출력 전압 대 입력 전압 비를 제공한다. 실시예를 사용하여, 최적 모드를 포함하는 본 발명을 설명하였으며, 당업자가 본 발명을 실시할 수 있다. 다양한 다른 실시 형태가 고려되며, 본 발명의 범주는 후술하는 청구항에 의하여서만 제한된다.
본 발명은 후술하는 설명에 의하여 더 명확하게 이해될 것이며, 실시 형태는 첨부된 도면에 대한 참조와 함께, 실시예에 의한 방법으로만 도시되었다.
도 1은 PZT(Piezoelectric Transformer, 압전 변압기)의 제어하에 있는 MEMS 스위치와, 부하를 통과하는 전류의 흐름을 스위치 가능하게 제어하기 위한 연관된 구동회로를 가지는, 예시적 회로를 도시한다.
도 2는 마찬가지로 PZT의 제어하에 있는 MEMS 스위치와, 부하를 통과하는 전류의 흐름을 스위치 가능하게 제어하기 위한 연관된 구동회로를 가지는, 예시적 아크리스(arc-less) MEMS 기반 스위칭 시스템을 도시한다.
도 3은 도 1 및 2에 도시된 PZT에 대응하는 등가 회로를 도시한다.
모든 도면에 있어서 동일한 참조번호는 동일한 소자를 가리킨다. 도면에서 개별 소자는 축척에 맞지 않게 도시될 수 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
전기기계적 스위치를 구동하기 위한 전원전압을 갖는 회로 시스템
부품
10 회로
14 전원
16 램프 부하
18 전류 제한 부하 저항
20 스위치
24, 26 발광 다이오드
30 정전기적으로 액추에이트 된 빔
32 제어 또는 게이트 전극
38 소스 전극
40 드레인 전극
44 게이트 구동기 시스템
46 압전 변압기(PZT)
50 저전압 신호 입력 전극
51 인덕터
52 접지 입력 전극
54 고전압 출력 전극
56 접지 출력 전극
60 저전압 입력 구동기 회로
62 저전압 신호
64 관용적인 전파 다이오드 브릿지(conventional full wave diode bridge)
64a, 64b 제 1 및 제 2 병렬 지로(branch)
65 스위칭 제어 회로
68 DC 게이트 펄스 신호
70 저항
72 커패시터
80, 82 제 1 및 제 2 다이오드
84, 86 제 3 및 제 4 다이오드
88 제 1 브릿지 입력 터미널
90 제 2 브릿지 입력 터미널
92 제 1 브릿지 출력 터미널
94 제 2 브릿지 출력 터미널
100 아크-리스 MEMS 기반 스위칭 시스템
102 전압 진동제어(snubber) 회로
140 부하 회로
144 전압원 (VBUS)
146 부하 인덕턴스 (LLOAD)
148 부하 저항 (RLOAD)
160 아크-리스 억제(suppression) 회로
164 평형 다이오드 브릿지
180, 182 제 1 및 제 2 지로
184, 186 노드
190, 194 다이오드
196 다이오드
200, 202 노드 양단 전압
206 단일 패키지
212 펄스 회로
214 펄스 스위치
215 구동기 회로
216 펄스 커패시터 CPULSE
218 펄스 인덕터 LPULSE
220 다이오드
224 반파 사인파 브릿지 펄스 전류 (IPULSE)
230 로직 및 구동기 제어 회로
232 트리거 신호
234 전압 감지 회로
236 전류 감지 회로

Claims (9)

  1. 부하(16)의 동작을 제어하는 회로(10)를 포함하는 전기 시스템에 있어서,
    부하(16)를 전도 상태 또는 비전도 상태 중 하나로 만들기 위해 위치된 MEMS 스위치(20),
    공진 주파수를 포함하는 공진 주파수 범위를 갖고, 상기 부하를 상기 전도 상태로 만드는 닫힌 상태와 상기 부하를 상기 비전도 상태로 만드는 열린 상태 사이에서 상기 스위치(20)의 움직임을 제어하는 출력 터미널(54, 56)로부터 상대적 고전압 출력 신호 또는 상대적 저전압 출력 신호를 제공하기 위하여 배열되는 압전 변압기(46)로서, 상기 고전압 출력 신호는 상기 압전 변압기(46)의 상기 공진 주파수 범위의 주파수 성분을 포함하는 압전 변압기(46),
    상기 압전 변압기(46)의 입력 터미널을 구동하는 입력 전압 신호를 제공하여 상기 압전 변압기(46)의 출력 터미널(54, 56)에 상기 고전압 출력 신호 또는 상기 저전압 출력 신호를 선택적으로 제공하는 제어 회로(65)를 포함하는
    전기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상대적 고전압 출력 신호는 피크 출력 전압에 의하여 특성화되고, 상기 입력 전압 신호는 피크 입력 값에 의하여 특성화되며, 상기 피크 출력 값 대 상기 피크 입력 값 비는 5 내지 10 범위에 있는
    회로(10).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압기(46)는 피크 기계적 응답 및 피크 출력 전압 응답을 생성하는 범위 내의 특정 공진 주파수를 포함하는 공진 주파수 범위를 가지고, 상기 제어 회로에 의하여 제공된 상기 신호는 상기 변압기의 상기 공진 주파수 범위 내의 발진 신호(oscillating signal)를 갖는 상기 상대적 고전압 입력 신호를 야기하는 발진 주파수(oscillating frequency)를 포함하여, 상기 변압기가 상기 주파수 성분과 상기 상대적 고전압 입력 신호의 피크 값보다 큰 피크 값을 갖는 상기 상대적 고전압 출력 신호를 제공하는
    회로(10).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로(65)에 의하여 제공된 신호는 상기 상대적 고전압 입력 신호에 대응하는 로직 하이(logic high) 전압 크기를 갖고, 상기 상대적 고전압 입력 신호는 상기 로직 하이 제어 신호의 피크 값에 대응하는 피크 값을 갖는 발진 신호이며, 상기 상대적 고전압 입력 신호의 상기 피크 값은 상기 제어 회로(65)에 의하 여 제공되는 상기 신호의 상기 로직 하이 전압 크기의 피크 값보다 큰
    회로(10).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 회로(65)는 구동 회로(60)에 연결되어 상기 상대적 저입력 신호 및 상기 상대적 고입력 신호를 생성하여, 상기 피크 값이 5V를 초과하는 상기 상대적 고전압 입력 신호를 생성하는 회로(10).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압기(46)는 피크 기계적 응답 및 피크 출력 응답을 생성하는 특정 공진 주파수를 포함하는 공진 주파수 범위를 가지며, 상기 변압기(46)의 상기 공진 주파수 범위 내의 발진 주파수를 갖는 상기 제어 회로(65)의 신호에 따라 상기 상대적 고전압 입력 신호를 생성함으로써 상기 상대적 고전압 입력 신호를 제공하는 회로(10).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 회로(65)는 상기 압전 변압기(46)의 상기 공진 주파수로부터 오프 셋된 발진 주파수에서 상기 신호를 제공하는 회로(10).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전압 출력 신호를 정류하는 회로(64)를 더 포함하고, 상기 최대 전압의 10 퍼센트에서 상기 최대 전압의 90 퍼센트까지를 측정한 상승 시간이 1 내지 30 마이크로 초의 범위인 것을 특징으로 하는 상기 MEMS 스위치(20)에 입력을 제공할 수 있는
    회로(10).
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전압 출력 신호를 정류하는 다이오드 브릿지 회로(64)를 더 포함하고, 상기 최대 전압의 90 퍼센트에서 상기 최대 전압의 10 퍼센트까지를 측정한 하강 시간이 3 내지 10 마이크로 초의 상기 범위인 것을 특징으로 하는 상기 MEMS 스위치(20)에 입력을 제공할 수 있는
    회로(10).
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