KR20090045095A - 전류 제어 장치 - Google Patents

전류 제어 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20090045095A
KR20090045095A KR1020080107302A KR20080107302A KR20090045095A KR 20090045095 A KR20090045095 A KR 20090045095A KR 1020080107302 A KR1020080107302 A KR 1020080107302A KR 20080107302 A KR20080107302 A KR 20080107302A KR 20090045095 A KR20090045095 A KR 20090045095A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mems
mems switch
circuit
switch
current
Prior art date
Application number
KR1020080107302A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101503929B1 (ko
Inventor
브렌트 찰스 쿰퍼
윌리엄 제임스 프리메리아니
카나카사바파시 수브라마니안
쿠나 벤카트 사티야 라마 키쇼레
존 파크
오벤 쉐렌쯔
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Publication of KR20090045095A publication Critical patent/KR20090045095A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101503929B1 publication Critical patent/KR101503929B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/04—Networks or arrays of similar microstructural devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H2071/008—Protective switches or relays using micromechanics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/42—Impedances connected with contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

전류 제어 장치(10)가 개시된다. 전류 제어 장치(10)는 전류 경로와 함께 통합적으로 배열된 제어 회로(72)와 전류 경로 내에 배치된 적어도 하나의 마이크로 전자기계 시스템(MEMS: micro electromechanical system) 스위치 쌍(21)을 포함한다. 전류 제어 장치(10)는 상기 적어도 하나의 MEMS 스위치 쌍(21)과 병렬로 접속되는 하이브리드 아크리스 제한 기술(HALT: hybrid arcless limiting technology) 회로(14)를 더 포함하여 상기 적어도 하나의 MEMS 스위치 쌍(21)의 개방을 용이하게 한다.

Description

전류 제어 장치{MICRO-ELECTROMECHANICAL SYSTEM BASED SWITCHING}
본 발명은 일반적으로 전류 경로 내의 전류를 스위칭 온/오프하기 위한 스위칭 장치에 관한 것으로, 특히 보다 높은 전압 홀드오프 임계치(voltage hold-off threshold)를 제공하기 위해 배열되는 복수의 마이크로 전자기계 스위치를 갖는 마이크로 전자기계 시스템 기반의 스위칭 장치에 관한 것이다.
전기 시스템에서 전류를 스위칭 온/오프시키기 위해, 컨택트들의 세트가 사용될 수 있다. 이러한 컨택트들은 전류를 차단하기 위한 개방 컨택트로서 그리고 전류 흐름을 촉진시키기 위한 폐쇄 컨택트로서 사용될 수 있다. 일반적으로, 컨택트들의 세트는 컨택터, 회로 차단기, 전류 차단기, 모터 스타터, 또는 유사한 장치에 사용될 수 있다. 그러나, 전류 온/오프를 스위칭하는 원리는 컨택터의 설명을 통해 이해될 수 있다.
컨택터(contactor)는 명령시 전기 부하를 온 및 오프로 스위칭시키도록 설계되는 전기 장치이다. 통상적으로, 전자기계 컨택터는 제어 기어(control gear) 내에서 사용되며, 여기서 전자기계 컨택터는 그 차단 능력에 도달하는 스위칭 전류 를 처리할 수 있다. 전자기계 컨택터는 스위칭 전류를 위한 전력 시스템에 적용될 수도 있다. 그러나, 전력 시스템에서의 오류 전류는 전형적으로 전자기계 컨택터의 차단 능력보다 더 높다. 따라서, 전자 기계 컨택터를 전력 시스템 애플리케이션에 사용하기 위해서는, 컨택터가 그 차단 능력을 초과하는 모든 전류값에서 개방되기 전에 전력 시스템의 오류 전류를 차단하도록 충분히 고속으로 동작하는 직렬 장치를 사용하여 그 오류 전류를 백업함으로써 컨택터를 손상으로부터 보호하는 것이 바람직할 수 있다.
컨택터를 전력 시스템에 사용하기에 용이하게 하도록 이전에 고안된 해결책은 가령, 진공 컨택터, 진공 차단기 및 에어 브레이크 컨택터(air break contactor)를 포함한다. 불행히도, 진공 컨택터와 같은 컨택터는 컨택터 팁(contactor tips)이 실링된 진공 봉입물(sealed, evacuated enclosure) 내에 캡슐화될 때 용이한 시각적 검사에 도움이 되지 않는다. 또한, 진공 컨택터들이 대형 모터, 트랜스포머 및 캐패시터의 스위칭을 처리하는 데 매우 적합하지만, 이 진공 컨택터들은 특히 부하가 스위칭 오프될 때 바람직하지 않은 일시적 과전압을 야기하는 것으로 알려져 있다.
또한, 전자기계 컨택터들은 일반적으로 기계적 스위치를 사용한다. 그러나, 이러한 기계적 스위치들이 비교적 낮은 속도로 스위칭하는 경향에 따라, 감소 된 아크(reduced arcing)에 대한 제로 크로싱(zero crossing) 근처에서의 개방/폐쇄를 용이하게 하기 위해 스위칭 이벤트가 발생하기 전 수 십 밀리초의 제로 크로싱의 발생을 추정하기 위한 예측성 기법이 사용된다. 그러한 제로 크로싱 예측은 이러한 예측 시간 기간에서 많은 과도 현상이 발생할 수 있으므로 에러를 발생시키기가 용이하다.
저속의 기계 및 전자기계적 스위치에 대한 대안으로서, 고속의 고체 스위치(fast solid-state switch)는 제어되는 전압 또는 바이어스의 인가를 통해 전도 상태와 비전도 상태 간에 스위칭된다. 가령, 고체 스위치를 리버스 바이어싱(reverse biasing)시킴으로써, 상기 고체 스위치는 비전도 상태로 전이될 수 있다. 그러나, 고체 스위치가 비전도 상태로 스위칭될 때 컨택트들 간의 물리적 갭을 생성하지 않으므로, 고체 스위치는 누설 전류를 겪게 된다. 또한, 내부 저항으로 인해, 만약 고체 스위치가 전도 상태로 동작한다면, 고체 스위치는 전압 강하를 겪게 된다. 전압 강하 및 누설 전류는 모두 정상 동작 환경하에서 스위치 성능 및 수명에 영향을 끼칠 수 있는 과도한 열을 발생시키는 데 기여하게 된다. 또한, 적어도 부분적으로는 고체 스위치와 관련한 본래의 누설 전류로 인해, 회로 차단기 애플리케이션에서의 고체 스위치 사용은 실용적일 수 없다.
기존의 스위치 기술이 그 의도한 목적에 적합하지만, 본 기술분야에서는 전술한 결점을 극복하는 높은 홀드 오프 전압(hold-off voltage)과 함께 마이크로 전자기계적 스위치 배열을 갖는 스위치와 직접 전류 제어 장치에 대한 필요성이 존재한다.
제 1 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 스위치를 포함하는 전류 제어 장치가 제공된다. 제 1 MEMS 스위치는 소스 커넥션, 드레인 커넥션 및 게이트 제어 전극을 갖는다. 제 2 MEMS 스위치는 또한 드레인 커넥션, 소스 커넥션 및 게이트 제어 전극을 포함한다. 제 2 MEMS 소스는 상기 MEMS 스위치 소스 커넥션에 연결되도록 배열된다. 회로는 제 1 및 제 2 MEMS 스위치에 전기적으로 접속되어 제 1 및 제 2 MEMS 스위치의 개방을 용이하게 한다.
제 1 쌍의 마이크로 전자기계 시스템(MEMS)을 갖는 전류 제어 장치가 제공된다. 제 1 쌍의 MEMS 스위치는 직접 연결된 제 1 및 제 2 MEMS 스위치의 소스 커넥션과 직렬로 배열된 제 1 및 제 2 MEMS 스위치를 포함한다. 제 1 게이트 드라이버는 제 1 쌍의 MEMS 스위치에 연결되며, 회로는 상기 제 1 게이트 드라이버 스위치에 전기적으로 접속되어 상기 제 1 MEMS 스위치의 개방을 용이하게 한다.
드레인 커넥션 및 소스 커넥션을 갖는 제 1 MEMS 스위치를 갖는 전류 제어 장치가 제공된다. 제 2 MEMS 스위치는 드레인 커넥션을 가지며, 소스 커넥션은 제 1 MEMS 스위치 소스 커넥션에 연결된다. 여기서, 제 1 및 제 2 MEMS 스위치는 또한 상기 제 1 및 제 2 MEMS 스위치 소스 단자에 연결된 단일의 공통 게이트 커넥션을 갖는다. 게이트 커넥션은 제 1 및 제 2 MEMS 스위치의 상태를 변경하도록 배열된다.
일 실시예는 직류의 아크리스 차단(arcless interruption)에 적합한 전기 차단 장치를 제공한다. 전기 차단 장치는 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 스위치를 포함한다. MEMS 스위치를 사용하게 되면 고속의 응답 시간이 제공된다. MEMS 스위치와 병렬로 접속되는 하이브리드 아크리스 제한 기술(HALT) 회로는 전류 또는 전압에 무관하게 임의의 주어진 시간에서 아크없이 MEMS 스위치를 개방시키는 능력을 제공한다. 대안으로서, MEMS 스위치와 병렬로 접속된 펄스 지원 턴온(도시안됨) 회로는 임의의 주어진 시간에서 아크없이 MEMS 스위치들을 폐쇄시키는 능력을 제공한다.
본 발명의 전술 및 기타의 특징, 측면 및 이점들은 아래의 상세한 설명이 첨부도면과 함께 판독될 때 보다 명확하게 이해될 것이며, 첨부 도면에서 유사한 참조 부호는 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은 일 예의 아크리스 마이크로 전자기계 시스템 스위치 기반의 스위칭 시스템(10)의 블럭도이다. MEMS는 일반적으로, 마이크로 제조 기법을 통해 공통의 기판 상에서 다수의 기능상 구별되는 요소, 가령 기계적 요소, 전자기계적 요소, 센서, 액추에이터 및 전자장치를 통합할 수 있는 마이크론 크기의 구조(micron-scale structure)를 지칭한다. 그러나, 현재 MEMS 장치에서 이용가능한 수많은 기법과 구조는 나노기술 기반의 장치, 가령 크기가 100나노미터보다 작 은 구조를 통해 단지 수년 동안만 이용될 것이라는 것이 고려된다. 따라서, 실시예가 MEMS 기반 스위칭 시스템을 지칭하더라도, 실시예들은 마이크론 크기의 장치에만 제한되는 것이 아니라 넓게 해석되어야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 아크리스 MEMS 기반 스위칭 시스템(10)은 MEMS 기반 스위칭 회로(12)와 ARC 억제 회로(14)를 포함하는 것으로 도시되며, 상기 ARC 억제 회로(14)는 대안으로 하이브리드 아크리스 제한 기술(HALT) 장치로 지칭되며 MEMS 기반 스위칭 회로(12)에 동작가능하게 연결된다. 소정의 실시예에서, MEMS 기반 스위칭 회로(12)는 가령 단일 패키지 내에서 ARC 억제 회로(14)와 함께 완전히 통합될 수 있다. 다른 실시예에서, MEMS 기반 스위칭 회로(12)의 일부만이 ARC 억제 회로(14)와 통합될 수 있다.
도 2 및 도 3과 관련하여 보다 상세히 기술될 구성에서, MEMS 기반 스위칭 회로(12)는 하나 이상의 MEMS 스위치 쌍을 포함할 수 있다. 또한, ARC 억제 회로(14)는 밸런싱된 다이오드 브릿지 및 펄스 회로를 포함할 수 있다. 또한, ARC 억제 회로(14)는 폐쇄 상태에서 개방 상태로의 MEMS 스위치 변경에 응답하여 MEMS 스위치로부터 전기 에너지의 이송을 수신함으로써 하나 이상의 MEMS 스위치들의 컨택트들간의 ARC 형성의 억제를 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 주목할 것은 ARC 억제 회로(14)가 AC 혹은 DC에 응답하여 ARC 형성의 억제를 용이하게 하도록 구성될 수 있다는 것이다.
도 1과 관련하여 주목되는 바와 같이, MEMS 기반 스위칭 회로(12)는 도 2에 도시된 MEMS 스위치 어레이(20)를 포함할 수 있다. MEMS 스위치 어레이(20)는 MEMS 스위치 쌍(21, 23, 25)으로서 직렬 접속으로 배열된다. 도시된 실시예에서, 제 1 MEMS 스위치 쌍(21)은 제 1 및 제 2 MEMS 스위치(27, 35)를 포함한다. 각각의 MEMS 스위치(27, 35)는 제 1 커넥션(22), 제 2 커넥션(24) 및 게이트 제어 전극(37)을 갖는다. 일 실시예에서, 제 1 커넥션(22)은 드레인으로서 구성되며, 제 2 커넥션(24)은 소스로서 구성되며, 게이트 제어 전극(37)은 게이트로서 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, MEMS 스위치(27, 35)는, 각각의 MEMS 스위치(27, 35)의 소스 커넥션(24)이 직렬로 연결되어 각각의 MEMS 스위치(27, 35)에 대한 게이트 제어 전극(37)이 단일 게이트 커넥션(26)과 공유하도록 배열된다. 단일 게이트 커넥션(26)은 단일 게이트 드라이버(39)에 연결된다. 게이트 드라이버(39)는 전력 공급 입력단(도시안됨)과 제어 로직 입력단(43)을 포함하며, 상기 제어 로직 입력단은 각각의 MEMS 스위치(27, 35)의 상태를 변경하는 수단을 제공한다. 이러한 배열은 게이트 드라이버(39)의 수를 증가시키지 않고도 MEMS 스위치 어레이(20)의 전압 처리 특성을 증가시킴으로써 이점을 제공한다. 하나 이상의 추가적인 MEMS 스위치 쌍(23, 25)은 MEMS 스위치 쌍(21)에 직렬로 접속된다. MEMS 스위치 쌍(23, 25)은, MEMS 스위치 쌍의 하나의 드레인 커넥션(22)이 인접 MEMS 스위칭 쌍의 드레인 커넥션(22)에 접속되도록 배열된다.
도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 일 예의 MEMS 기반 스위칭 시스템의 개략도(18)가 일 실시예에 따라 도시된다. 전압 스너버 회로(voltage snubber circuit)(33)는 MEMS 스위치 어레이(20)와 병렬로 연결되며 보다 상세히 후술될 고속 컨택트 격리 동안 전압 오버슈트를 제한하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 스너버 회로(33)는 스너버 저항기(도 5의 참조 부호 78 참조)와 직렬로 연결된 스너버 캐패시터(도 5의 참조 부호 76 참조)를 포함할 수 있다. 스너버 캐패시터는 MEMS 스위치 어레이(20)의 개방의 시퀀스 동안 공유되는 과도 전압의 개선을 용이하게 한다. 또한, 스너버 저항기는 MEMS 스위치 어레이(20)의 폐쇄 동작 동안 스너버 캐패시터에 의해 생성되는 임의의 전류 펄스를 억제할 수 있다. 다른 실시예에서, 전압 스너버 회로(33)는 금속 산화물 바리스터(MOV)(도시안됨)를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술의 다른 측면에 따라, 부하 회로(40)는 MEMS 스위치 어레이(20)와 직렬로 연결될 수 있다. 부하 회로(40)는 전압 소스 VBUS(44)를 포함할 수 있다. 또한, 부하 회로(40)는 또한 부하 인덕턴스 LLOAD(46)를 포함하며, 이 부하 인덕턴스는 부하 회로(40)에 의해 관측되는 조합된 부하 인덕턴스 및 버스 인덕턴스를 나타낸다. 부하 회로(40)는 부하 회로(40)에 의해 관측되는 조합된 부하 저항을 나타내는 부하 저항 RLOAD(48)를 포함할 수 있다. 참조 부호 50은 부하 회로(40)와 MEMS 스위치 어레이(20)를 통해 흐를 수 있는 부하 회로 전류 ILOAD를 나타낸다.
또한, 도 1과 관련하여 주목되는 바와 같이, ARC 억제 회로(14)는 밸런싱된 다이오드 브릿지를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 밸런싱된 다이오드 브릿지(28)는 제 1 브랜치(29) 및 제 2 브랜치(31)를 포함한다. 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "밸런싱된 다이오드 브릿지"는 제 1 및 제 2 브랜치(29, 31)에서 의 전압 강하가 실질적으로 동일하도록 구성되는 다이오드 브릿지를 나타내는 데 사용된다. 밸런싱된 다이오드 브릿지(28)의 제 1 브랜치(29)는 제 1 직렬 회로를 형성하도록 함께 연결되는 제 1 다이오드 D1(30) 및 제 2 다이오드 D2(32)를 포함할 수 있다. 유사한 방식으로, 밸런싱된 다이오드 브릿지(28)의 제 2 브랜치(31)는 제 2 직렬 회로를 형성하도록 동작가능하게 함께 연결된 제 3 다이오드 D3(34) 및 제 4 다이오드 D4(36)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, MEMS 스위치 어레이(20)는 밸런싱된 다이오드 브릿지(28)의 중간 포인트에 대해 병렬로 연결될 수 있다. 밸런싱된 다이오드 브릿지의 중간 포인트는 제 1 다이오드(30)와 제 2 다이오드(32) 사이에 위치한 제 1 중간 포인트와 제 3 다이오드(34)와 제 4 다이오드(36) 사이에 위치한 제 2 중간 포인트를 포함할 수 있다. 또한, MEMS 스위치 어레이(20) 및 밸런싱된 다이오드 브릿지(28)는 밀도있게 패킹되어 밸런싱된 다이오드 브릿지(28) 및 특히 MEMS 스위치 어레이(20)에 대한 커넥션에 의해 야기되는 기생 인덕턴스의 최소화를 용이하게 한다. 주목할 것은, 본 발명의 측면에 따라서 MEMS 스위치 어레이(20) 및 밸런싱된 다이오드 브릿지(28)가 서로에 대해 배치되어 MEMS 스위치 어레이(20)와 밸런싱된 다이오드 브릿지(28) 간의 본래의 인덕턴스는 나중에 상세히 설명될 MEMS 스위치 쌍(20) 턴오프 동안 다이오드 브릿지(28)로의 부하 전류의 이송을 전달할 때 각각의 MEMS 스위치(27, 35)의 드레인(22) 및 소스(24) 양단의 전압의 수 퍼센트보다 작은 di/dt 전압을 생성한다는 것이다. 일 실시예에서, MEMS 스위치 어레이(20)는 단일 패키지(38)로 밸런싱된 다이오드 브릿지(28)와 함께 통합되거나, 선택적으 로는 MEMS 스위치 어레이(20)와 다이오드 브릿지(28)를 상호접속하는 인덕턴스를 최소화할 의도를 가지고 동일한 다이 상에서 밸런싱된 다이오드 브릿지(28)와 함께 통합될 수 있다.
또한, ARC 억제 회로(14)는 밸런싱된 다이오드 브릿지(28)와의 동작적인 연관성으로 연결디는 펄스 회로(52)를 포함할 수 있다. 펄스 회로(52)는 스위치 상태를 검출하고 그 스위치 상태에 응답하여 MEMS 스위치 어레이(20)의 개방을 개시하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "스위치 상태"는 MEMS 스위치 어레이(20)의 현재 동작 상태를 변경하는 것을 트리거하는 상태를 지칭한다. 가령, 스위치 상태는 MEMS 스위치 어레이(20)의 제 1 폐쇄 상태를 제 2 개방 상태로 변경시키거나 MEMS 스위치 어레이(20)의 제 1 개방 상태를 제 2 폐쇄 상태로 변경시키는 것을 발생시킬 수 있다. 스위치 상태는 회로 오류 또는 스위치 온/오프 요청을 포함하는 다수의 동작에 응답하여 발생할 수 있지만 이에 국한되지는 않는다.
펄스 회로(52)는 펄스 스위치(54)에 직렬 연결된 펄스 스위치(54)와 펄스 캐패시터 CPULSE(56)를 포함할 수 있다. 또한, 펄스 회로는 또한 펄스 스위치(54)와 직렬로 연결된 펄스 인덕턴스 LPULSE(58)와 제 1 다이오드 DP(60)를 포함할 수 있다. 펄스 인덕턴스 LPULSE(58), 다이오드 DP(60), 펄스 스위치(54) 및 펄스 캐패시터 CPULSE(56)는 펄스 회로(52)의 제 1 브랜치를 형성하도록 직렬로 연결될 수 있으며 제 1 브랜치의 구성요소는 펄스 전류 성형 및 타이밍을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 또한, 참조 부호 62는 펄스 회로(52)로 흐를 수 있는 펄스 회로 전류 IPULSE를 나타낸다.
일 측면에 의하면, MEMS 스위치 어레이(20)는 준 제로 전압(near-zero voltage)에서 비록 전류를 전달하지만 제 1 폐쇄 상태에서 제 2 개방 상태로 고속으로(가령, 피코초 또는 나노초 정도로) 스위칭될 수 있다. 이는 MEMS 스위치 어레이(20)의 컨택트에 대해 병렬로 연결된 밸런싱된 다이오드 브릿지(28)를 포함하는 펄스 회로(52)와 부하 회로(40)의 조합 동작을 통해 달성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 예의 소프트 스위칭 시스템(11)의 블럭도가 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 소프트 스위칭 시스템(11)은 스위칭 회로(12), 검출 회로(70) 및 함께 동작가능하게 연결된 제어 회로(72)를 포함한다. 검출 회로(70)는 스위칭 회로(12)에 연결될 수 있으며 부하 회로에서 교번하는 소스 전압(이후, "소스 전압") 또는 부하 회로에서 교번하는 전류(이후, "부하 회로 전류"로 지칭됨)의 제로 크로싱(zero crossing)의 발생을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어 회로(72)는 스위칭 회로(12) 및 검출 회로(70)에 연결될 수 있으며, 교번 소스 전압 또는 교번 부하 회로 전류의 검출된 제로 크로싱에 응답하여 스위칭 회로(12) 내의 하나 이상의 스위치의 아크리스 스위칭(arc-less switching)을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서 제어 회로(72)는 스위칭 회로(12)의 적어도 일부를 포함하는 하나 이상의 MEMS 스위치의 아크리스 스위칭을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
일 측면에 의하면, 소프트 스위칭 시스템(11)은 소프트(soft) 또는 포인트 온 웨이브(point-on-wave;PoW) 스위칭을 수행하도록 구성되며 스위칭 회로(12) 내의 하나 이상의 MEMS 스위치는 스위칭 회로(12) 양단의 전압이 제로에 있거나 제로에 매우 근접해 있을 때 한번에 폐쇄될 수 있으며, 스위칭 회로(12)를 통하는 전류가 제로 또는 제로에 근접해 있을 때 한번에 개방될 수 있다. 스위칭 회로(12) 양단의 전압이 제로 또는 제로에 매우 근접해 있을 때 한 번에 스위치들을 폐쇄함으로써, 프리 스트라이크 아킹(pre-strike arcing)은, 다수의 스위치들이 동시에 모두 폐쇄되지 않을 지라도 폐쇄하는 하나 이상의 MEMS 스위치의 컨택트들 간의 전계를 낮게 유지함으로써 방지될 수 있다. 유사하게, 스위칭 회로(12)를 통하는 전류가 제로에 있거나 제로에 근접해 있을 때 한 번에 스위치들을 개방함으로써, 소프트 스위칭 시스템(11)은, 스위칭 회로(12)에서 개방될 최종 스위치에서의 전류가 스위치의 설계 능력 내에 존재하도록 설계될 수 있다. 일 실시예에 따라 전술한 바와 같이 제어 회로(72)는 스위칭 회로(12)의 하나 이상의 MEMS 스위치의 개방 및 폐쇄를 교번 소스 전압 또는 교번 부하 회로 전류의 제로 크로싱의 발생과 동기화하도록 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 4의 소프트 스위칭 시스템의 일 실시예의 개략도(19)가 도시된다. 일 실시예에 의하면 개략도(19)는 스위칭 회로(12), 검출 회로(70) 및 제어 회로(72)의 일 예를 포함한다.
설명을 위해 도 2, 도 3 및 도 4는 MEMS 스위치 어레이(20)에서 세 개의 MEMS 스위치 쌍(21, 23, 25)을 도시하며, MEMS 스위칭 어레이(20)는 그럼에도 불구 하고 가령 소프트 스위칭 시스템(11)의 전류 및 전압 처리 요건에 따라 하나 이상의 MEMS 스위치 쌍을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 스위칭 회로(12)는 MEMS 스위치들 중에서 전류를 분배하도록 병렬 구성으로 함께 연결된 다수의 MEMS 스위치 쌍을 포함하는 스위치 모듈을 포함한다. 다른 실시예에서, 스위칭 회로(12)의 하나 이상의 MEMS 스위치 쌍은 단일 패키지(74) 내에 통합될 수 있다.
설명을 위해, MEMS 스위치 쌍(21, 23, 25)의 각각은 도 2와 관련하여 기술된 MEMS 스위치 쌍과 관련하여 기술될 것이다. 일 실시예에서, 제어 회로(72)는 제어 로직 입력단(43)을 통해 게이트 드라이버(39)에 연결되어, MEMS 스위치(22)의 전류 상태의 스위칭을 용이하게 한다. 일 실시예에서, MEMS 스위치(27)의 소스(24)는 MEMS 스위치(35)의 소스(24)에 연결된다. 이러한 배열에 의해 MEMS 스위치(27, 35)에 대한 게이트 전극은 단일 게이트 커넥션(26)을 통해 단일 게이트 드라이버(39)에 연결될 수 있다. 따라서, 각각의 MEMS 스위치 쌍은 단일의 게이트 드라이버(39)에 의해 구동되는 두개의 MEMS 스위치를 갖는다. 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 이 MEMS 스위치 쌍 배열은 MEMS 스위치를 동작시키는 데 필요한 게이트 드라이버(39)의 개수를 증가시키지 않고도 스위칭 회로(12)의 홀드 오프 전압을 증가시키는 이점을 제공한다. 이를 통해 구성요소의 개수를 최소화하면서 시스템 제어를 단순화하고 성능을 증가시킬 수 있다. 따라서, 보다 높은 전압 성능을 달성하는 데 필요한 관련 제조 비용은 개선된다.
또한, 일 실시예에서, 댐핑 회로(스너버 회로)(33)는 MEMS 스위치 어레이(20)와 병렬로 연결되어 MEMS 스위치 어레이(20) 양단의 전압의 출현을 지연시킨 다. 도시된 바와 같이, 댐핑 회로(33)는 가령 스너버 저항기(78)와 직렬로 연결된 스너버 캐패시터(76)를 포함할 수 있다.
또한, MEMS 스위치 어레이(20)는 도 5에 도시된 바와 같은 부하 회로(40)와 직렬로 연결될 수 있다. 현재의 구성에서, 부하 회로(40)는 전압 소스 VSOURCE(44)를 포함할 수 있으며, 대표적인 부하 인덕턴스 LLOAD(46) 및 부하 저항 RLOAD(48)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전압 소스 VSOURCE(44)(AC 전압 소스로 지칭되기도 함)는 교번하는 소스 전압과 교번하는 부하 전류 ILOAD(50)를 생성하도록 구성될 수 있다.
위에서 주목된 바와 같이, 검출 회로(70)는 부하 회로(40)에서 교번 소스 전압 또는 교번 부하 전류 ILOAD(50)의 제로 크로싱의 발생을 검출하도록 구성될 수 있다. 교번 소스 전압은 전압 감지 회로(80)을 통해 감지될 수 있으며 교번 부하 전류 ILOAD(50)는 전류 감지 회로(82)를 통해 감지될 수 있다. 교번 소스 전압 및 교번 부하 전류는 지속적으로 또는 이산 간격으로 감지될 수 있다.
소스 전압의 제로 크로싱은 가령 도시된 제로 전압 비교기(84)와 같은 비교기의 사용을 통해 검출될 수 있다. 전압 감지 회로(80) 및 제로 전압 기준(86)에 의해 감지되는 전압은 제로 전압 비교기(84)에 대한 입력으로서 사용될 수 있다. 또한, 부하 회로(40)의 소스 전압의 제로 크로싱을 나타내는 출력 신호(88)가 생성될 수 있다. 유사하게, 부하 전류 ILOAD(50)의 제로 크로싱은 도시된 제로 전류 비 교기(92)와 같은 비교기의 사용을 통해 검출될 수 있다. 전류 감지 회로(82) 및 제로 전류 기준(90)에 의해 감지되는 전류는 제로 전류 비교기(92)에 대한 입력으로서 사용될 수 있다. 또한, 부하 전류 ILOAD(50)의 제로 크로싱을 나타내는 출력 신호(94)가 생성될 수 있다.
제어 회로(72)는 MEMS 스위치 어레이(20)의 현재 동작 상태가 변경할 때를 결정하도록 출력 신호(88, 94)를 사용할 수 있다. 또한, 특히 제어 회로(72)는 교번 부하 전류 ILOAD(50)의 검출된 제로 크로싱에 응답하여 부하 회로(40)를 차단하거나 개방시키는 MEMS 스위치 어레이(20)의 개방을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어 회로(72)는 교번 소스 전압의 검출된 제로 크로싱에 응답하여 부하 회로(40)를 종료시키는 MEMS 스위치 어레이(20)의 폐쇄를 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 제어 회로(72)는 적어도 부분적으로는 인에이블 신호(96)의 상태에 기반하여 MEMS 스위치 어레이(20)의 현재 동작 상태를 제 2 동작 상태로 스위칭할지의 여부를 결정할 수 있다. 인에이블 신호(96)는 컨택터 애플리케이션에서 전력 오프 명령의 결과로서 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 인에이블 신호(96) 및 출력 신호(88, 94)는 도시된 듀얼 D 플립 플롭(98)에 대한 입력 신호로서 사용될 수 있다. 이러한 신호들은 인에이블 신호(96)가 활성으로 된 이후 제 1 소스 전압 제로에서 MEMS 스위치 어레이(20)를 폐쇄하고, 인에이블 신호(96)가 비활성화된 후(가령, 폴링 에지 트리거) 제 1 부하 전류 제로에서 MEMS 스위치 어 레이(20)를 개방하는 데 사용될 수 있다. 도 4의 도시된 개략도(19)와 관련하여, 인에이블 신호(96)가 활성(특정 실시예에 따라 하이 또는 로우)일 때마다 그리고 출력 신호(88, 94)가 감지된 전압 또는 전류 제로를 나타낼 때마다, 트리거 신호(102)가 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 트리거 신호(102)는 가령 NOR 게이트(100)를 통해 생성될 수 있다. 트리거 신호(102)는 드라이버(104)를 관통하여 MEMS 스위치 어레이(20) 내의 MEMS 스위치 쌍(21, 23, 25) 각각의 게이트 드라이버(37)의 제어 로직 입력단(42)에 제어 전압을 인가하는 데 사용될 수 있는 게이트 활성화 신호(106)를 생성할 수 있다.
이전에 주목된 바와 같이, 특정 애플리케이션에 대한 원하는 전압 정격을 달성하기 위해, MEMS 스위치 어레이(20) 내의 MEMS 스위치 쌍(21, 23, 25)은 직렬로 동작가능하게 연결되며, 이 MEMS 스위치 쌍의 드레인은 인접하는 MEMS 스위치 쌍의 드레인에 접속된다. 각각의 MEMS 스위치(27, 35)는 홀드 오프 전압으로 지칭되는 전기 특성을 갖는다. 이는 MEMS 스위치가 MEMS 스위치 내에 존재하는 정전력의 영향 하에 개방에서 폐쇄 또는 폐쇄에서 개방으로 상태를 변경시키는 전압이다. 전형적인 MEMS 스위치는 대략 100V의 홀드 오프 전압을 갖는다. 소정의 애프리케이션에서, 그러나, 가령 400V와 같은 높은 전압에서 동작하는 것이 바람직하다. MEMS 스위치(27, 35)가 직렬로 배열되기 때문에, MEMS 스위치 쌍에 대한 홀드 오프 전압은 개개의 MEMS 스위치에 대한 홀드 오프 전압의 합과 동일하다. 만약 스위치들이 동일한 홀드 오프 전압, 가령 100V를 갖는다면, MEMS 스위치 쌍(21)에 대한 홀드 오프 전압은 2배, 또는 200V가 될 것이다. 또한, MEMS 스위치(27, 35)를 제 각기의 접속된 소스와 함께 배열함으로써, 임의의 추가적인 게이트(26)의 사용없이도 홀드 오프 전압 능력에서의 증가를 달성할 수 있다. 따라서, 세개의 MEMS 스위치 쌍(21, 23, 25)은 단일 MEMS 스위치의 6배의 홀드 오프 전압을 가질 수 있지만, 다만 게이트 드라이버의 개수는 3배일 뿐이다. 이러한 배열은 물질과 어셈블리의 코스트를 감소시키는 이점을 제공한다.
MEMS 스위치 어레이(20)는 전류를 전달하기 위한 추가의 능력을 제공하기 위해 MEMS 스위치 쌍(21, 23, 25)과 병렬로 배열될 수 있는 추가의 MEMS 스위치 쌍을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. MEMS 스위치들의 조합 능력은 홀드 오프 전압을 증가시키고 부하 회로에 의해 경험될 수 있는 지속적이고 일시적인 과부하 전류 레벨을 적절히 전달하기 위해 설계될 수 있다. 가령, 6배의 일시적인 과부하를 갖는 10암페어 RMS 모터 컨택터와 함께, 10초 동안 60암페어 RMS를 전달하기 위해 병렬로 접속된 스위치들이면 충분하다. 포인트 온 웨이브 스위칭을 사용하여 제로 전류에 도달하는 5마이크로초 내에 MEMS 스위치를 스위칭하게 되면 컨택트 개방시에 160밀리암페어 순시 전류가 흐르게 될 것이다. 따라서, 그 애플리케이션의 경우, 각각의 MEMS 스위치는 160밀리암페어의 "웜 스위칭(warm-switching)"을 가능하게 하며, 60암페어를 전달하기 위해 병렬로 배치되면 충분하다. 한편, 단일의 MEMS 스위치는 스위칭 순간에 흐르는 전류의 양 또는 레벨을 차단할 수 있어야 한다.
그러나, 이들 실시예는 교번 전류 및/또는 사인파 파형의 아크리스 스위칭(arcless switching)에 국한되지는 않는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이 실시 예는 직접 전류 및/또는 원래 제로를 발생시키는 전류의 아크리스 스위칭에 적용될 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 일 예의 MEMS 기반 스위칭 시스템(112)의 블럭도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 아크리스 MEMS 기반 스위칭 시스템(112)은 MEMS 기반 스위칭 회로(111) 및 ARC 억제 회로(110)를 포함하며, 가령 HALT 및 PATO 회로와 같은 ARC 억제 회로(110)는 MEMS 기반 스위칭 회로(111)에 동작가능하게 연결된다. 일부 실시예에서, MEMS 기반 스위칭 회로(111)는 전체적으로 단일 패키지(113) 내에서 ARC 억제 회로(110)와 통합될 수 있다. 다른 실시예에서, MEMS 기반 스위칭 회로(111)의 일부 또는 구성요소는 ARC 억제 회로(110)와 통합될 수 있다.
MEMS 기반 스위칭 회로(111)는 하나 이상의 MEMS 스위치를 포함할 수 있다. 또한, ARC 억제 회로(110)는 밸런싱된 다이오드 브릿지 및 펄스 회로를 포함할 수 있다. 또한, ARC 억제 회로(110)는 폐쇄 상태에서 개방 상태로(또는 개방 상태에서 폐쇄 상태로) 상태를 변경시키는 MEMS 스위치에 응답하여 MEMS 스위치로부터의 전기 에너지의 이송을 수신함으로써 하나 이상의 MEMS 스위치의 컨택트들간의 ARC 형성의 억제를 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 주목할 것은 ARC 억제 회로(110)가 교번 전류(AC) 또는 직접 전류(DC)에 응답하여 ARC의 형성의 억제를 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
그러나, 이러한 실시예들은 단일의 MEMS 스위치 쌍을 포함한 전류 제어 장치에 국한되지는 않는다. 가령, 다수의 MEMS 스위치 쌍은 단일의 MEMS 스위치 쌍과 비교하여 상이한 전압 정격, 또는 상이한 전류 처리 능력을 달성하는 데 사용될 수 있다. 가령, 위에서 논의한 바와 같이, 다수의 MEMS 스위치는 병렬로 접속되어 증가된 전류 처리 능력을 달성할 수 있다. 유사하게도, 다수의 MEMS 스위치는 직렬로 접속되어, 보다 높은 전압 정격을 달성할 수 있다. 또한, 다수의 MEMS 스위치는 직렬 및 병렬 커넥션들의 조합을 포함하는 네트워크에서 접속되어 원하는 전압 정격 및 전류 처리 능력을 달성할 수 있다. 이러한 모든 조합은 실시예의 범주 내에 포함되는 것으로 간주된다.
도 7은 다른 실시예의 MEMS 스위치 어레이(155)의 블럭도로서, 이 어레이는 다수의 MEMS 스위치 쌍을 포함하되, 각각의 MEMS 스위치 쌍은 전술한 바와 같이 배열되며 각각의 MEMS 스위치의 소스는 직렬로 단일 게이트에 접속된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 병렬 MEMS 스위치 어레이(151)는 또한 전류 경로(154) 내에서 직렬로 접속될 수 있다. 각각의 병렬 MEMS 스위치 어레이(151)는 서로에 대해 병렬로 접속된 다수의 MEMS 스위치를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 밸런싱된 다이오드 브릿지(152)는 다수의 병렬 MEMS 스위치 어레이(151)와 함께 병렬로 접속될 수 있다. 가령, 밸런싱된 다이오드 브릿지(152)는 도 2에 도시된 밸런싱된 다이오드 브릿지(28)와 실질적으로 유사하거나, 또는 도 7에 도시된 밸런싱된 다이오드 브릿지(141)와 실질적으로 유사하다. 또한 도 7에 도시된 것은 다이오드 브릿지(152)에 동작가능하게 접속된 펄스 회로(153)이다. 가령, 회로(153)는 도 2의 회로(52)를 포함할 수 있다. 따라서, 회로(153)는 다수의 병렬 MEMS 스위치 어레이(151)의 개방 및 폐쇄를 용이하게 할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전압 그레이딩 네트워크(150)는 다수의 병렬 MEMS 스위치 어레이(151) 각각의 중간의 전기 커넥션을 통해 다수의 병렬 MEMS 스위치 어레이(151) 양단에 접속된다. 전압 그레이딩 네트워크(150)는 다수의 직렬 MEMS 스위치 어레이(151) 양단의 전압을 균등화할 수 있다. 가령, 전압 그레이딩 네트워크(150)는 다수의 직렬 MEMS 스위치 어레이(151) 양단의 전압 분배를 제공하기 위한 수동 구성요소의 네트워크(가령, 저항기), 및/또는 전류 경로(154)에 따라 존재할 수 있는 유도성 에너지로부터 과전압을 억제하기 위해 에너지 흡수를 제공하는 수동 구성요소의 네트워크(가령, 캐패시터 및/또는 바리스터)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 7에 도시된 MEMS 스위치 어레이는 전류 경로를 따라 전류를 제어하기 위한 전류 제어 장치 내에 포함될 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 전류 제어 장치의 블럭도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전류 제어 장치(164)는 MEMS 스위치 어레이(160)와 제어 회로(163)를 포함할 수 있다. MEMS 어레이(160)는 전술한 바와 같이 배열된 적어도 하나의 MEMS 스위치 쌍을 포함하되, 각각의 MEMS 스위치의 소스는 직렬로 단일 게이트에 접속된다. 가령, MEMS 어레이(160)는 도 7의 MEMS 스위치 어레이(155), 도 6의 MEMS 기반 스위칭 시스템(112), 또는 ARC 억제 회로를 포함하는 임의의 적당한 MEMS 스위칭 시스템과 동일하거나 실질적으로 유사할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제어 회로(163)는 적어도 MEMS 어레이(160)를 통해 전류 경로(154)와 통합적으로 배열된다. 또한, 도 5와 관련하여 전술한 바와 같이, 제어 회로는 MEMS 어레이 회로로부터 격리되는 전류 감지 회로를 통해 전류 경로와 함께 통합적으로 배열될 수 있다.
다른 실시예에서, 전류 제어 장치(164)는 최종 격리 장치(161)를 포함할 수 있다. 최종 격리 장치(161)는 전류 경로(154) 상의 전기 부하의 에어 갭 안전 격리를 제공할 수 있다. 가령, 최종 격리 장치는 컨택터 또는 다른 차단 장치를 포함할 수 있으며, 이는 스위치 상태를 변경시키는 MEMS 어레이(160)에 응답하여 개방될 수 있다.
다른 실시예에서, 전류 제어 장치(164)는 전자 바이패스 장치(162)를 더 포함할 수 있다. 바이패스 장치는 전류 과부하의 기간 동안 MEMS 스위치로부터 분리된 과부하 전류를 션트하는 하나 이상의 전자 구성요소를 포함할 수 있다. 가령, 전자 바이패스 장치(162)는 전류 과부하에 응답하여 전류 경로(154)로부터 과부하 전류를 수신할 수 있다. 따라서, 전자 바이패스 장치(162)는 전류 제어 장치(164)의 일시적인 과부하 정격을 확장할 수 있다. 주목할 것은 전류 제어 장치(164)는 최종 격리 장치(161) 및 전자 바이패스 장치(162) 중의 하나 또는 그 모두를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 실시예에 따른 전류 제어 장치는 직접 전류 및 교번 전류에 대한 전류 흐름을 차단하는 데 사용될 수 있다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 직접 제어 장치의 구성이 도시된다.
도 9는 실시예의 단일 폴 차단기 구성의 블럭도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, MEMS 차단기 폴(170)은 전류 경로 상에서 배열된다. 전류 경로는 전압 소스(171) 및 부하(172)를 포함할 수 있다. MEMS 차단기 폴(170)은 전류 경로 상에 흐르는 전류를 차단할 수 있어서 부하(172)로의 전류 흐름을 중단시킬 수 있다. 그러나, 다수의 MEMS 차단기 폴은 전류 경로 상에서 사용될 수 있다. 도 10을 참조하면, 다수의 MEMS 차단기 폴을 포함한 실시예의 구성이 도시된다.
도 10은 다른 실시예에 따른 더블 폴 차단기 구성의 도면이다. 도시된 바와 같이, MEMS 차단기 폴(174, 175)은 전류 경로 상에서 배열된다. 어느 하나의 MEMS 차단기 폴은 전류 경로 상에 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 유사하게도, 모든 MEMS 차단기 폴은 실질적으로 동일한 시간에 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 그러한 것은 추가의 차단 보호가 필요한 경우에 유용할 수 있다. 가령, MEMS 차단기 폴(170, 174, 175)은 전술한 바와 같은 전류 제어 장치를 포함할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 전류 제어 장치는 전류 경로와 함께 통합적으로 배열된 제어 회로, 상기 전류 경로 내에 배치된 적어도 하나의 MEMS 스위치 쌍, 상기 적어도 하나의 MEMS 스위치 쌍과 병렬로 접속되어 적어도 하나의 MEMS 스위치의 아크리스 개방을 용이하게 하는 HALT 회로, 및 상기 적어도 하나의 MEMS 스위치 쌍과 병렬로 접속되어 상기 적어도 하나의 MEMS 스위치의 아크리스 폐쇄를 용이하게 하는 PATO 회로를 포함할 수 있다.
또한, 실시예들은 전류 경로를 통해 흐르는 전기 전류를 제어하는 방법을 제공한다. 가령, 이 전류 제어 방법은 적어도 하나의 MEMS 스위치 쌍으로부터 적어도 하나의 MEMS 스위치 쌍과 병렬로 접속되어 전류 경로를 개방시키는 것을 용이하게 하는 HALT 회로로 전기 에너지를 이송하는 단계를 포함할 수 있다. 이 전류 제어 방법은 또한 상기 적어도 하나의 MEMS 스위치 쌍으로부터 상기 적어도 하나의 MEMS 스위치 쌍과 병렬로 접속되어 전류 경로를 폐쇄하는 것을 용이하게 하는 PATO 회로로 전기 에너지를 이송하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 실시예들은 또한 아크리스 전류 제어 장치 및 아크리스 전류 제어 방법을 제공할 수 있다.
이러한 기재는 최상의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하기 위해 실시예를 사용하며 그리고 임의의 장치 또는 실시예를 제조하고 사용하며 이들 조합 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 하기 위해 실시예를 사용한다. 본 발명의 특허가능한 범주는 청구범위에 의해 규정되며, 당업자에게 발생할 수 있는 다른 실시예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 실시예는 청구범위의 언어와 상이하지 않는 구조적 요소를 가지거나 또는 특허청구범위의 언어와 미세한 차이를 갖는 균등한 구조적 요소를 포함한다면 특허청구범위의 범주 내에 포함되는 것으로 간주된다. 또한, 제 1, 제 2 등의 용어의 사용은 임의의 순서 또는 중요도를 표시하는 것이 아니고 단지 하나 이상의 요소를 서로 구별하기 위해 사용된다. 또한, 용어, 단수의 사용은 양의 제한을 표시하는 것은 아니고 적어도 하나의 기준 항목의 존재를 표시하는 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 일 예의 MEMS 기반의 스위칭 시스템의 블럭도이다.
도 2는 도 2에 도시된 일 예의 MEMS 기반의 스위칭 시스템을 도시한 개략적 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 일 예의 MEMS 스위치 쌍의 어레이를 도시한 개략적 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 스위칭 시스템에 대한 대안의 실시예에 따른 MEMS 기반의 스위칭 시스템의 블럭도이다.
도 5는 도 3에 도시된 MEMS 기반의 스위칭 시스템을 도시한 개략적 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 MEMS 기반의 스위칭 시스템의 블럭도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 MEMS 스위치 어레이의 블럭도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전류 제어 장치의 블럭도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 단일 극 차단기 구성의 블럭도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 더블 극 차단기 구성의 블럭도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10; MEMS 기반 스위칭 시스템 11; 소프트 스위칭 시스템
12; 스위칭 회로 14; ARC 억제 회로
16; 단일 패키지 18; 개략도
19; 개략도 20; 스위치 어레이
21; 제 1 MEMS 스위치 쌍 22; 제 1 커넥션
23; 제 2 MEMS 스위치 쌍 24; 제 2 커넥션
25; MEMS 스위치 쌍 26; 게이트 커넥션
27; 제 1 MEMS 스위치 28; 밸런싱된 다이오드 브릿지
29; 제 1 브랜치 30; 제 1 다이오드
31; 제 2 브랜치 32; 제 2 다이오드
33; 스너버 회로 34; 제 3 다이오드
35; 제 2 MEMS 스위치 36; 제 4 다이오드
37; 게이트 제어 전극 38; 단일 패키지
39; 게이트 드라이버 40; 부하 회로
42; 제어 로직 입력 43; 제어 로직 입력
44; 전압 소스 46; 부하 인덕턴스
48; 부하 저항 50; 부하 회로 전류
52; 펄스 회로 54; 펄스 스위치
56; 펄스 캐패시터 58; 펄스 인덕턴스
60; 다이오드 62; 펄스 회로 전류
70; 검출 회로 72; 제어 회로
76; 스너버 저항기 78; 스너버 저항기
80; 전압 감지 회로 82; 전류 감지 회로
84; 제로 전압 비교기 88; 출력 신호
90; 제로 전류 기준 92; 제로 전류 비교기
94; 출력 신호 96; 인에이블 신호
100; NOR 게이트 102; 트리거 신호
104; 드라이버 106; 게이트 활성화 신호
110; ARC 억제 회로 111; 스위칭 회로
112; 스위칭 시스템 113; 단일 패키지
150; 전압 그레이딩 네트워크 151; 어레이
152; 밸런싱된 다이오드 브릿지 153; 펄스 회로
154; 전류 경로 155; 스위치 어레이
160; 스위치 어레이 161; 격리 장치
162; 바이패스 장치 163; 제어 회로
164; 전류 제어 장치 170; 차단기 폴
171; 전압 소스 172; 부하
174; 차단기 폴 175; 차단기 폴

Claims (10)

  1. 전류 제어 장치로서,
    소스 커넥션(24), 드레인 커넥션(22) 및 게이트 제어 전극(37)을 갖는 제 1 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 스위치(27)와,
    드레인 커넥션(22), 소스 커넥션(24) 및 게이트 제어 전극(37)을 갖는 제 2 MEMS 스위치(35)―상기 제 2 MEMS 소스 커넥션(24)은 상기 제 1 MEMS 스위치 소스 커넥션(24)에 접속됨―와,
    상기 제 1 MEMS 스위치 및 상기 제 2 MEMS 스위치와 전기적으로 접속되어 상기 제 1 MEMS 스위치 및 상기 제 2 MEMS 스위치의 개방을 용이하게 하는 회로(18)를 포함하는
    전류 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 MEMS 게이트 제어 전극 및 상기 제 2 MEMS 게이트 제어 전극(37)에 접속된 게이트 드라이버(39)를 더 포함하는 전류 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버(39)는 제 1 도전 상태로부터 제 2 도전 상태로 상기 제 1 MEMS 스위치(27) 및 상기 제 2 MEMS 스위치(35)를 변경하도록 배열되는 전류 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 MEMS 스위치(27) 및 상기 제 2 MEMS 스위치(35)는 상기 제 1 MEMS 스위치(27) 및 상기 제 2 MEMS 스위치(35)의 홀드 오프 전압이 상기 제 1 MEMS 스위치(27) 및 상기 제 2 MEMS 스위치(35) 각각에 대한 홀드 오프 전압의 합계가 되도록 배열되는 전류 제어 장치.
  5. 전류 제어 장치로서,
    직렬로 배열된 제 1 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 스위치(27) 및 제 2 MEMS 스위치(35)를 포함한 제 1 MEMS 스위치의 쌍(21)―상기 제 1 MEMS 스위치(27) 및 상기 제 2 MEMS 스위치(35)의 소스 커넥션들(24)은 직접 접속됨―과,
    상기 제 1 MEMS 스위치의 쌍(21)에 접속된 제 1 게이트 드라이버(39)와,
    상기 제 1 게이트 드라이버의 스위치에 전기적으로 접속되어 상기 제 1 MEMS 스위치의 개방을 용이하게 하는 회로(18)를 포함하는
    전류 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    직렬로 배열된 제 3 MEMS 스위치(27) 및 제 4 MEMS 스위치(35)를 포함한 제 2 MEMS 스위치의 쌍(23)―상기 제 3 MEMS 스위치(27) 및 상기 제 4 MEMS 스위치(35)의 소스 커넥션들은 직접 접속됨―과,
    상기 제 2 MEMS 스위치의 쌍(23)에 접속된 제 2 게이트 드라이버(39)를 더 포함하되,
    상기 제 2 게이트 드라이버(39)는 상기 회로(18)에 전기적으로 접속되는
    전류 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 MEMS 스위치의 쌍(23)은 상기 제 1 MEMS 스위치의 쌍(21)에 병렬로 접속되는 전류 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 회로는 HALT 회로(14)인 전류 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 MEMS 스위치의 쌍(21)의 홀드 오프 전압은 상기 제 1 MEMS 스위치(27) 및 상기 제 2 MEMS 스위치(35)의 홀드 오프 전압들의 합계인 전류 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 MEMS 스위치의 쌍(21)의 홀드 오프 전압은 상기 제 1 MEMS 스위치(27)의 홀드 오프 전압의 두 배인 전류 제어 장치.
KR1020080107302A 2007-11-01 2008-10-30 전류 제어 장치 KR101503929B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/933,856 2007-11-01
US11/933,856 US7554222B2 (en) 2007-11-01 2007-11-01 Micro-electromechanical system based switching

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090045095A true KR20090045095A (ko) 2009-05-07
KR101503929B1 KR101503929B1 (ko) 2015-03-18

Family

ID=40317035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080107302A KR101503929B1 (ko) 2007-11-01 2008-10-30 전류 제어 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7554222B2 (ko)
EP (1) EP2056315B1 (ko)
JP (1) JP5346551B2 (ko)
KR (1) KR101503929B1 (ko)
CN (1) CN101436490B (ko)
MX (1) MX2008013944A (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8145142B2 (en) * 2007-12-12 2012-03-27 Broadcom Corporation Method and system for increased resolution switching using MEMS and switched capacitors
US8687325B2 (en) * 2008-09-11 2014-04-01 General Electric Company Micro-electromechanical switch protection in series parallel topology
US8427792B2 (en) * 2009-05-29 2013-04-23 General Electric Company Method and system to enhance reliability of switch array
US8582254B2 (en) * 2009-05-29 2013-11-12 General Electric Company Switching array having circuitry to adjust a temporal distribution of a gating signal applied to the array
US8054589B2 (en) * 2009-12-16 2011-11-08 General Electric Company Switch structure and associated circuit
US8619395B2 (en) 2010-03-12 2013-12-31 Arc Suppression Technologies, Llc Two terminal arc suppressor
US20110316608A1 (en) 2010-06-29 2011-12-29 General Electric Company Switching array and methods of manufacturing and operation
GB2486493B (en) * 2010-12-17 2016-06-15 Ge Aviat Systems Ltd Switching circuits and methods of testing
US8350509B2 (en) * 2011-01-04 2013-01-08 General Electric Company Power switching system including a micro-electromechanical system (MEMS) array
JP2012238586A (ja) 2011-04-28 2012-12-06 General Electric Co <Ge> 印加されるゲート信号の時間分布を調整するための回路を有するスイッチアレイ
US8916996B2 (en) 2011-07-29 2014-12-23 General Electric Company Electrical distribution system
US9729134B2 (en) * 2012-08-28 2017-08-08 Abb Schweiz Ag Switching device and system for operating an electric load
US8659326B1 (en) * 2012-09-28 2014-02-25 General Electric Company Switching apparatus including gating circuitry for actuating micro-electromechanical system (MEMS) switches
DE102016215001A1 (de) * 2016-08-11 2018-02-15 Siemens Aktiengesellschaft Schaltzelle mit Halbleiterschaltelement und mikroelektromechanischem Schaltelement
JP6783930B2 (ja) * 2017-05-31 2020-11-18 本田技研工業株式会社 マイコン入力用スイッチ
GB2564434B (en) * 2017-07-10 2020-08-26 Ge Aviat Systems Ltd Power distribution switch for a power distribution system
WO2020160181A1 (en) 2019-01-29 2020-08-06 Arc Suppression Technologies Multi-phase, ac power contact arc suppressor
US11538640B2 (en) * 2019-09-30 2022-12-27 Rockwell Automation Technologies, Inc. Systems and methods for relay contact assembly reduction
JP2022092971A (ja) * 2020-12-11 2022-06-23 富士電機株式会社 駆動装置、半導体装置、および駆動方法

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3496409A (en) 1966-10-11 1970-02-17 Ohio Brass Co Spark gap and discharge control apparatus
US4384289A (en) 1981-01-23 1983-05-17 General Electric Company Transponder unit for measuring temperature and current on live transmission lines
DE3130277A1 (de) 1981-07-31 1983-02-17 Vacuumschmelze Gmbh, 6450 Hanau Magnetkern aus weichmagnetischem material fuer einen stromsensor mit einem magnetfeldabhaengigen halbleiterelement zur erfassung von gleich- und wechselstroemen
GB2123627A (en) 1982-04-08 1984-02-01 David Alan Dolbey Jones Electrical circuit interruption
US4827272A (en) 1984-06-04 1989-05-02 Davis Murray W Overhead power line clamp and antenna
GB8603781D0 (en) 1986-02-15 1986-03-19 Pilkington Brothers Plc Current probe
US4723187A (en) 1986-11-10 1988-02-02 General Electric Company Current commutation circuit
US4847780A (en) 1987-08-21 1989-07-11 Tennessee Valley Public Power Association Current measuring apparatus
US5374792A (en) 1993-01-04 1994-12-20 General Electric Company Micromechanical moving structures including multiple contact switching system
US5430597A (en) 1993-01-04 1995-07-04 General Electric Company Current interrupting device using micromechanical components
US5513061A (en) 1993-12-09 1996-04-30 Long Island Lighting Company Apparatus and method for distributing electrical power
US5426360A (en) 1994-02-17 1995-06-20 Niagara Mohawk Power Corporation Secondary electrical power line parameter monitoring apparatus and system
US5502374A (en) 1994-09-02 1996-03-26 Veris Industries, Inc. Current sensors
US5973896A (en) 1995-05-26 1999-10-26 David C. Nemir Shock and arc protection device for an electrical distribution system
US5699222A (en) 1995-11-14 1997-12-16 Eaton Corporation Apparatus and method for programming and reviewing a plurality of parameters of electrical switching device
US5889643A (en) 1997-09-29 1999-03-30 Eaton Corporation Apparatus for detecting arcing faults and ground faults in multiwire branch electric power circuits
US5943223A (en) 1997-10-15 1999-08-24 Reliance Electric Industrial Company Electric switches for reducing on-state power loss
US6054659A (en) 1998-03-09 2000-04-25 General Motors Corporation Integrated electrostatically-actuated micromachined all-metal micro-relays
WO1999046606A2 (en) 1998-03-11 1999-09-16 North American Power Products, Inc. Electrical power metering system
AUPP472498A0 (en) 1998-07-17 1998-08-13 Honeywell Limited An electrical supply measurement and management system
DE19846639A1 (de) 1998-10-09 2000-04-27 Abb Research Ltd Neue elektrische Schalteinrichtung
DE19850397A1 (de) 1998-11-02 2000-05-11 Abb Research Ltd Elektrische Fehlerstromschutz-Schalteinrichtung
DE60028379T2 (de) * 1999-03-30 2007-03-08 Siemens Energy & Automation, Inc. Speicherprogrammierbare steuerung
DE19927762A1 (de) 1999-06-17 2001-01-04 Abb Research Ltd Neue elektrische Schalteinrichtung zum Überstromschutz
FR2802360B1 (fr) 1999-12-14 2002-03-01 Legrand Sa Procede et dispositif d'alimentation electrique d'une charge par un variateur a au moins un interrupteur commande
US6481635B2 (en) 2000-07-21 2002-11-19 Gun Valley Temperature Controls Llc Environmental control method
US6611411B2 (en) 2001-04-06 2003-08-26 General Electric Company Trip signal verifying method and apparatus
EP1255268A1 (de) 2001-04-30 2002-11-06 Abb Research Ltd. Mikrorelaisschaltung zum Ausschalten oder Einschalten von Wechselströmen
WO2002101952A1 (en) 2001-06-12 2002-12-19 Main.Net Communications Ltd. Coupling circuits for power line communications
US6993417B2 (en) 2001-09-10 2006-01-31 Osann Jr Robert System for energy sensing analysis and feedback
US20030212473A1 (en) 2002-02-25 2003-11-13 General Electric Company Processing system for a power distribution system
JP2004103559A (ja) * 2002-07-15 2004-04-02 Toshiba Corp Ｍｅｍｓ装置
WO2004040761A1 (en) * 2002-10-29 2004-05-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Bi-directional double nmos switch
US6940363B2 (en) 2002-12-17 2005-09-06 Intel Corporation Switch architecture using MEMS switches and solid state switches in parallel
JP4385659B2 (ja) 2003-06-17 2009-12-16 ソニー株式会社 充電回路およびそれを用いた充電装置
EP1678564A1 (en) 2003-09-03 2006-07-12 Unitronics (1989) (R"G) Ltd. System and method for implementing logic control in programmable controllers in distributed control systems
US7664573B2 (en) 2003-09-26 2010-02-16 Siemens Industry, Inc. Integrated building environment data system
JP3861871B2 (ja) 2003-11-26 2006-12-27 サンケン電気株式会社 スイッチング電源装置
US6912082B1 (en) * 2004-03-11 2005-06-28 Palo Alto Research Center Incorporated Integrated driver electronics for MEMS device using high voltage thin film transistors
US7253615B2 (en) 2004-05-05 2007-08-07 General Electric Company Microelectromechanical system sensor and method for using
US7112951B2 (en) 2004-06-07 2006-09-26 General Electric Company MEMS based current sensor using magnetic-to-mechanical conversion and reference components
CN100403476C (zh) * 2004-09-27 2008-07-16 东南大学 射频微电子机械单刀双掷膜开关及其制造方法
US7252543B2 (en) 2004-12-08 2007-08-07 General Electric Company Methods and systems for measuring system loads and sub-metering electric power distribution
FR2880984B1 (fr) 2005-01-18 2007-02-23 Schneider Electric Ind Sas Dispositif de commutation avec limiteur electronique de courant
US7557563B2 (en) 2005-01-19 2009-07-07 Power Measurement Ltd. Current sensor assembly
US20060202933A1 (en) 2005-02-25 2006-09-14 Pasch Nicholas F Picture element using microelectromechanical switch
JP2006271032A (ja) 2005-03-22 2006-10-05 Sanyo Electric Co Ltd 半導体集積回路及びチャージポンプ回路
FR2883658B1 (fr) 2005-03-22 2009-04-24 Schneider Electric Ind Sas Dispositif de commutation d'un circuit electrique a ouverture sequentielle
US20070013357A1 (en) 2005-07-12 2007-01-18 Delta Electronics, Inc. Inverter apparatus with built-in programmable logic-controller
US7276991B2 (en) 2005-09-09 2007-10-02 Innovative Micro Technology Multiple switch MEMS structure and method of manufacture
CN2857065Y (zh) 2005-12-15 2007-01-10 汉士达企业股份有限公司 具电力频率载波的可程控器
US7876538B2 (en) * 2005-12-20 2011-01-25 General Electric Company Micro-electromechanical system based arc-less switching with circuitry for absorbing electrical energy during a fault condition
US20070173960A1 (en) 2006-01-23 2007-07-26 Shalabh Kumar Compact modular programmable logic controller
KR100804535B1 (ko) * 2006-02-28 2008-02-20 삼성에스디아이 주식회사 플라즈마 디스플레이 패널의 구동장치
KR101182868B1 (ko) * 2006-03-02 2012-09-13 삼성에스디아이 주식회사 전지 팩

Also Published As

Publication number Publication date
EP2056315B1 (en) 2014-07-23
JP5346551B2 (ja) 2013-11-20
JP2009117363A (ja) 2009-05-28
CN101436490B (zh) 2014-01-29
EP2056315A2 (en) 2009-05-06
MX2008013944A (es) 2009-05-26
CN101436490A (zh) 2009-05-20
US20090115255A1 (en) 2009-05-07
US7554222B2 (en) 2009-06-30
EP2056315A3 (en) 2013-03-06
KR101503929B1 (ko) 2015-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101503929B1 (ko) 전류 제어 장치
US8358488B2 (en) Micro-electromechanical system based switching
KR101450364B1 (ko) Ｈｖａｃ 시스템
US7885043B2 (en) Remote-operable micro-electromechanical system based over-current protection apparatus
EP2162895B1 (en) Micro-electromechanical system based switching
KR20100021610A (ko) Ｍｅｍｓ 마이크로-스위치 어레이 기반의 전류 제한 인에이블된 회로 인터럽트 장치 및 이것의 구현 방법
US8350509B2 (en) Power switching system including a micro-electromechanical system (MEMS) array
US7808764B2 (en) System and method for avoiding contact stiction in micro-electromechanical system based switch
JP5806589B2 (ja) Ｍｅｍｓ方式スイッチング・システム
EP2017870B1 (en) Micro-electromechanical system based soft switching

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant