[发明专利]使用MEMS开关用于故障中断的系统和方法

说明书

一种电气系统包括操作MEMS开关和与操作MEMS开关串联地定位的故障中断MEMS开关，操作MEMS开关能够在导通和截止状态操作以使得电流能够流向负载和禁止电流流向负载。故障中断MEMS开关能够在导通和截止状态操作，以使得电流能够流向电力负载和禁止电流流向电力负载，其中不管操作MEMS开关的状态如何，故障中断MEMS开关在截止状态的操作禁止电流流向负载。故障传感器控制系统操作以感测系统变量，分析系统变量以检测故障是否正影响电气系统，并且一旦检测到故障，则将故障中断MEMS开关从导通状态切换到截止状态，以中断电流通过操作MEMS开关流向负载。

背景技术

本发明的实施例大体上涉及微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)开关，并且更具体地涉及使用MEMS开关用于故障中断的系统和方法。

MEMS是一种技术，以其最通常的形式，其可以定义为使用微型制造技术制成的小型化的机械和机电元件(即器件和结构)。MEMS器件的临界物理尺寸可以从尺寸谱的较低端的远低于一个微米一直到几个毫米变化。同样，MEMS器件的类型可以从没有任何运动元件的相对简单的结构到具有在集成微电子的控制下的多个运动元件的极端复杂的机电系统变化，其中，独立式(free-standing)MEMS结构或“梁(beam)”经常充当例如继电器。

关于具有运动元件的MEMS器件，这种运动元件可以是独立式和悬挂式MEMS结构的形式，其被配置为其中第一端锚定到衬底(例如，熔融石英、玻璃、硅衬底)、以及第二自由端具有触点的悬臂。当MEMS器件被激励时，独立式MEMS结构移动其触点抵靠器件衬底上并在MEMS结构触点下方的衬底触点。

具体关于MEMS器件，还认识到，在操作中，独立式结构与衬底触点的接触可以使独立式结构(即独立式结构的触点)经历由于以下情况造成的机械磨损：与衬底触点的重复物理冲击、由焦耳加热造成独立式结构触点的加热以及独立式结构触点和衬底触点之间的放电。独立式结构触点的这种磨损可能最终导致MEMS开关中的可靠性问题。

在MEMS开关中由于独立式结构触点的磨损产生的一个常见可靠性问题是触点变成卡在闭合状态。可能造成卡在闭合状态的触点失效模式的其它条件有由于热切换条件造成的电弧、由于德瓦尔斯力(van der Waals force)造成的静摩擦、梁的塑性形变、或当MEMS器件处于导通条件时的栅极驱动器失效。取决于MEMS开关所安装的系统，卡在闭合状态的故障条件可能引起卡住的MEMS开关的上游或下游的更多的失效，且在包括大量的MEMS开关的应用中可能是特别有问题的。

要认识到，在MEMS开关中卡在闭合状态的失效模式不是可能出现在电气系统中的唯一失效模式。其它失效模式包括例如短路、开路、电压暂态或电力剧变或尖峰、电力故障、电力跌落、电压不足或欠电压条件、过电压条件、电力线路噪声、频率变化、开关暂态、谐波畸变和冷却系统失效。如同在MEMS开关中的卡在闭合状态的失效模式一样，上面列出的失效中的任何一种如果没有被适当地检测和管理则会对系统造成破坏。

因此，期望提供快速动作和成本有效的解决方案以中断包含在正经历失效的电气系统中的MEMS开关的电路。

发明内容