[發明專利]具有用于驅動機電開關的電源電壓的電路系統

無效

• 申請號: 200810082138.5
• 申請日: 2008-03-03
• 公開（公告）號: CN101388302A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: J·I·賴特;K·蘇布拉馬尼安;N·C·R·赫其斯;J·N·帕克
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01H47/00
• 分類號: H01H47/00;H01H9/54;H01H59/00;H02M5/32;H02M7/06;H02M1/14;H05B37/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王 岳;張志醒

技術領域

本發明總體上涉及電壓轉換，更具體而言，涉及結合了用于控制流過其中的電流的電流負載和開關的電路和系統。

背景技術

通常使用開關DC電壓電源或開關AC電源將機電開關門控成導通或不導通狀態。眾多應用需要非常快速的開關特性，這些特性可以利用微機電(MEMS)開關來達到。這種開關具有獨特的電壓和電流特性，并且可以達到大約3到20微秒的開關速度。隨著開關部件的尺寸不斷變小，能夠提供可接受的性能和封裝尺寸的驅動電路的特性正在變得更為苛刻。

在許多電源電路應用中，其中例如包括電視和熒光燈，通常將線繞電磁變壓器用于電壓轉換。在電磁變壓器中，通過初級繞組和次級繞組之間的磁耦合來轉移能量。這使電路易受EMI影響，并且常常期望更好的電絕緣。電磁變壓器在磁芯上需要大量的導線匝，以便實現大的變壓比。隨著在電源電子器件中使部件小型化的趨勢，卷繞工藝通常導致重的、體積大的設備。例如在半導體襯底或PCB上形成的平面變壓器更緊湊，但仍然是復雜、昂貴、面積密集的，并且限制可獲得的運行功率的范圍。

為了完全實現當前和將來MEMS開關設計的潛在益處，期望開發這樣的開關系統，其以期望的速度可靠地操作并可以通過更有效的電路來供電，以及其可以使用現有的微電子技術以相對較小的體積來制造。

發明內容

根據本發明的眾多實施例，提供一種用于控制負載的操作的電路。MEMS開關被放置在電路中，以便將負載置于導通狀態或不導通狀態的其中之一，以及壓電變壓器提供相對的高電壓輸出信號或相對的低電壓輸出信號，以便在將負載置于導通狀態的閉合位置與斷開位置之間控制開關的移動，其中該高電壓輸出信號包括在變壓器的諧振頻率范圍內的頻率分量。控制電路將輸入電壓信號提供給壓電變壓器，以便在壓電變壓器的輸出端子處提供該高電壓輸出信號或該低電壓輸出信號。該高電壓輸出信號的峰值與該輸入電壓信號的峰值的比的范圍可以是從5到10。

根據本發明的其它實施例，一種用于向MEMS開關提供驅動電壓的電路包括具有特征諧振頻率的壓電變壓器，其中該變壓器的輸出端子被耦合到柵極。可以耦合驅動電路，以便利用具有不同于特征諧振頻率的頻率分量的第一相對低電壓信號給變壓器通電，其中該第一信號具有第一峰值電壓，以便使變壓器響應于該第一信號而提供第二信號，其中該第二信號也具有不同于峰值諧振頻率的頻率分量，并且該第二信號具有大于第一峰值電壓的第二峰值電壓。該電路可以包括耦合在變壓器輸出端子和柵極之間的整流電路，以便將第二信號轉換成能夠改變MEMS開關的狀態的整流信號。

仍然根據本發明的其它實施例，一種系統包括具有電源電壓、負載和機電開關的電路，該機電開關具有可移動到將開關置于導通模式的第一位置并且可移動到將開關置于不導通模式的第二位置的元件。該開關還包括控制端子，用于有選擇地施加或去除靜電力，以便將該元件置于第一位置或第二位置。壓電變壓器的高電壓端子被連接到控制端子，并且變壓器的第二端子被連接以接收輸入信號，使得通過將第一電平信號施加到第二端子，高電壓端子向控制端子提供具有足夠電壓的高電壓信號，以便產生將該元件從其中一個位置移動到另一個位置的靜電場。

在一種用于控制負載的操作的方法的實施例中，利用MEMS開關和具有諧振頻率范圍的壓電變壓器來形成電路，該MEMS開關被放置成將負載置于導通狀態或不導通狀態的其中之一，該諧振頻率范圍具有峰值諧振頻率。將相對的高電壓輸出信號或相對的低電壓輸出信號提供給壓電變壓器的輸出端子，以便在閉合位置和斷開位置之間控制開關的移動，其中該高電壓輸出信號包括在變壓器的諧振頻率范圍內的頻率分量。可以根據控制信號來驅動壓電變壓器的輸入端子，以便在壓電變壓器的輸出端子上有選擇地提供該高電壓輸出信號或該低電壓輸出信號。

根據一種用于優化來自壓電變壓器的輸出電壓的上升時間和下降時間的方法的實施例，其中該壓電變壓器可以被耦合以便在導通狀態和不導通狀態之間驅動MEMS開關，利用輸入信號給變壓器通電以產生高電壓輸出信號，該輸入信號具有作為相對于變壓器的諧振頻率的偏移的頻率。對該輸出信號進行整流，并施加該整流信號以便將MEMS開關從導通狀態和不導通狀態的其中之一驅動到另一種狀態。在一些實施例中，響應于輸入信號的峰值而產生的輸出信號的峰值大于輸入信號的峰值。

附圖說明

通過下面的描述將會更清楚地理解本發明，其中僅僅通過例子并參考附圖來說明各實施例，其中：