(57)【要約】  電気システムは、負荷への電流の流れを可能にするおよび不可能にするオン状態およびオフ状態で動作可能である動作ＭＥＭＳスイッチと、動作ＭＥＭＳスイッチと直列に設置された故障遮断ＭＥＭＳスイッチとを含む。故障遮断ＭＥＭＳスイッチは、電気的負荷への電流の流れを可能にするおよび不可能にするオン状態およびオフ状態で動作可能であり、オフ状態での故障遮断ＭＥＭＳスイッチの動作が動作ＭＥＭＳスイッチの状態に拘わらず負荷への電流の流れを不可能にすることをともなう。故障センサ制御システムは、システム変数を検知し、故障が電気システムに悪影響を及ぼしているかを検出すためにシステム変数を解析し、故障の検出で、負荷へと動作ＭＥＭＳスイッチを通って流れている電流を遮断するために、故障遮断ＭＥＭＳスイッチをオン状態からオフ状態へと切り替える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
故障遮断微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチユニット（４４）を有する電気システム（４２、６８）であって、
第１の電気パス（５６、８６）内に設置された第１の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）であり、前記第１の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）は電流が第１の電気的負荷（５４、７６）へと流れることを可能にするオン状態および電流が前記第１の電気的負荷（５４、７６）へと流れることを不可能にするオフ状態で動作可能である、第１の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）と、
前記第１の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）と直列に設置された第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）であり、前記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）は電流が前記第１の電気的負荷（５４、７６）へと流れることを可能にするオン状態および電流が前記第１の電気的負荷（５４、７６）へと流れることを不可能にするオフ状態で動作可能であり、前記オフ状態での前記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）の動作は前記第１の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）の前記状態に拘わらず電流が前記第１の電気的負荷（５４、７６）へと流れることを不可能にする、第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）と、
第１のシステム変数を検知するために設置された第１の故障センサ（４８）と、
前記第１の故障センサ（４８）から前記第１のシステム変数を受信し、
故障が前記電気システム（４２、６８）に悪影響を及ぼしているかを検出すために前記第１のシステム変数を解析し、
故障の検出で、前記第１の電気的負荷（５４、７６）へと前記第１の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）を通って流れている電流を遮断するために、前記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）を前記オン状態から前記オフ状態へと切り替える
ようにプログラムされた制御システム（５０、７０）と
を備える、電気システム。
【請求項２】
第２のシステム変数を検知するように設置された第２の故障センサ（４８）をさらに備え、
前記制御システム（５０、７０）が、
前記第２の故障センサ（４８）から前記第２のシステム変数を受信し、
故障が前記電気システム（４２、６８）に悪影響を及ぼしているかを検出すために前記第２のシステム変数を解析し、
前記第１および第２のシステム変数のうちのいずれかの前記解析に基づいた故障の検出で、前記第１の電気的負荷（５４、７６）へと前記第１の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）を通って流れている電流を遮断するために、前記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）を前記オン状態から前記オフ状態へと切り替える
ようにさらにプログラムされる、請求項１記載の電気システム。
【請求項３】
第２の電気パス（６２）内で前記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）と直列に配置された第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）であって、前記第２の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（５８）は電流が前記第１の電気的負荷（５４）へと流れることを可能にするオン状態および電流が前記第１の電気的負荷（５４）へと流れることを不可能にするオフ状態で動作可能である、第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）をさらに備え、
前記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）が前記オフ状態であるときに、前記第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）の前記状態に拘わらず電流が前記電気的負荷（５４）へと流れることを不可能にする、
請求項１記載の電気システム。
【請求項４】
前記第１の電気パス（８６）とは別の第２の電気パス（８８）内に設置された第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）であって、前記第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）は電流が前記第１の電気的負荷（７６）へと流れることを可能にするオン状態および電流が前記第１の電気的負荷（７６）へと流れることを不可能にするオフ状態で動作可能である、第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）と、
前記第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）と直列に設置された第２の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）であって、前記第２の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）は電流が前記第１の電気的負荷（７６）へと流れることを可能にするオン状態および前記第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）の前記状態に拘わらず電流が前記第１の電気的負荷（７６）へと流れることを不可能にするオフ状態を含む、第２の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）と
をさらに備え、
前記制御システム（７０）が、故障の検出で、前記第１の電気的負荷（７６）へと前記第１および第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）を通って流れている電流を遮断するために、前記第２の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）を前記オン状態から前記オフ状態へと切り替えるようにさらにプログラムされる、
請求項１記載の電気システム。
【請求項５】
前記第１の電気パス（８６）とは並列の第２の電気パス（８８）内に設置された第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）であって、前記第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）は電流が第２の電気的負荷（８０）へと流れることを可能にするオン状態および電流が前記第２の電気的負荷（８０）へと流れることを不可能にするオフ状態で動作可能である、第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）をさらに備え、
前記第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）と直列に設置された第２の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）であって、前記第２の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）は電流が前記第２の電気的負荷（８０）へと流れることを可能にするオン状態および前記第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）の前記状態に拘わらず電流が前記第２の電気的負荷（８０）へと流れることを不可能にするオフ状態を含む、第２の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）をさらに備え、
前記制御システム（７０）が、故障の検出で、前記第１の電気的負荷（８０）へと前記第１および第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）を通って流れている電流を遮断するために、前記第２の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）を前記オン状態から前記オフ状態へと切り替えるようにさらにプログラムされる、
請求項１記載の電気システム。
【請求項６】
前記制御システム（５０、７０）は、
前記第１の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）が前記オン状態に固着したかを判断するために前記第１のシステム変数を解析し、
前記第１の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）が前記オン状態に固着したことを判断すると、前記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）を前記オン状態から前記オフ状態へと切り替える
ようにプログラムされる、請求項１記載の電気システム。
【請求項７】
前記制御システムが、前記電気システム（４２、６８）の起動で前記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）を前記オン状態で動作させるようにさらにプログラムされる、請求項１記載の電気システム。
【請求項８】
前記制御システム（５０、７０）は、短絡、開回路、パワーサージ、停電、パワーサグ、電圧不足状態、過電圧状態、電線雑音、周波数変動、過渡スイッチング、高調波歪および冷却システム機能停止のうちの１つが前記電気システムに悪影響を及ぼすかを検出するために前記第１のシステム変数を解析するようにプログラムされる、請求項１記載の電気システム。
【請求項９】
前記動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）および前記故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）が、前記ＭＥＭＳスイッチ（５８）と前記故障遮断ＭＥＭＳスイッチ（４６）との間のいずれかの相互接続性回路とともに、１つのモノリシック基板上に並行して構築される、請求項１記載の電気システム。
【請求項１０】
故障状態の検出で電気回路（４２、６８）内の電流を遮断する方法であって、
前記電気回路（４２、６８）への入力部のところで受電するステップと、
電流が前記入力部から第１の回路負荷（５４、７６）へと流れることを可能にするために前記電気回路（４２、６８）の電源投入でコントローラ（５０、７０）を介して第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）を閉にするステップであり、前記第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）が第１の電流パス（５６、８６）内に設置される、第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）を閉にするステップと、
前記第１の電流パス（５６、８６）を通り前記第１の回路負荷（５４、７６）へと電流を供給しそして前記第１の電流パス（５６、８６）を通る電流を遮断するために、前記第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）と直列の第１の動作ＭＥＭＳスイッチを選択的に動作させるステップと、
第１の故障センサ（４８）を介して、前記電気回路（４２、６８）に悪影響を及ぼす第１の特性を測定するステップと、
前記コントローラ（５０、７０）に前記測定した第１の特性を提供するステップと、
前記コントローラ（５０、７０）を介して、故障状態が存在するかを検出するために前記測定した第１の特性をモニタするステップと、
前記コントローラ（５０、７０）を介して、前記第１の回路負荷（５４、７６）へと流れている電流を遮断しかつ前記電気回路（４２、６８）への損傷を防止するために、故障状態が存在することを検出すると前記第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）を開にするステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
故障状態が存在するかを検出するために前記測定した第１の特性をモニタするステップは、前記第１の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）が閉位置に固着したことを前記測定した第１の動作特性が示しているかどうかを判断するステップを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
電流が前記入力部から前記第１の回路負荷（７６）へと流れることを可能にするために前記電気回路（６８）の電源投入で前記コントローラ（７０）を介して第２の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）を閉にするステップであり、前記第２の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）が前記第１の電流パス（８６）に並列な第２の電流パス（８８）内に設置される、第２の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）を閉にするステップと、
前記第２の電流パス（８８）を通り前記第１の回路負荷（７６）へと電流を供給しそして前記第２の電流パス（８８）を通る電流を遮断するために、前記第２の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）と直列の第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）を選択的に動作させるステップと、
前記コントローラ（７０）を介して、前記第１の電気的負荷（７６）へと流れている電流を遮断しかつ前記電気回路（６８）への損傷を防止するために、故障状態が存在することを検出すると前記第２の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）を開にするステップと
をさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
電流が前記入力部から第２の回路負荷（８０）へと流れることを可能にするために前記電気回路（６８）の電源投入で前記コントローラ（７０）を介して第２の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）を閉にするステップと、
前記第２の回路負荷（８０）に電流を供給するために前記第２の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）と直列の第２の動作ＭＥＭＳスイッチ（５８）を選択的に動作させるステップと、
前記コントローラ（７０）を介して、前記第１の電気的負荷（８０）へと流れている電流を遮断しかつ前記電気回路への損傷を防止するために、故障状態が存在することを検出すると前記第２の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）を開にするステップと
をさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
第２の故障センサ（４８）を介して、前記電気回路（４２、６８）に悪影響を及ぼす第２の特性を測定するステップと、
前記コントローラ（５０、７０）に前記測定した第２の特性を提供するステップと、
前記コントローラ（５０、７０）を介して、故障状態が存在するかを検出するために前記測定した第２の特性をモニタするステップと、
をさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）を閉にするステップが、前記第１の電気的負荷（５４、７６）に電気的につなげられたコンタクト部（１２）に対して前記入力部に電気的につなげられた自立式構造（１６）を引っ張るために十分なゲート電圧を電極（２６）に印加するステップを含み、
前記第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチ（４６）を開にするステップは、前記自立式構造（１６）が前記コンタクト部（１２）から離れるように前記電極（２６）から前記ゲート電圧を除去するステップを含む、
請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチ、より詳細にはＭＥＭＳスイッチを使用している故障遮断のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳは、その最も一般的な形態で、微細加工の技術を使用して作成される小型化した機械素子および電気機械素子（すなわち、デバイスおよび構造）として規定することができる技術である。ＭＥＭＳデバイスの限界物理寸法は、寸法範囲の下限では１ミクロンよりはるかに下から数ミリメートルまで変わり得る。同様に、ＭＥＭＳデバイスのタイプは、可動素子を持たない比較的単純な構造から、例えば、リレーとしてしばしば動作する自立式ＭＥＭＳ構造または「ビーム」を有し、集積型マイクロエレクロニクスで制御される多数の可動素子を有する極端に複雑な電気機械システムまで変わり得る。
【０００３】
可動素子を有するＭＥＭＳデバイスに関して、このような可動素子を、基板（例えば、石英ガラス基板、ガラス基板、シリコン基板）に固定された第１の端部およびコンタクト部を有する第２の自由端部を有するカンチレバーとして構成された自立式ＭＥＭＳ構造および吊下げ型ＭＥＭＳ構造の形態とすることができる。ＭＥＭＳデバイスを起動させると、自立式ＭＥＭＳ構造は、デバイス基板上でありＭＥＭＳ構造コンタクト部の下の基板コンタクト部に対してそれ自体のコンタクト部を移動させる。
【０００４】
特にＭＥＭＳスイッチに関して、動作中に、基板コンタクト部と自立式構造が接触することは、基板コンタクト部との物理的衝突の繰り返し、ジュール加熱による自立式構造コンタクト部の加熱、および自立式構造コンタクト部と基板コンタクト部との間の放電に起因する機械的な疲労を自立式構造（すなわち、自立式構造のコンタクト部）に経験させることあり得ることがさらに認識されている。自立式構造コンタクト部のこの疲労は、ＭＥＭＳスイッチにおける信頼性問題に結局はつながることがある。
【０００５】
自立式構造コンタクト部の疲労からもたらされるＭＥＭＳスイッチにおける１つの一般的な信頼性問題は、コンタクト部が閉固着するようになることである。閉固着コンタク機能停止モードの一因になることがある他の条件は、高温スイッチング条件に起因するアーク放電、ファンデルワールス力に起因するスティクション、ビームの塑性変形、またはＭＥＭＳスイッチがオン状態であるときのゲートドライバ機能停止である。ＭＥＭＳスイッチが取り付けられるシステムに応じて、閉固着故障状態は、固着したＭＥＭＳスイッチの上流または下流にさらなる機能停止を引き起こすことがあり、数多くのＭＥＭＳスイッチを含む用途では特に問題を含むことがある。
【０００６】
ＭＥＭＳスイッチにおける閉固着機能停止モードが、電気システムにおいて生じることがある唯一の機能停止モードではないことが認識される。他の機能停止モードは、例えば、短絡、開回路、過渡電圧またはパワーサージもしくはスパイク、停電、パワーサグ、節電または電圧不足状態、過電圧状態、電線雑音、周波数変動、過渡スイッチング、高調波歪、および冷却システム機能停止を含む。ＭＥＭＳスイッチにおける閉固着機能停止モードと同様に、上に列挙した機能停止のうちのいずれかが検出されずそして適切に管理されない場合には、上記の機能停止のうちのいずれかがシステムに損傷を生じさせるだろう。
【０００７】
これゆえ、機能停止を経験している電気システムにおいてＭＥＭＳスイッチを含んでいる回路を遮断するための早く動作しコスト効率の良い解決策を提供することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第２００８／３１００５６（Ａ１）号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様によれば、故障遮断ＭＥＭＳスイッチユニットを有する電気システムは、第１の電気パス内に設置された第１の動作ＭＥＭＳスイッチを備え、上記第１の動作ＭＥＭＳスイッチは、電流が第１の電気的負荷へと流れることを可能にするオン状態および電流が上記第１の電気的負荷へと流れることを不可能にするオフ状態で動作可能である。上記電気システムは、上記第１の動作ＭＥＭＳスイッチと直列に設置された第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチをやはり含み、上記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチは、電流が上記第１の電気的負荷へと流れることを可能にするオン状態および電流が上記第１の電気的負荷へと流れることを不可能にするオフ状態で動作可能であり、上記オフ状態での上記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチの動作は、上記第１の動作ＭＥＭＳスイッチの上記状態に拘わらず電流が上記第１の電気的負荷へと流れることを不可能にする。上記電気システムは、第１のシステム変数を検知するために設置された第１の故障センサと、上記第１の故障センサから上記第１のシステム変数を受信し、故障が上記電気システムに悪影響を及ぼしているかを検出すために上記第１のシステム変数を解析し、故障の検出で、上記第１の電気的負荷へと上記第１の動作ＭＥＭＳスイッチを通って流れている電流を遮断するために、上記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチを上記オン状態から上記オフ状態へと切り替えるようにプログラムされた制御システムとをさらに含む。
【００１０】
本発明のもう１つの態様によれば、故障状態の検出で電気回路内の電流を遮断する方法は、上記電気回路への入力部のところで受電するステップと、電流が上記入力部から第１の回路負荷へと流れることを可能にするために上記電気回路の電源投入でコントローラを介して第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチを閉にするステップとを含み、上記第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチが第１の電流パス内に設置される。上記方法は、上記第１の電流パスを通り上記第１の回路負荷へと電流を供給しそして上記第１の電流パスを通る電流を遮断するために、上記第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチと直列の第１の動作ＭＥＭＳスイッチを選択的に動作させるステップと、第１の故障センサを介して、上記電気回路に悪影響を及ぼす第１の特性を測定するステップと、上記コントローラに上記測定した第１の特性を提供するステップとをさらに含む。上記方法は、上記コントローラを介して、故障状態が存在するかを検出するために上記測定した第１の特性をモニタするステップと、上記コントローラを介して、上記第１の電気的負荷へと流れている電流を遮断しかつ上記電気回路への損傷を防止するために、故障状態が存在することを検出すると上記第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチを開にするステップとをさらに含む。
【００１１】
本発明のさらにもう１つの態様によれば、ＭＥＭＳスイッチ機能停止保護を行うパワーシステムは、電源と、上記電源から受電する第１のシステム負荷と、第１の回路パスに沿って上記電源と上記第１のシステム負荷との間に配置された第１のプロセスＭＥＭＳスイッチとを含み、上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチは上記電源から上記第１のシステム負荷へと流れている電流を選択的に制御するために閉位置および開位置で動作可能である。上記パワーシステムは、上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチと直列に設置されそして上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチを通って流れている電流を選択的に制御するために閉位置および開位置で動作可能である第１の機能停止分離ＭＥＭＳスイッチを有する機能停止分離ＭＥＭＳスイッチモジュールと、上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチの上記位置に対応する第１のシステム特性を測定する第１の機能停止センサと、上記第１の機能停止センサから上記第１のシステム特性を受信し、上記第１のシステム特性を使用して、上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチが上記閉位置に固着しているかを判断し、上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチが上記閉位置に固着していることを判断すると、上記第１のシステム負荷を上記電源から電気的に分離するために上記第１の機能停止分離ＭＥＭＳスイッチを上記閉位置から上記開位置へと切り替えるようにプログラムされた制御ユニットとをやはり含む。
【００１２】
様々な他の特徴および長所は、下記の詳細な説明および図面から明らかにされるだろう。
【００１３】
図面は、本発明を実行するために現在考えられている実施形態を図示している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、ＭＥＭＳスイッチの模式的斜視図である。
【図２】開位置での図１のＭＥＭＳスイッチの模式的側面図である。
【図３】閉位置での図１のＭＥＭＳスイッチの模式的側面図である。
【図４】本発明の実施形態による、故障遮断ＭＥＭＳスイッチモジュールを組み込んでいるパワーシステムの模式図である。
【図５】本発明のもう１つの実施形態による、故障遮断ＭＥＭＳスイッチモジュールを組み込んでいるパワーシステムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書において記述する本発明の実施形態は、ＭＥＭＳスイッチを使用して故障状態または機能停止モード中にパワーまたは電気回路またはシステムを遮断することに関する。電気的負荷から電源を分離するために故障中にパワーまたは電気システムまたは回路を遮断するための故障または機能停止遮断または分離ＭＥＭＳスイッチを含んでいる故障または機能停止遮断または分離ＭＥＭＳスイッチモジュールを提供する。ＭＥＭＳスイッチモジュール内の制御システムは、システムの電源投入または始動で故障遮断ＭＥＭＳスイッチを閉にし、故障状態が生じているかどうかを表している特性または変数を測定する故障または機能停止センサからのフィードバックに基づいて故障遮断ＭＥＭＳスイッチを開にする。
【００１６】
図１〜図３を参照すると、静電微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチ１０の模式的斜視図が、本発明の例示的な実施形態にしたがって示されている。図１〜図３に示した例示的な実施形態によれば、ＭＥＭＳスイッチ１０は、導電性材料（例えば、金属）から構成される基板コンタクト部１２を含む。ＭＥＭＳスイッチ１０はやはり、下記に非常に詳細に論じられるように、コンタク部１２を越えて延びるカンチレバー部分１８を有する自立式構造１６をともないかつ、例示的な実施形態では、構造に機械的に結合されかつ電気的に接続されたシード層２０によって覆われている自立式構造１６の下側または底面１７をともなう−ビームなどの−自立式構造／機械的素子１６を備える自立式および吊下げ型機械的ＭＥＭＳ構造１４を含む。自立式構造１６は、固定部分２２によって支持され、この固定部分からカンチレバー部分１８が延び、カンチレバー部分を自立式構造１６と一体化することができる。固定部分２２は、自立式構造１６のカンチレバー部分１８を基板２４上に形成した導電性マウント部２１などの下にある支持構造に接続するように働く。基板２４を、例えば、シリコンおよびシリコン系基板（例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ））、石英ガラスまたはガラスを含め、ＭＥＭＳデバイス製造のために適した多数の材料のうちのいずれかから形成することができる。
【００１７】
図２および図３に示したように、自立式構造１６を、図２に示した第１の接触していないオフまたは開位置または状態と、図３に示した第２の接触しているオンまたは閉位置または状態との間を選択的に移動可能であるように構成することができ、第１の開位置では自立式構造１６（およびシード層２０）が離間距離ｄだけコンタク部１２から離れ、第２の閉位置では自立式構造１６（およびシード層２０）がコンタク部１２と電気的に接触する。示したように、シード層２０は自立式構造１６に関する電気的コンタク部として作用する。それはそうとして、シード層２０が電気的コンタク部１２と機械的に接触し電気的に通じると、シード層２０は、自立式構造１６とコンタク部１２とを電気的につなげる。さらに、自立式構造１６およびシード層２０は、接触している位置と接触していない位置との間を動くときに変形を受けるように構成されてもよく、その結果、自立式構造１６およびシード層２０は、接触していない位置に自然に配置され（すなわち、外部から加えられる力がない）、そして機械的エネルギーを自立式構造の中に蓄えながら接触している位置を占めるように変形することができる。他の実施形態では、自立式構造１６およびシード層２０の未変形の構成を接触している位置とすることができる。
【００１８】
図１を再び参照して、ＭＥＭＳスイッチ１０は、電極２６をやはり含むことができ、電極は、適切にチャージされると、電極２６と自立式構造１６およびシード層２０との間に電位差を与え、結果として自立式構造１６およびシード層２０を電極２６に向けてかつコンタク部１２とは反対に引っ張る静電力をもたらす。電極２６への十分な電圧の印加で、静電力は、自立式構造１６およびシード層２０を変形させ、これによって自立式構造１６およびシード層２０を図２に示した接触していない（すなわち、開または導電しない）位置から図３に示した接触している（すなわち、閉または導電する）位置へと移動させる。これゆえ、電極２６を、ＭＥＭＳ構造１４の開閉を制御するように働く電極２６に印加される（「ゲート電圧」と呼ばれる）電圧を用いてＭＥＭＳスイッチ１０に対する「ゲート」として作用させることができる。電極２６を、ゲート電源２８とつなげることができ、その結果、ゲート電圧ＶＧを電極２６に選択的に印加することができる。
【００１９】
コンタク部１２、自立式構造１６およびシード層２０は、回路３０の構成要素である。例示的な回路３０は、第１の側３２および第２の側３４を有し、これらは相互に接続されないときには、（一方の側だけが電源３６に接続されている場合には）互いに相対的に異なる電位にある。コンタク部１２および自立式構造１６を、シード層２０によって、回路３０のいずれかの側３２、３４にそれぞれ接続することができ、その結果、第１の位置と第２の位置との間での自立式構造１６およびシード層２０の変形がそこを通る電流をそれぞれ流し、遮断するように作用する。自立式構造１６およびシード層２０を、ＭＥＭＳ構造１４が利用される用途によって決められる（一様でも一様でなくてもいずれかの）頻度でコンタク部１２と繰り返して接触させそして切り離すことができる。コンタク部１２およびシード層２０を含む自立式構造１６の底面１７が互いに離れているときに、コンタク部１２と自立式構造１６との間の電圧差は「スタンドオフ電圧」と呼ばれる。
【００２０】
１つの実施形態では、自立式構造１６およびシード層２０を電源３６と（例えば、もう１つの構造２２を介して）つなげることができ、コンタク部１２を、負荷抵抗ＲＬを有する電気的負荷３８とつなげることができる。電源３６を、電圧源または電流源とし動作させることができる。自立式構造１６およびシード層２０は、電気的コンタク部（すなわち、オーミックコンタクト）として作用し、自立式構造１６およびシード層２０が接触している位置であるときに負荷電流が電源３６から自立式構造１６およびシード層２０を通ってコンタク部１２へとそして電気的負荷３８へと流れることを可能にし、そうでなければ電気パスを途絶させるまたは遮断し、自立式構造１６およびシード層２０が接触していない位置であるときには電源から負荷への電流の流れを妨げる。
【００２１】
上に説明したＭＥＭＳ構造１４を、設計が似ているか似ていないかに拘わらず、全体の回路の電流容量および電圧容量を大きくするために他のスイッチ構造を含んでいる電気またはパワーシステムまたは回路の部品として利用することができる。スイッチ構造が開であるときにはスタンドオフ電圧の一様な分布を、そしてスイッチ構造が閉であるときには電流の一様な分布を容易にするために、このようなスイッチ構造を直列にまたは並列に構成することができる。
【００２２】
図４をここで参照して、本発明の実施形態による、故障または機能停止遮断または分離ＭＥＭＳスイッチモジュールまたはユニット４４を組み込んでいる電気またはパワーシステムまたは回路４２の模式図を示す。故障遮断ＭＥＭＳスイッチモジュール４４は、パワーシステム４２を通って流れている電流を遮断しかつ各電源から各電気的負荷を分離することによって故障状態または機能停止モード中にパワーシステム４２保護する。ＭＥＭＳスイッチモジュール４４は、故障または機能停止分離または遮断ＭＥＭＳスイッチ４６、故障または機能停止センサ４８、および制御システムまたはユニット５０を含み、制御システム５０は、故障センサ４８から受信する測定したまたは検知した回路またはシステム特性または変数に基づいて故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を制御する。パワーシステム４２はさらに、電気パス、電流パス、または回路パス５６に沿って、電源またはパワーシステム、回路負荷または電気的負荷５２、および電源またはパワーシステム、回路負荷または電気的負荷５４を含む。電気パス５６は、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６および動作またはプロセスＭＥＭＳスイッチ５８を介して電源または負荷５２を電源または負荷５４に電気的に接続するまたはつなげる。
【００２３】
パワーシステム４２はやはり、任意選択の電源、回路、または電気的負荷６０を含むことができる。２つの任意選択の電源または負荷６０だけを示しているが、パワーシステム４２は、４つの電源または負荷５２、５４、６０に限定されるべきではなく、そして必要に応じて追加の電源または負荷を含むことができる。パワーシステム４２が任意選択の電源または負荷６０を含む場合には、任意選択の電源または負荷６０は、電流パス、または回路パス６２、６４に沿って故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６および追加の動作またはプロセスＭＥＭＳスイッチ５８を介して電源または負荷５４に電気的に接続されるまたはつなげられる。いくつかの実施形態では、制御システム５０は、パワーシステム４２の通常の動作にしたがってプロセスＭＥＭＳスイッチ５８を制御する。他の実施形態では、もう１つの制御システムまたはユニット（図示せず）が、パワーシステム４２の通常の動作にしたがってプロセスＭＥＭＳスイッチ５８を制御する。故障遮断ＭＥＭＳスイッチモジュール４４はさらに、制御システム５０とつながっている回路パス６２、６４に沿った任意選択の故障または機能停止センサ６６を含むことができる。
【００２４】
参照番号５２および５４が電源または負荷を含むけれども、電源または負荷５２および電源または負荷５４のうちの一方が電源であり、電源または負荷５２および電源または負荷５４のうちの一方が負荷であるだろう。例えば、１つの実施形態では、電源または負荷５２が電源であり、そして電源または負荷５４が電気的負荷である。もう１つの実施形態では、電源または負荷５４が電源であり、そして電源または負荷５２が電気的負荷である。また、任意選択の電源または負荷６０がパワーシステム４２に含まれる場合には、電源または負荷６０は、電源または負荷５２にしたがうだろう、その結果、電源または負荷５２が電源であれば、そのときは電源または負荷６０は電源であり、そして電源または負荷５２が負荷であれば、そのときは電源または負荷６０は負荷である。例えば、１つの実施形態では、電源または負荷５２および電源または負荷６０が電源であり、そして電源または負荷５４が電気的負荷である。もう１つの実施形態では、電源または負荷５４が電源であり、そして電源または負荷５２および電源または負荷６０が電気的負荷である。いずれにせよ、各電流パス５６、６２、６４は、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を通って延びる。加えて、プロセスＭＥＭＳスイッチ５８を、個別の複数のスイッチとしてまたはスイッチアレイとして実装することができる。
【００２５】
故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６およびプロセスＭＥＭＳスイッチ５８を各々、例えば、図１のＭＥＭＳスイッチ１０などの静電ＭＥＭＳスイッチの形態にすることができる。加えて、各ＭＥＭＳスイッチ４６、５８は、電流がＭＥＭＳスイッチを通って流れることを妨げるまたは不可能にする開またはオフ状態または位置でおよび電流がＭＥＭＳスイッチを通って流れることを認めるまたは可能にする閉またはオン状態または位置で動作することができる。ＭＥＭＳスイッチの開位置および閉位置の例を、それぞれ図２および図３に示している。さらに、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６がプロセスＭＥＭＳスイッチ５８と同じ構成のものである場合には、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６およびいずれかの対応する相互接続性回路を、プロセスＭＥＭＳスイッチ５８と同じモノリシック基板上に並行して構築することができ、その結果、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６およびプロセスＭＥＭＳスイッチは同じスイッチ構造物の一部であり、追加の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を、パワーシステム４２の構成にコストをほとんどまたはまったくかけずに追加する。
【００２６】
上に説明したように、ＭＥＭＳスイッチモジュール４４は、パワーシステム４２の性能に害を生じさせるまたは少なくとも悪影響を及ぼすことがある故障または機能停止の発生でパワーシステム４２を保護するように動作する。システムの電源投入で、制御システム５０は、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を開位置から閉位置へと切り替えて、電源または負荷５２が電源または負荷５４に電気的につながることまたは接続することを可能にする。故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６が図１の静電ＭＥＭＳスイッチ１０の形態である場合には、制御システム５０は、電極２６に十分なゲート電圧を印加して図３に示したようにコンタク部１２に対して自立式構造１６を引っ張ることによってＭＥＭＳスイッチ４６を閉にする。故障センサ４８および、ＭＥＭＳスイッチモジュール４４に含まれる場合には各任意選択の故障センサ６６は、１つまたは複数のシステムまたは回路特性または変数を測定するまたは検知する。
【００２７】
故障センサ４８、６６が図４には電流パス５６、６２、６４内の電流センサとして示されているが、故障センサ４８、６６は、電流パス５６、６２、６４の電流センサに、または示した故障センサ４８、６６の数に限定されるべきではない。故障状態がパワーシステム４２内に発生しているかどうかを判断するために有用な、例えば、電圧、電流、論理状態、および温度などの任意のタイプの変数を検出するために、故障センサ４８、６６を使用することができる。各故障センサ４８、６６を、異なるタイプの変数を測定するために使用することができる、または他の故障センサ４８、６６とともに使用することができる。いずれにせよ、故障センサ４８、６６は次いで、制御システム５０へその測定値を伝達する。
【００２８】
制御システム５０は次いで、測定した変数を解析するまたはモニタして、パワーシステム４２に悪影響を及ぼしているまたは悪影響を及ぼすはずの存在する故障状態があるかを判断するまたは検出する。制御システム５０がモニタする故障状態のうちの１つのタイプは、閉固着状態であり、その状態の間にはプロセスＭＥＭＳスイッチ５８を前に説明した理由で開にすることが不可能である。そのケースでは、制御システム５０は、電流パス５６、６２、６４の電流をモニタすることができて、プロセスＭＥＭＳスイッチ５８を開にすべきときにプロセスＭＥＭＳスイッチ５８が閉であるかどうかを検出する。しかしながら、制御システム５０はやはり、例えば、短絡、開回路、過渡電圧またはパワーサージまたはスパイク、停電、パワーサグ、節電または電圧不足状態、過電圧状態、電線雑音、周波数変動、過渡スイッチング、高調波歪、および冷却システム機能停止などの他の故障状態についての上に記述した追加の／代替の変数を解析することができる。上に説明した故障状態のうちのいずれかに関係する１つまたは複数の変数を測定するための１つまたは複数の任意選択の故障センサ６７を有することができる外部システム６５にパワーシステム４２を接続することができることを図示している図４を用いて、制御システム５０は、パワーシステム４２内外のいずれかの任意の数の測定値を使用することができて、上に説明した故障状態のうちのいずれかをモニタする。例えば、パワーシステム４２を、外部冷却システムが故障したかどうかを示している変数を検知するための故障センサ６７を有する外部冷却システム６５に接続することができる。
【００２９】
故障状態が存在しないことを制御システム５０が判断する場合には、制御システム５０は、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を閉位置に保ち続ける。しかしながら、制御システム５０が故障状態を検出する場合には、制御システム５０は、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を閉位置から開位置へと切り替えて、電源または負荷５２が電源または負荷５４に電気的につながることまたは接続することを不可能にする。例えば、１つまたは複数のプロセスＭＥＭＳスイッチ５８が閉位置に固着する場合には、制御システム５０は、閉固着状態を検出し、そして故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を開にするだろう。故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６が図１の静電ＭＥＭＳスイッチ１０の形態である場合には、制御システム５０は、電極２６へのゲート電圧の印加を止めることによってＭＥＭＳスイッチ４６を開にし、その結果、自立式構造１６が図２に示したようにコンタク部１２から離れる。
【００３０】
故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６が開位置にあるときには、電流は、プロセスＭＥＭＳスイッチ５８の位置に拘わらず電源または負荷５２と電源または負荷５４との間に流れることがない。これは、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６が閉位置にある場合にだけ、各電流パス５６、６２、６４が完結し得るためである。これゆえ、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を閉位置から開位置へと切り替えることは、パワーシステム４２を遮断し、そして電源または負荷５４を電源または負荷５２、６０から分離する。故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６によって行われる分離は、パワーシステム４２が故障状態という理由でこれ以上の損傷を受けることを防止する。さらに、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６をおそらく１回だけ開にしなければならないという理由で、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６の信頼性は、プロセスＭＥＭＳスイッチ５８の信頼性をはるかに超えるだろう。ＭＥＭＳスイッチ４６のこの大きな信頼性は、プロセスＭＥＭＳスイッチ５８が低温のスイッチング状態よりもはるかに早くその信頼性に損傷を与えるだろう高温のスイッチング状態で動作しているパワーシステム４２に利益をもたらす。
【００３１】
フューズまたはトランジスタを故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６の代わりに使用できることが理解されているが、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６は、フューズまたはトランジスタのいずれよりも著しい利点を提供する。上に説明したように、故障分離ＭＥＭＳスイッチ４６およびいずれかの対応する相互接続性回路を、同じモノリシック基板上にプロセスＭＥＭＳスイッチ５８と並行して製造することができるという理由で、フューズおよびトランジスタの両者とも、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６よりもコスト効率が悪いはずである。多くの場所で故障遮断を必要とするシステム（例えば、数十、数百、または数千のプロセスＭＥＭＳスイッチを含むシステム）では、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６は著しくコストを節約するはずである。また、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６上で実行することができるシステムリセットとは反対に、フューズは人手によるリセットを必要とするはずである。さらにその上、フューズは、働くのが故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６よりもはるかに遅いはずである。加えて、機械式リレーであると、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６は、リークを経験することがあるトランジスタよりも優れた分離を提供する。
【００３２】
図５をここで参照して、本発明のもう１つの実施形態による、故障または機能停止遮断または分離ＭＥＭＳスイッチモジュールまたはユニット７０を組み込んでいる電気またはパワーシステムまたは回路６８の模式図を示す。パワーシステム６８は、図４のパワーシステム４２の構成要素と同様に多数の構成要素を含み、したがって図４で構成要素を示すために使用した数字をやはり図５の類似の構成要素を示すために使用するだろう。故障遮断ＭＥＭＳスイッチモジュール７０は、パワーシステム６８を通って流れている電流を遮断しかつ各電源から各電気的負荷を分離することによって故障状態または機能停止モード中にパワーシステム６８を保護する。故障遮断ＭＥＭＳスイッチモジュール７０は、故障または機能停止分離または遮断ＭＥＭＳスイッチ４６、故障または機能停止センサ４８、および制御システムまたはユニット７２を含み、制御システム７２は、故障センサ４８から受信する測定したまたは検知した回路またはシステム特性または変数に基づいて故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を制御する。パワーシステム６８はさらに、電源またはパワーシステム、回路負荷または電気的負荷７４、および電源またはパワーシステム、回路負荷または電気的負荷７６を含む。パワーシステム６８はやはり、任意選択の電源、回路負荷または電気的負荷７８、８０、８２、８４を含むことができる。４つの任意選択の電源または負荷７８、８０、８２、８４だけを示しているが、パワーシステム６８は、６つの電源または負荷７４、７６、７８、８０、８２、８４に限定されるべきではなく、そして必要に応じて追加の電源または負荷を含むことができる。
【００３３】
図４の電源または負荷５２、５４、６０と同様に、電源が負荷に電気的に接続されるだけであり、負荷が電源に電気的に接続されるだけであるように、電源または負荷７４、７６、７８、８０、８２、８４を構成する。電源または負荷７４、７６、７８、８０、８２、８４を、電気パス、電流パス、または回路パス８６、８８および任意選択の電気パス、電流パス、または回路パス９０に沿って多くの方法で相互に電気的に接続するまたはつなげることができる。しかしながら、１つの任選択の電気パス９０だけを示しているが、パワーシステム６８を、１つの任意選択の電気パス９０に限定すべきではなく、必要に応じて追加の電気パスを含むことができる。
【００３４】
任意の考えられる組み合わせで別個の、並列の、または独立した電気パス８６、８８、９０に沿って、電源または負荷７４、７８、８２を、電源または負荷７６、８０、８４のうちの１つまたはすべてに電気的につなげることができる。例えば、１つの実施形態では、パワーシステム６８は、多相パワーシステム内の電気パス８６、８８または電気パス８６、８８、９０を介して互いに電気的につなげられている電源または負荷７４、７６だけを含む。もう１つの実施形態では、パワーシステム６８は、電源または負荷７４、７６、７８、８２だけを含み、その結果、電源または負荷７４、７８、８２を、電気パス８６、８８を介して電源または負荷７６に電気的につなげる。さらにもう１つの例では、パワーシステム６８は、電源または負荷７４、７６、７８、８０、８２、８４だけを含み、その結果、電源または負荷７４を、電気パス８６を介して電源または負荷７６に電気的につなげ、電源または負荷７８を、電気パス８８を介して電源または負荷８０に電気的につなげ、そして電源または負荷８０を、電気パス９０を介して電源または負荷８２に電気的につなげる。上記の例は、パワーシステム６８の実施形態の網羅的な列挙を意味するのではなく、電源または負荷７４、７６、７８、８０、８２、８４同士の間の可能性のある電気的接続を図説する目的で記載するだけである。
【００３５】
いずれにせよ、各並列の電気パス８６、８８、９０は、プロセスＭＥＭＳスイッチ５８および故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を含む。いくつかの実施形態では、制御システム７２は、パワーシステム６８の通常の動作にしたがってプロセスＭＥＭＳスイッチ５８を制御する。他の実施形態では、もう１つの制御システムまたはユニット（図示せず）が、パワーシステム６８の通常の動作にしたがってプロセスＭＥＭＳスイッチ５８を制御する。パワーシステム６８が任意選択の電気パス９０を含む場合には、ＭＥＭＳスイッチモジュール７０は、任意選択の故障センサ６６を含むことができる。図４のパワーシステム４２に関して説明したように、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６およびプロセスＭＥＭＳスイッチ５８は各々、例えば、図１のＭＥＭＳスイッチ１０などの静電ＭＥＭＳスイッチの形態であってもよく、例えば、それぞれ図２および図３に示した開位置または閉位置などの開位置または閉位置で動作可能である。加えて、図４のパワーシステム４２に関して説明したように、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６がプロセスＭＥＭＳスイッチ５８と同じ構成のものである場合には、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を、プロセスＭＥＭＳスイッチ５８と同じモノリシック基板上に並行して構築することができる。そのときには、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６およびプロセスＭＥＭＳスイッチは、同じスイッチ構造物の一部であり、そして追加の故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を、パワーシステム６８の構成にコストをほとんどまたはまったくかけずに追加する。
【００３６】
上に説明したように、ＭＥＭＳスイッチモジュール７０は、パワーシステム６８が発生した故障または機能停止から損傷を経験し続けることを防止するように動作する。パワーシステム６８を電源投入すると、制御システム７２は、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を開位置から閉位置へと切り替えて、電源または負荷７４が電源または負荷７６に電気的につながることを可能にする。故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６が図１の静電ＭＥＭＳスイッチ１０の形態である場合には、制御システム７２は、故障分離ＭＥＭＳスイッチ４６の電極２６に十分なゲート電圧を印加して、図３に示したようにコンタク部１２に対して自立式構造１６を引っ張る。故障センサ４８および、ＭＥＭＳスイッチモジュール７２に含まれる場合には各任意選択の故障センサ６６は、１つまたは複数のシステムまたは回路特性または変数を測定するまたは検知する。
【００３７】
故障センサ４８、６６を、それぞれ電流パス８６、８８、９０内の電流センサとして図５には示しているが、故障センサ４８、６６を、電流センサ、電流パス８６、８８、９０に、または示した故障センサ４８、６６の数に限定すべきではない。故障状態が発生しているかどうかを判断するために有用な、例えば、電圧、電流、論理状態、および温度などの任意のタイプの変数を検出するために、故障センサ４８、６６を使用することができる。各故障センサ４８、６６を、異なるタイプの変数を測定するために使用することができる、または他の故障センサ４８、６６とともに使用することができる。いずれにせよ、故障センサ４８、６６は次いで、制御システム７２へその測定値を伝達する。
【００３８】
制御システム７２は次いで、測定した特性を解析するまたはモニタして、パワーシステム６８に悪影響を及ぼしているまたは悪影響を及ぼすはずの存在する故障状態があるかを判断するまたは検出する。制御システム５０がモニタする故障状態のうちの１つのタイプは、閉固着状態であり、その状態の間にプロセスＭＥＭＳスイッチ５８を、前に説明した理由で開にすることが不可能である。そのケースでは、制御システム７２は、電流パス８６、８８、９０の電流をモニタすることができて、プロセスＭＥＭＳスイッチ５８を開にすべきときにプロセスＭＥＭＳスイッチ５８が閉であるかどうかを検出する。しかしながら、制御システム７２はやはり、例えば、短絡、開回路、過渡電圧またはパワーサージもしくはスパイク、停電、パワーサグ、節電または電圧不足状態、過電圧状態、電線雑音、周波数変動、過渡スイッチング、高調波歪、および冷却システム機能停止などの他の故障状態についての特性を解析することができる。制御システム７２は、パワーシステム６８内でまたは外で取られた任意の数の測定値を使用して、上記の故障状態のうちのいずれかを検出できる。パワーシステム６８を、外部システム９２に接続することができ、外部システム９２は、上に説明した故障状態のうちのいずれかに関係する１つまたは複数の変数を測定するための１つまたは複数の任意選択の故障センサ９４を有することができる。例えば、パワーシステム６８を、外部冷却システムが故障したかどうかを示している変数を検知するための故障センサ９４を有する外部冷却システム９２に接続することができる。
【００３９】
制御システム７２が故障状態を検出しない場合には、制御システム７２は、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を閉位置に保つ。しかしながら、故障状態が発生したと制御システム７２が判断する場合には、制御システム７２は、すべての故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を閉位置から開位置へと切り替えて、電源または負荷７４が電源または負荷７６に電気的につながることを不可能にする。例えば、１つまたは複数のプロセスＭＥＭＳスイッチ５８が閉位置に固着する場合には、制御システム７２は、閉固着状態を検出し、そして各故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を開にするだろう。故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６が図１の静電ＭＥＭＳスイッチ１０の形態である場合には、制御システム７２は、電極２６へのゲート電圧の印加を止めることによってＭＥＭＳスイッチ４６を開にし、その結果、自立式構造１６が図２に示したようにコンタク部１２から離れる。
【００４０】
制御システム７２が故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を開にすると、プロセスＭＥＭＳスイッチが閉位置である場合でさえ、電流が電源または負荷７４と電源または負荷７６との間に流れることを妨げられる。これは、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６が閉である場合にだけ、各電流パス８６、８８、９０が完結するためである。これゆえ、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６を開にすることは、パワーシステム６８を遮断し、そして電源または負荷７４を電源または負荷７６から分離する。その分離は、パワーシステム６８が故障状態中にこれ以上の損傷を受けることを止めさせる。また、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６をおそらく１回開にしなければならないだけなので、故障遮断ＭＥＭＳスイッチ４６は、プロセスＭＥＭＳスイッチ５８よりもはるかに大きな信頼性を有する。プロセスＭＥＭＳスイッチ５８が低温のスイッチング状態よりもはるかに早くその信頼性を損なわせる高温のスイッチング条件で動作するので、ＭＥＭＳスイッチ４６のこの大きな信頼性は、パワーシステム６８に利益をもたらす。
【００４１】
有益なことに、本発明の実施形態はこのように、故障遮断ＭＥＭＳスイッチモジュールを含んでいるパワーシステムを提供する。ＭＥＭＳスイッチモジュールは、少なくとも１つの故障センサからのフィードバックに基づいて制御システムにより動作する故障遮断ＭＥＭＳスイッチを含む。制御システムは、システム電源投入で故障遮断ＭＥＭＳスイッチを閉にし、例えば、パワーシステム内のプロセスＭＥＭＳスイッチの閉固着状態などの故障状態の検出で故障遮断ＭＥＭＳスイッチを開にする。故障遮断ＭＥＭＳスイッチが開位置であると、電流は、故障遮断ＭＥＭＳスイッチを通って流れることができず、そしてパワーシステム内の電気的負荷が電源から分離される。故障遮断ＭＥＭＳスイッチおよびいずれかの対応する相互接続性回路を、パワーシステム内の他のプロセスＭＥＭＳスイッチと同じＭＥＭＳスイッチ構造物内に構築することができ、したがって、例えば、フューズおよびトランジスタと比較して、パワーシステム内の故障状態を遮断するための低コストの解決策を提供する。故障遮断ＭＥＭＳスイッチが、高速で動作し、人手によるリセットを必要とせず、そして単に電気的な分離だけでなく電気的負荷の物理的な分離を提供するという理由で、故障遮断ＭＥＭＳスイッチは、フューズおよびトランジスタよりもさらなる利点を提供する。
【００４２】
本発明の１つの実施形態によれば、故障遮断ＭＥＭＳスイッチユニットを有する電気システムは、第１の電気パス内に設置された第１の動作ＭＥＭＳスイッチを備え、上記第１の動作ＭＥＭＳスイッチは、電流が第１の電気的負荷へと流れることを可能にするオン状態および電流が上記第１の電気的負荷へと流れることを不可能にするオフ状態で動作可能である。上記電気システムは、上記第１の動作ＭＥＭＳスイッチと直列に設置された第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチをやはり含み、上記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチは、電流が上記第１の電気的負荷へと流れることを可能にするオン状態および電流が上記第１の電気的負荷へと流れることを不可能にするオフ状態で動作可能であり、上記オフ状態での上記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチの動作は、上記第１の動作ＭＥＭＳスイッチの上記状態に拘わらず電流が上記第１の電気的負荷へと流れることを不可能にする。上記電気システムは、第１のシステム変数を検知するために設置された第１の故障センサと、上記第１の故障センサから上記第１のシステム変数を受信し、故障が上記電気システムに悪影響を及ぼしているかを検出すために上記第１のシステム変数を解析し、故障の検出で、上記第１の電気的負荷へと上記第１の動作ＭＥＭＳスイッチを通って流れている電流を遮断するために、上記第１の故障遮断ＭＥＭＳスイッチを上記オン状態から上記オフ状態へと切り替えるようにプログラムされた制御システムとをさらに含む。
【００４３】
本発明のもう１つの実施形態によれば、故障状態の検出で電気回路内の電流を遮断する方法は、上記電気回路への入力部のところで受電するステップと、電流が上記入力部から第１の回路負荷へと流れることを可能にするために上記電気回路の電源投入でコントローラを介して第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチを閉にするステップとを含み、上記第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチが第１の電流パス内に設置される。上記方法は、上記第１の電流パスを通り上記第１の回路負荷へと電流を供給しそして上記第１の電流パスを通る電流を遮断するために、上記第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチと直列の第１の動作ＭＥＭＳスイッチを選択的に動作させるステップと、第１の故障センサを介して、上記電気回路に悪影響を及ぼす第１の特性を測定するステップと、上記コントローラに上記測定した第１の特性を提供するステップとをやはり含む。上記方法は、上記コントローラを介して、故障状態が存在するかを検出するために上記測定した第１の特性をモニタするステップと、上記コントローラを介して、上記第１の電気的負荷へと流れている電流を遮断しかつ上記電気回路への損傷を防止するために、故障状態が存在することを検出すると上記第１の故障分離ＭＥＭＳスイッチを開にするステップとをさらに含む。
【００４４】
本発明のさらにもう１つの実施形態によれば、ＭＥＭＳスイッチ機能停止保護を行うパワーシステムは、電源と、上記電源から受電する第１のシステム負荷と、第１の回路パスに沿って上記電源と上記第１のシステム負荷との間に配置された第１のプロセスＭＥＭＳスイッチとを含み、上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチは上記電源から上記第１のシステム負荷へと流れている電流を選択的に制御するために閉位置および開位置で動作可能である。上記パワーシステムは、上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチと直列に設置されそして上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチを通って流れている電流を選択的に制御するために閉位置および開位置で動作可能である第１の機能停止分離ＭＥＭＳスイッチを有する機能停止分離ＭＥＭＳスイッチモジュールと、上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチの上記位置に対応する第１のシステム特性を測定する第１の機能停止センサと、上記第１の機能停止センサから上記第１のシステム特性を受信し、上記第１のシステム特性を使用して、上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチが上記閉位置に固着しているかを判断し、上記第１のプロセスＭＥＭＳスイッチが上記閉位置に固着していることを判断すると、上記第１のシステム負荷を上記電源から電気的に分離するために上記第１の機能停止分離ＭＥＭＳスイッチを上記閉位置から上記開位置へと切り替えるようにプログラムされた制御ユニットとをやはり含む。
【００４５】
この明細書は、最良の形態を含め本発明を開示するため、ならびにいかなる当業者でも、任意のデバイスまたはシステムを作成することおよび使用すること、および任意の組み込まれた方法を実行することを含め本発明を実行することをやはり可能にするために例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者なら思い付く別の例を含むことができる。このような別の例が特許請求の範囲の文面から逸脱しない構造的要素を有する場合、またはこのような別の例が特許請求の範囲の文面とは実質的でない差異しか有さない等価な構造的要素を含む場合には、このような別の例は、特許請求の範囲の範囲内であるものとする。
【００４６】
本発明をほんの限られた数の実施形態に関連して詳細に説明してきているとはいえ、本発明がこのような開示した実施形態に限定されないことを容易に理解すべきである。むしろ、これまでに説明しなかっただけでなく本発明の意図および範囲にふさわしい任意の数の変形形態、代替形態、置換形態または等価な配置を組み込むために、本発明を修正することができる。加えて、本発明の様々な実施形態を説明してきているとはいえ、本発明の態様が説明した実施形態のうちのいくつかだけを含むことができることを理解されたい。したがって、本発明は、前述の記載によって限定されるようには見なされないだけでなく、別記の特許請求の範囲の範囲によって限定されるだけである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  静電微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチ
１２  コンタク部
１４  自立式および吊下げ型機械的ＭＥＭＳ構造
１６  自立式構造
１８  カンチレバー部分
２０  シード層
２１  導電性マウント部
２２  固定部分
２４  基板
２６  電極
２８  ゲート電源
３０  回路
３２  第１の側
３４  第２の側
３６  電源
３８  電気的負荷
４２  パワーシステム
４４  故障遮断ＭＥＭＳスイッチモジュール
４６  故障遮断ＭＥＭＳスイッチ
４８  故障センサ
５０  制御システム
５２  電源または負荷
５４  電源または負荷
５６  電気パス
５８  プロセスＭＥＭＳスイッチ
６０  任意選択の電源または負荷
６２  電流パス
６４  電流パス
６５  外部冷却システム
６６  故障センサ
６７  故障センサ
６８  パワーシステム
７０  故障遮断ＭＥＭＳスイッチモジュール
７２  制御システム
７４  電源または負荷
７６  電源または負荷
７８  電源または負荷
８０  電源または負荷
８２  電源または負荷
８４  電源または負荷
８６  電気パス
８８  電気パス
９０  電気パス
【図１】
2019520679.tif 000003
【図２】
2019520679.tif 000004
【図３】
2019520679.tif 000005
【図４】
2019520679.tif 000006
【図５】
2019520679.tif 000007
【国際調査報告】
2019520679.tif 000008
2019520679.tif 000009