(57)【要約】  遠隔操作可能な過電流保護システムは、複数の遠隔操作可能な過電流保護装置を備え、該遠隔操作可能な過電流保護装置の各々が、電流経路上に一体に構成された制御回路と、前記電流経路上に配置され、前記制御回路に応動して前記電流経路を通過する電流の遮断を促進する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチと、前記制御回路が前記通信接続上の遠隔制御信号に応動して前記ＭＥＭＳスイッチを制御するように、前記制御信号に信号接続された通信接続とを含み、前記遠隔制御信号は前記ＭＥＭＳスイッチから空間的に変位した位置から受信される構成を有する。  【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠隔操作可能な過電流保護システムであって、
複数の遠隔操作可能な過電流保護装置を備え、該遠隔操作可能な過電流保護装置の各々が、
電流経路上に一体に構成された制御回路と、
前記電流経路上に配置され、前記制御回路に応動して前記電流経路を通過する電流の遮断を促進する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチと、
前記制御回路が前記通信接続上の遠隔制御信号に応動して前記ＭＥＭＳスイッチを制御するように、前記制御信号に信号接続された通信接続とを含み、前記遠隔制御信号は前記ＭＥＭＳスイッチから空間的に変位した位置から受信される構成のシステム。
【請求項２】
電流経路を遠隔操作で過電流保護する方法であって、
前記電流経路と一体に構成された制御回路を介して電流を測定するステップと、
前記制御回路に応動して、前記電流経路上に配置されたＭＥＭＳスイッチを介して電流の遮断を促進するステップと、
前記制御回路に通信された遠隔制御信号に基づいて、前記ＭＥＭＳスイッチの状態を変更するステップとを含む方法。
【請求項３】
前記促進するステップは、
前記制御回路によって、前記電流が規定のトリップ事象のパラメータと一致するか、それを超えているかを判定するステップと、
前記電流が前記規定のトリップ事象の前記パラメータと一致するか、それを超えているかの判定に応動して、前記ＭＥＭＳスイッチが遮断信号を利用することを可能にするステップとを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記遮断ステップは、
前記遮断信号が前記ＭＥＭＳスイッチで受信されるとそれに応動して、前記ＭＥＭＳスイッチを開き、それによって前記電流の遮断を促進するステップを更に含む、請求項３に記載の方法。
【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、電流経路内の電流をスイッチオフするためのスイッチング装置に関し、より詳細には、微小電気機械システムを使用したスイッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路遮断器は、回路内の故障に起因する損傷から電気機器を保護するための電気装置である。従来の回路遮断器は、嵩張る電気機械スイッチを含むものが多い。残念ながら、これらの従来の回路遮断器はサイズが大きいので、スイッチ機構を作動させるには大きな力を使用する必要がある。従って、従来の回路遮断器の遠隔操作を可能にするためには、作動させる大きな力を発生することができる追加の機械システムが含まれる。また、これらの回路遮断器のスイッチは、一般に比較的低速度で動作する。更に不利なことには、これらの回路遮断器は構成が複雑であり、製造コストが高い。それに加え、従来の回路遮断器内のスイッチング機構の接点が物理的に分離されると、多くの場合は接点間にアークが形成され、回路内の電流が停止するまで電流を搬送し続ける。その上、アークに関連するエネルギは、たいてい装置と人の双方にとって望ましくない。
【０００３】
接触器は、コマンドに応じて電気負荷をオン／オフに切り換えるように設計された電気装置である。従来、電気機械式接触器は、電気機械式接触器がその遮断容量までの電流のスイッチングに対応できる制御ギヤで使用されている。電気機械式接触器は更に、電流をスイッチングするための電力システムにも用途がある。しかし、電力システムでの故障電流は、電気機械式接触器の遮断容量よりも大きいことが多い。従って、電力システムの用途で電気機械式接触器を使用するには、接触器がその遮断容量以上の全ての電流値で開かれる前に、故障電流を遮断するのに十分に迅速に動作する直列装置で補完することによって、接触器を損傷から保護することが望ましいことがある。
【０００４】
電力システムでの接触器の使用を促進するために従来考えられてきた解決方法には、真空接触器、真空遮断器及びエアブレーキ接触器があった。残念ながら、真空接触器等の接触器は、接触器のチップが密閉された真空の筐体に封入されているので、容易に視覚的検査ができない。更に、真空接触器は大型モータ、変圧器及びコンデンサのスイッチング処理には良く適しているが、特に負荷がスイッチオフされていると、不都合な過渡過電圧を生ずることが知られている。
【０００５】
更に、電気機械式接触器は、一般に機械スイッチを使用している。しかし、これらの機械スイッチは比較的低速度でスイッチングする傾向があるので、スイッチング事象の数十ミリ秒前であることが多いゼロ交差の出現を予測する技術が用いられている。このようなゼロ交差の予測は、この予測期間に多くの過渡電流が発生することがあるためエラーを生じやすい。
【０００６】
動作速度が遅い機械スイッチ及び電気機械スイッチの代替として、高速スイッチングの用途では高速ソリッドステートスイッチが使用されてきた。理解されるように、これらのソリッドステートスイッチは、電圧又はバイアスの制御された印加によって導電状態と非導電状態とを切り換える。例えば、ソリッドステートスイッチに逆バイアスを印加することによって、スイッチを非導電状態に移行させても良い。しかし、ソリッドステートスイッチは、非導電状態に切り換わった場合に接点間に物理的空隙を生じないので、非導電状態に切り換わると漏れ電流が発生する。更に、ソリッドステートスイッチが導電状態で動作する場合は、内部抵抗によって電圧が降下する。電圧低下と漏れ電流は、いずれも通常の動作環境で過度の熱を発生する原因になり、それはスイッチの性能と寿命とに影響を及ぼすことがある。更に、ソリッドステートスイッチに伴う本来の漏れ電流に少なくとも部分的に起因するので、これらを回路遮断器の用途で使用することは不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開2003/212473Ａ号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の例示的実施形態は、遠隔操作可能な過電流保護装置を含む。この装置は、電流経路上に一体に構成された制御回路と、電流経路上に配置された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチとを含んで良く、ＭＥＭＳスイッチは、制御回路に応動して電流経路を通過する電流の遮断を促進する。この装置は更に、制御回路が通信接続線上の制御信号に応動してＭＥＭＳスイッチの状態を制御するように、制御回路と信号接続された通信接続を含んで良い。
【０００９】
本発明の別の例示的実施形態は、電流経路を遠隔操作で過電流から保護する方法を含む。この方法は、電流経路と一体に構成された制御回路を介して電流を測定するステップと、電流経路上に配置された、制御回路に応動するＭＥＭＳスイッチを介して電流の遮断を促進するステップと、制御回路に通信された制御信号に基づいて、ＭＥＭＳスイッチの状態を変更するステップとを含む。
【００１０】
本発明の上記及びその他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通して同様の符号が同様の構成要素を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによって、より明解に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態による、例示的なＭＥＭＳを使用したスイッチングシステムのブロック図である。
【図２】図１の例示的なＭＥＭＳを使用したスイッチングシステムの概略図である。
【図３】本発明の実施形態による、且つ図１のシステムの代替形態である、例示的なＭＥＭＳを使用したスイッチングシステムのブロック図である。
【図４】図３の例示的なＭＥＭＳを使用したスイッチングシステムを示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態による、例示的な遠隔操作可能な過電流保護装置のブロック図である。
【図６】本発明の実施形態による、例示的な遠隔操作可能な過電流保護装置のブロック図である。
【図７】本発明の実施形態による、複数の遠隔操作可能な過電流保護装置を含む、例示的なシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明では、本発明の様々な実施形態の完全な理解を提供するため、特定の細部を記載する。しかし、本発明の実施形態はこれらの特定の細部がなくても実施可能であり、本発明は記載された実施形態に限定されるものではなく、本発明を様々な代替実施形態で実施し得ることが当業者には理解されよう。他の例では、既知の方法、手順及びコンポーネントは詳細に記載していない。
【００１３】
図１は、本発明の態様による例示的なアークレスＭＥＭＳを使用したスイッチングシステム１０のブロック図を示す。現在、ＭＥＭＳとは、例えば機能的に別個の複数の素子を集積可能なミクロンスケールの構造のことである。このような素子は、マイクロ製造技術による共通の基板上の機械素子、電気機械素子、センサ、アクチュエータ及び電子素子が含まれるが、これらに限らない。しかし、現在ＭＥＭＳデバイスに利用できる多くの技術や構造は、ナノ技術を使用したデバイス、すなわちサイズが１００ナノメートル未満の構造によって、僅か数年で利用できるようになるものと考えられる。従って、本文献を通して記載される例示的実施形態は、ＭＥＭＳを使用したスイッチング装置を意味するが、本発明の発明的態様は広義に解釈されるべきであり、マイクロサイズのデバイスに限定されないものと考えられる。
【００１４】
図１に示すように、アークレスＭＥＭＳを使用したスイッチングシステム１０は、ＭＥＭＳを使用したスイッチング回路１２と、消弧回路１４とを含むものとして示されており、（別名ハイブリッドアークレス制限技術（ＨＡＬＴ）デバイスとも言われる）消弧回路１４は、ＭＥＭＳを使用したスイッチング回路１２に動作可能に結合される。本発明の例示的実施形態では、ＭＥＭＳを使用したスイッチング回路１２の全体を、単一のパッケージ１６内で消弧回路１４と統合しても良い。更に別の実施形態では、ＭＥＭＳを使用したスイッチング回路１２の特定の部品又はコンポーネントだけを消弧回路１４と統合しても良い。
【００１５】
図２を参照してより詳細に記載するように、現在考えられている構成では、ＭＥＭＳを使用したスイッチング回路１２は、１つ又は複数のＭＥＭＳスイッチを含んで良い。また、消弧回路１４は平衡ダイオードブリッジとパルス回路とを含んで良い。更に、１つ又は複数のＭＥＭＳスイッチの接点間でのアーク形成の抑止を促進するように、消弧回路１４を構成しても良い。交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）に応動して、アーク形成の抑止を促進するように消弧回路１４を構成しても良いことに留意されたい。
【００１６】
図２は、図１の例示的なアークレスＭＥＭＳを使用したスイッチングシステムの概略図１８を示す。図１を参照して述べたように、ＭＥＭＳを使用したスイッチング回路１２は、１つ又は複数のＭＥＭＳスイッチを含んで良い。図示した例示的実施形態では、第１のＭＥＭＳスイッチ２０は、第１の接点２２、第２の接点２４及び第３の接点２６を有するものとして示される。一実施形態では、第１の接点２２をドレンとして構成し、第２の接点２４をソースとして構成し、第３の接点２６をゲートとして構成しても良い。更に、図２に示すように、電圧スナバ回路３３をＭＥＭＳスイッチ２０と並列に結合し、以下により詳細に説明するように、高速な接点分離中に電圧オーバーシュートを制限するように構成しても良い。更に別の実施形態では、スナバ回路３３は、スナバ抵抗（図４の７８を参照）と直列に結合されたスナバコンデンサ（図４の７６を参照）を含んで良い。スナバコンデンサは、ＭＥＭＳスイッチ２０の開路手順中に過渡電圧の共用の向上を促進することができる。また、スナバ抵抗は、ＭＥＭＳスイッチ２０の閉路手順中にスナバコンデンサによって発生するいずれかの電流パルスを抑えることができる。更に別の実施形態では、電圧スナバ回路３３は金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）（図示せず）を含んで良い。
【００１７】
本発明の更なる態様によれば、負荷回路４０を第１のＭＥＭＳスイッチ２０と直列に結合しても良い。負荷回路４０は、電圧源ＶＢＵＳ４４を含んで良い。また、負荷回路４０は負荷インダクタンス４６ＬＬＯＡＤを含んで良く、負荷インダクタンスＬＬＯＡＤ４６は、負荷回路４０から見た負荷インダクタンスとバスインダクタンスとの複合を表している。負荷回路４０は更に、負荷回路４０から見た複合負荷抵抗を表す負荷抵抗ＲＬＯＡＤ４８を含んで良い。参照番号５０は、負荷回路４０と第１のＭＥＭＳスイッチ２０とを流れる負荷回路電流ＩＬＯＡＤを表している。
【００１８】
更に、図１を参照して述べたように、消弧回路１４は平衡ダイオードブリッジを含んで良い。図示した実施形態では、平衡ダイオードブリッジ２８は第１の分岐２９と第２の分岐３１とを有するものとして示される。本明細書で用いる「平衡ダイオードブリッジ」と言う用語は、第１及び第２の分岐２９、３１の両端間での電圧降下が実質的に同一であるように構成されたダイオードブリッジを表すものとして用いられる。平衡ダイオードブリッジ２８の第１の分岐２９は、互いに結合されて第１の直列回路を形成する第１のダイオードＤ１  ３０と第２のダイオードＤ２  ３２とを含んで良い。同様に、平衡ダイオードブリッジ２８の第２の分岐３１は、互いに作動的に結合されて第２の直列回路を形成する第３のダイオードＤ３  ３４と第４のダイオードＤ４  ３６とを含んで良い。
【００１９】
例示的実施形態では、第１のＭＥＭＳスイッチ２０を平衡ダイオードブリッジ２８の中間点をまたいで並列に結合しても良い。平衡ダイオードブリッジ２８の中間点は、第１及び第２のダイオード３０、３２の間に位置する第１の中間点と、第３及び第４のダイオード３４、３６の間に位置する第２の中間点とを含んで良い。更に、平衡ダイオードブリッジ２８及び、特にＭＥＭＳスイッチ２０への接続に起因する寄生インダクタンスを最小限にし易くするため、第１のＭＥＭＳスイッチ２０と平衡ダイオードブリッジ２８とを密着して実装しても良い。本発明の技術の例示的態様によって、後に詳述するＭＥＭＳスイッチ２０のターンオフ中に負荷電流をダイオードブリッジ２８に搬送する際に、第１のＭＥＭＳスイッチ２０と平衡ダイオードブリッジ２８との間の固有インダクタンスがＭＥＭＳスイッチ２０のドレン２２とソース２４との両端間の電圧よりも数パーセント低いｄｉ／ｄｔの電圧を発生するような位置に、第１のＭＥＭＳスイッチ２０と平衡ダイオードブリッジ２８とが互いに配置されることに留意されたい。更に別の実施形態では、第１のＭＥＭＳスイッチ２０とダイオードブリッジ２８とを相互接続するインダクタンスを最小限にする意図で、第１のＭＥＭＳスイッチ２０を単一のパッケージ３８内、又は任意に同じ型内で、平衡ダイオードブリッジ２８と統合しても良い。
【００２０】
また、消弧回路１４は、平衡ダイオードブリッジ２８と関連して作動的に結合したパルス回路５２を含んで良い。スイッチ状態を検知し、スイッチ状態に応じてＭＥＭＳスイッチ２０の開路を開始するようにパルス回路５２を構成しても良い。本明細書で用いる「スイッチ状態」という用語は、ＭＥＭＳスイッチ２０の現在の動作状態の変化を引き起こす状態のことである。例えば、スイッチ状態は、ＭＥＭＳスイッチ２０の第１の閉路状態から第２の開路状態への変化、又はＭＥＭＳスイッチ２０の第１の開路状態から第２の閉路状態への変化を生じ得る。スイッチ状態は、回路故障又はスイッチＯＮ／ＯＦＦ要求を含むがこれに限定されない幾つかの作用に応動して発生し得る。
【００２１】
パルス回路５２は、パルススイッチ５４と、パルススイッチ５４に直列に結合されたパルスコンデンサＣＰＵＬＳＥ５６とを含んで良い。更に、パルス回路は、パルスインダクタンスＬＰＵＬＳＥ５８と、パルススイッチ５４と直列に結合された第１のダイオードＤＰ６０とを含んで良い。パルスインダクタンスＬＰＵＬＳＥ５８、第１のダイオードＤＰ６０、パルススイッチ５４、及びパルスコンデンサＣＰＵＬＳＥ５６は、直列に結合されてパルス回路５２の第１の分岐を形成し、パルス電流の整形及びタイミングを促進するように第１の分岐のコンポーネントを構成しても良い。更に、参照番号６２は、パルス回路５２を流れるパルス回路電流ＩＰＵＬＳＥを表している。
【００２２】
本発明の態様によれば、ＭＥＭＳスイッチ２０は、ゼロに近い電圧ではあるが電流を搬送している間に、第１の閉路状態から第２の開路状態へと高速度で（例えばピコ秒又はナノ秒）切り換わる。これは負荷回路４０と、ＭＥＭＳスイッチ２０の接点の両端間に並列に結合された平衡ダイオードブリッジ２８を含むパルス回路５２との複合動作によって達成できる。
【００２３】
次に、本発明の態様による例示的なソフトスイッチングシステム１１のブロック図を示す図３を参照する。図３に示すように、ソフトスイッチングシステム１１は、互いに作動的に結合されたスイッチング回路１２と、検知回路７０と、制御回路７２とを含む。検知回路７０はスイッチング回路１２に結合され、負荷回路内の交流ソース電圧（以下「ソース電圧」と呼ぶ）又は負荷回路内の交流電流（以下「負荷回路電流」と呼ぶ）のゼロ交差の発生を検知するように構成されても良い。制御回路７２は、スイッチング回路１２と検知回路７０とに結合され、交流ソース電圧又は交流負荷回路電流の検知されたゼロ交差に応動したスイッチング回路１２内の１つ又は複数のスイッチのアーク放電を生じないスイッチングを促進するように構成されても良い。一実施形態では、スイッチング回路１２の少なくとも一部を構成する１つ又は複数のＭＥＭＳスイッチのアーク放電を生じないスイッチングを促進するように、制御回路７２を構成しても良い。
【００２４】
本発明の一態様によれば、ソフトスイッチング、すなわちポイントオンウエーブ（ＰｏＷ）スイッチングを行うことによって、スイッチング回路１２の両端間の電圧がゼロ又はゼロに極めて近い場合には、スイッチング回路１２内の１つ又は複数のＭＥＭＳスイッチが閉じられ、スイッチング回路１２を通過する電流がゼロ又はゼロに近い場合には開かれるように、ソフトスイッチングシステム１１を構成しても良い。スイッチング回路１２の両端間の電圧がゼロ又はゼロに極めて近い時にスイッチを閉じることによって、複数のスイッチが全て同時に閉じなくても、１つ又は複数のＭＥＭＳスイッチの接点間の電界を低く保つことによって、プリストライクアーク放電を回避することができる。同様に、スイッチング回路１２を流れる電流がゼロ又はゼロに極めて近い時にスイッチを開くことによって、スイッチング回路１２で最後に開くスイッチの電流がスイッチの設計上の容量内になるように、ソフトスイッチングシステム１１を設計することができる。前述したように、交流ソース電圧又は交流負荷回路電流のゼロ交差の発生と共に、スイッチング回路１２の１つ又は複数のＭＥＭＳスイッチの開路と閉路とを同期化するように、制御回路７２を構成しても良い。
【００２５】
次に図４を参照すると、図３のソフトスイッチングシステム１１の一実施形態の概略図１９が示されている。図示した実施形態によれば、概略図１９は、スイッチング回路１２、検知回路７０及び制御回路７２の一実施例を含む。
【００２６】
説明目的のため、図４はスイッチング回路１２内の単一のＭＥＭＳスイッチ２０のみを示しているものの、スイッチング回路１２は、例えばソフトスイッチングシステム１１の電流及び電圧の処理要求基準に応じて、複数のＭＥＭＳスイッチを含んで良い。例示的実施形態では、スイッチング回路１２は、ＭＥＭＳスイッチ間で電流を分割するために、並列構成で互いに結合された複数のＭＥＭＳスイッチを含むスイッチモジュールを含んで良い。更に別の例示的実施形態では、スイッチング回路１２は、ＭＥＭＳスイッチ間で電圧を分割するために、直列構成で結合されたＭＥＭＳスイッチのアレイを含んで良い。更に別の例示的実施形態では、スイッチング回路１２は、ＭＥＭＳスイッチ間での電圧の分割と各モジュール内のＭＥＭＳスイッチ間での電流の分割とを同時に行うために、直列構成で互いに結合されたＭＥＭＳスイッチモジュールのアレイを含んで良い。更に、スイッチング回路１２の１つ又は複数のＭＥＭＳスイッチを、単一のパッケージ７４内に統合しても良い。
【００２７】
例示的なＭＥＭＳスイッチ２０は３つの接点を含んで良い。例示的実施形態では、第１の接点をドレン２２として構成し、第２の接点をソース２４として構成し、第３の接点をゲート２６として構成しても良い。一実施形態では、ＭＥＭＳスイッチ２０の電流状態のスイッチングを促進するために、制御回路７２をゲート接点２６に結合しても良い。更に、付加的な例示的実施形態では、ＭＥＭＳスイッチ２０の両端間の電圧の出現を遅延させるため、ＭＥＭＳスイッチ２０と並列にダンピング回路（スナバ回路）３３を結合しても良い。図示のように、ダンピング回路３３は、スナバ抵抗７８と直列に結合されたスナバコンデンサ７６を含んで良い。
【００２８】
図４に更に示すように、ＭＥＭＳスイッチ２０を負荷回路４０と直列に結合しても良い。現在考えられる構成では、負荷回路４０は電圧源ＶＳＯＵＲＣＥ４４を含んで良く、代表的な負荷インダクタンスＬＬＯＡＤ４６と負荷抵抗ＲＬＯＡＤ４８とを有して良い。一実施形態では、交流ソース電圧と交流負荷電流ＩＬＯＡＤ５０とを発生するように、電圧源ＶＳＯＵＲＣＥ４４（ＡＣ電圧源とも呼ばれる）を構成しても良い。
【００２９】
前述のように、負荷回路４０内の交流ソース電圧又は交流負荷電流ＩＬＯＡＤ５０のゼロ交差の発生を検知するように、検知回路７０を構成しても良い。電圧検知回路８０を介して交流ソース電圧を検知しても良く、電流検知回路８２を介して交流負荷電流ＩＬＯＡＤ５０を検知しても良い。交流ソース電圧と交流負荷電流を連続的に検知しても良く、又は例えば離散的な周期で検知しても良い。
【００３０】
ソース電圧のゼロ交差は、例えば、図示したゼロ電圧比較器８４等の比較器を使用して検知されても良い。電圧検知回路８０によって検知された電圧及びゼロ電圧基準８６を、ゼロ電圧比較器８４への入力として使用しても良い。一方、負荷回路４０のソース電圧のゼロ交差を表す出力信号８８を生成しても良い。同様に、負荷電流ＩＬＯＡＤ５０のゼロ交差を、図示したゼロ電流比較器９２等の比較器を使用することによって検知しても良い。電流検知回路８２で検知した電流及びゼロ電流基準９０を、ゼロ電流比較器９２への入力として使用しても良い。一方、負荷電流ＩＬＯＡＤ５０のゼロ交差を表す出力信号９４を生成しても良い。
【００３１】
一方、制御回路７２は、ＭＥＭＳスイッチ２０（又はＭＥＭＳスイッチのアレイ）の現在の動作状態をいつ変更（例えば開路又は閉路）するか決定するために、出力信号８８及び９４を利用しても良い。より詳細には、交流負荷電流ＩＬＯＡＤ５０の検知されたゼロ交差に応動して負荷回路４０を遮断又は開路するために、アーク放電がないＭＥＭＳスイッチ２０の開路を促進するように制御回路７２を構成しても良い。また、交流ソース電圧の検知されたゼロ交差に応動して負荷回路４０を完成するために、アーク放電がないＭＥＭＳスイッチ２０の閉路を促進するように制御回路７２を構成しても良い。
【００３２】
制御回路７２は、少なくとも部分的にイネーブル信号９６の状態に基づいて、ＭＥＭＳスイッチ２０の現在の動作状態を第２の動作状態に切り換えるか否かを判定しても良い。イネーブル信号９６は、例えば接触器の用途での電源オフ・コマンドの結果として発生しても良い。更に、イネーブル信号９６と出力信号８８及び９４を、図示したデュアルＤタイプのフリップフロップ９８への入力信号として使用しても良い。これらの信号は、イネーブル信号９６がアクティブになった（例えば立ち上がりエッジでトリガされた）後の最初のソース電圧ゼロの時点でＭＥＭＳスイッチ２０を閉じ、又はイネーブル信号９６が非アクティブになった（例えば立ち下がりエッジでトリガされた）後の最初の負荷電流ゼロの時点でＭＥＭＳスイッチ２０を開くために使用しても良い。図４に図示した概略図１９に関しては、イネーブル信号９６がアクティブ（特定の実装に応じてハイ又はロー）であり、出力信号８８又は９４が検知された電圧又は電流ゼロを示す場合は常にトリガ信号１０２が発生し得る。また、トリガ信号１０２は、ＮＯＲゲート１００を介して発生し得る。一方、トリガ信号１０２はＭＥＭＳゲートドライバ１０４を通過し、ＭＥＭＳスイッチ２０のゲート２６（又はＭＥＭＳアレイの場合は複数のゲート）に制御電圧を印加するのに使用できるゲート起動信号１０６を発生し得る。
【００３３】
前述のように、特定用途向けの所望の電流定格を達成するために、単一のＭＥＭＳスイッチではなく複数のＭＥＭＳスイッチを（例えばスイッチモジュールを形成するために）並列に作動的に結合して良い。負荷回路が受けることがある連続的及び過渡的な過負荷電流レベルを適切に搬送するように、複合されたＭＥＭＳスイッチの容量を設計しても良い。例えば、６倍の過渡的過負荷を伴う１０アンペアのＲＭＳモータコンタクタの場合、１０秒で６０アンペアＲＭＳを搬送するために十分な並列に結合されたスイッチがなければならない。電流ゼロに達してから５マイクロ秒以内にＭＥＭＳスイッチを切り換えるためにポイントオンウエーブ・スイッチングを用いると、接点が開路状態で１６０ミリアンペアの瞬間電流が流れる。従って、この用途では、各ＭＥＭＳスイッチは１６０ミリアンペアを「ワームスイッチング」する能力がなければならず、６０アンペアを搬送するために十分な数のＭＥＭＳスイッチを並列に配置しなければならない。これに対して、単一のＭＥＭＳスイッチは、スイッチングの瞬間に流れる電流量を遮断できなければならない。
【００３４】
図５は、本発明の実施形態による、遠隔操作可能な過電流保護装置１１０のブロック図を示す。装置１１０は、ユーザーインターフェース１１５でユーザー制御入力を受けることができる。ユーザー制御入力は、トリップ調整電位差計からの入力、ヒューマンインターフェースからの（例えば押しボタンインターフェースからの）電気信号、及び／又は外部の制御装置の入力／信号の形態の入力で良い。ユーザー制御入力はＭＥＭＳスイッチを制御し、且つトリップ−時間曲線の調整を可能にするために利用しても良い。
【００３５】
図５に更に示すように、三相電力入力１１４は、ユーザーインターフェース１１５の端末ブロック１１６で受けられる。ライン電力入力１１４は端末ブロック１１６に送られ、（例えば電力接続１１８を介して）電力回路１３５及びスイッチング回路１２０にそれぞれ送られる。あるいは、保守のために、又は装置内の電力不足を示す状況で装置１１０内の三相電力を遮断できるようにするため、端末ブロック１１６の後にローカル切断１２１を含めても良い。電力回路１３５は、過渡電圧抑制、電圧スケーリング及び絶縁、及び電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタリング等の追加の回路に電力を供給する基本機能を実行する。
【００３６】
装置１１０は更に、制御回路１２５を含む。制御回路１２５は、（機能は主制御装置１２６に含まれていても良い）時間ベースの決定（例えば時限過電流のトリップ−時間設定）を行うことができ、特定の論理回路（１２６、１２８等）の閉路／再閉路を制御する装置１１０のプログラム化又は調整を可能にする。図５は更に、ＨＡＬＴ回路１３０を示す。例えば、ＨＡＬＴ回路１３０は、図１の消弧回路１４と同様の回路、又はほぼ同様の回路で良い。ＨＡＬＴ回路１３０は電圧及び電流の測定を行い、瞬間過電流保護動作のための論理を実行し、スイッチング動作に使用されるエネルギ方向転換回路を提供する。図示のように、ＨＡＬＴ回路１３０は、充電回路１３２、パルス回路１３３、及び（例えば既に詳細に記載した「平衡ダイオードブリッジ」と同様のもので良い）ダイオードブリッジ１３４を含む。また、ＨＡＬＴ回路１３０は、前述のパルス回路５２と構成及び動作が同じである。
【００３７】
図５には更に、スイッチング回路１２０を示す。スイッチング回路１２０は、（例えばＭＥＭＳスイッチ、接触器スイッチ等の）複数のスイッチを含んで良い。しかし、図示のように、スイッチング回路１２０はスイッチモジュール１２２を含む。スイッチモジュール１２２は、前述のＭＥＭＳスイッチ２０と構成及び動作が同じである。スイッチング回路１２０は更に、絶縁接触器１２３を含んで良い。絶縁接触器１２３は、ライン１１９からライン１４１を含む電流経路のエアギャップ絶縁を行うことができる。これを、代替的に「最終絶縁」又は「安全絶縁」と呼ぶ。最終絶縁を含めることが最適であることに留意されたい。以下に、遠隔操作可能な過電流保護装置１１０の動作をより詳細に説明する。
【００３８】
装置１１０の電力は、装置１１０に送られる三相電力（例えば端末ブロック１１６からのライン電力）から得られる。電力は、入力供給１１４の相間電位差から引き出される（例えば、ライン１１８はライン１１４から端末ブロック１１６及び／又はローカル切断１２１を介して供給される）。引き出された電力は、サージ抑制コンポーネント１３６を介して送られる。主電力段コンポーネント１３７は、制御論理電力段１３８、ＨＡＬＴ電力段１３９、及びＭＥＭＳスイッチゲート電圧段１４０に給電するために、様々な電圧で配電する。
【００３９】
トリガ動作及びＭＥＭＳスイッチ動作に関しては、電流及び電圧センサ１２７が瞬間過電流制御論理及び主制御論理１２８及び１２６にそれぞれ給電し、これらの論理回路は、ＭＥＭＳスイッチゲート電圧１４０とＨＡＬＴ回路１３０のトリガ回路１３１とを制御する。
【００４０】
装置１１０の電流／電圧センサ１２７は、システム内の電流レベル又は電圧レベルのいずれかを監視する。実装されている電流／電圧検出器は、電流／電圧が所定の、又は所望の値と異なっているか否かを判定する。この値は、設定値、又は装置１１０用に設定された値のいずれの値でも良いことに留意されたい。監視されている電流／電圧レベルが所定の、又は所望の値と異なっている場合は、瞬間過電流論理１２８で故障信号が発生し、電流／電圧レベルの差異が検出されたとシステムが判定したことを示す。その後、故障信号はトリガ回路１３１に送られ、トリガ回路はＨＡＬＴ回路１３０で過電流保護パルス動作を開始する。パルス動作はパルス回路１３３の起動を含み、その起動の結果、ＬＣパルス回路が閉路する。ＬＣパルス回路１３３が閉路すると、パルス回路のキャパシタンスが平衡ダイオードブリッジ１３４を経て放電される。ダイオードブリッジ１３４を通るパルス電流は結果として、スイッチングモジュール１２２のＭＥＭＳアレイスイッチの両端間に短絡を生じ、エネルギをＭＥＭＳアレイからダイオードブリッジへと方向転換する（図２及び図５を参照）。従って、保護パルス動作の下で、スイッチモジュール１２２のＭＥＭＳスイッチをアーク放電なく開き得る。
【００４１】
図５には更に、通信接続１２４を示す。通信接続１２４は制御回路１２５と信号接続されている。従って、制御回路１２５は、通信接続上の制御信号に応動して、ＭＥＭＳスイッチの状態を制御する。例えば、論理レベル信号を通信接続１２４上に配置しても良い。論理レベル信号は、制御回路１２５を介してスイッチモジュール１２２のＭＥＭＳスイッチ（１つ又は複数）の動作状態を起動状態にし得る。従って、ＭＥＭＳスイッチの遠隔操作は、ＭＥＭＳスイッチに対して空間的に変位した位置から発信され、通信接続に向けられる遠隔制御信号によって可能になる。従って、通信接続１２４を経て論理レベル信号を送信して、例えば過電流保護装置１１０をセット、リセット、アンセットしても良い。前述の動作を論理レベル信号に関連して記載したが、本発明の例示的実施形態には他の適宜の信号及び／又は信号レベルも適用できることに留意されたい。装置１１０の遠隔操作の可能性については、図６を参照して以下に更に説明する。
【００４２】
図６は、通信接続１２４に作動的に接続した回路１５０を示す。回路１５０は、前述の制御及びスイッチ回路７２及び１２、及び／又は１２５及び１２０と実質的に同等のもので良い。従って、回路１５０は、電流経路１１４から１４１を通過する電流に関するパラメータを測定し、且つ測定されたパラメータを、例えば電流の量や過電流事象の時間等の１つ又は複数の規定のトリップ事象に対応するパラメータと比較するように構成される。短絡を示すに十分な大きさの電流の急増等の、導電経路１１４から１４１を通過する電流のパラメータに応じて、回路１５０は電流経路１１４から１４１の遮断を開始し得る。例えば、遮断は図１〜４を参照して前述した動作と実質的に同じ動作で良い。それに加え、規定の時限過電流故障を示すことがある、短絡未満の大きさの電流の規定の継続時間にわたる増加等のパラメータに応じて、回路１５０は同様に、電流経路１１４から１４１上の電流の遮断を開始する。遮断後、回路１５０は通信接続１２４上の信号全体をリセットする。同様に、回路１５０は通信接続１２４上の信号を介してトリップされる。従って、回路１５０は過電流保護の遠隔操作を可能にする。図６には更に、絶縁接触器１２３を示す。このような接触器はオプションであり、説明目的のために含めたに過ぎない。
【００４３】
本発明の例示的実施形態は、単一の遠隔操作可能な装置に限定されないことを理解されたい。ある例示的実施形態では、複数の過電流保護装置が含まれる。図７は、本発明の例示的実施形態による、複数の遠隔操作可能な過電流保護装置を含む例示的システムのブロック図である。
【００４４】
図７に示すように、複数の遠隔操作可能な過電流保護装置１１０は、通信接続１２４を介して相互に接続される。各装置１１０は、異なる電力ライン給電の遮断を、あるいは同じ給電の遮断さえも制御し得る。図示のように、任意の数の装置１１０を含んでも良い。更に、図７は１つの通信接続１２４を示すが、装置１１０の個別の、又は集合的な動作を促進するために任意の数の通信接続を使用しても良いことが理解されよう。従って、本発明の例示的実施形態によれば、複数の過電流保護装置を遠隔制御し得る。
【００４５】
例示的実施形態を参照して本発明を記載したが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行っても良く、例示的実施形態の構成要素を同等の構成要素で代用しても良いことが当業者には理解されよう。それに加え、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に適応させるために特定の状況又は材料の修正を行っても良い。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良又は唯一の形態として、開示した特定の実施形態に限定することを意図するものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を含むことを意図するものである。更に、図面及び説明で、本発明の例示的実施形態が開示され、特定の用語が用いられてきたが、別途指摘されない限り汎用的且つ記述的な意味で用いたのであり、従って本発明ではそれに限定されるものではない。その上、第１、第２等の用語の使用は何らかの順序や重要性を意味するものではなく、１つの要素を他の要素から区別するために用いられている。更に、数詞が無いことは数量の限定を意味するものではなく、言及する品目が少なくとも１つ存在することを意味する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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