(57)【要約】【課題】微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アレイを含む電力切替システムを提供すること。【解決手段】切替システム（４）は、ダイオードブリッジを形成する複数のダイオードと、複数のダイオードに接近して結合された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイ（１２）とを含む。ＭＥＭＳスイッチアレイ（１２）は（Ｍ×Ｎ）アレイをなして電気的に接続される。（Ｍ×Ｎ）アレイは、第２のＭＥＭＳスイッチ脚部（４４）に並列に電気的に接続された第１のＭＥＭＳスイッチ脚部（４０）を含む。第１のＭＥＭＳスイッチ脚部（４０）は直列に電気的に接続された第１の複数のＭＥＭＳダイを含み、第２のＭＥＭＳスイッチ脚部（４４）は直列に電気的に接続された第２の複数のＭＥＭＳダイを含む。【選択図】図１
2012142934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオードブリッジを形成する複数のダイオードと、
前記複数のダイオードに接近して結合され、（Ｍ×Ｎ）アレイをなして電気的に接続された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイ（１２）であり、前記（Ｍ×Ｎ）アレイが、第２のＭＥＭＳスイッチ脚部（４４）に並列に電気的に接続された第１のＭＥＭＳスイッチ脚部（４０）を含み、前記第１のＭＥＭＳスイッチ脚部（４０）が、直列に電気的に接続された第１の複数のＭＥＭＳダイを含み、前記第２のＭＥＭＳスイッチ脚部（４４）が、直列に電気的に接続された第２の複数のＭＥＭＳダイを含む、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイ（１２）と
を備える切替システム（４）。
【請求項２】
前記（Ｍ×Ｎ）アレイに電気的に接続された単一のハイブリッドアークレス制限技術（ＨＡＬＴ）回路（１６９）であり、前記（Ｍ×Ｎ）アレイ中の前記複数のＭＥＭＳスイッチを開くために電力供給される、単一のハイブリッドアークレス制限技術（ＨＡＬＴ）回路（１６９）をさらに備える、請求項１記載の切替システム（４）。
【請求項３】
前記（Ｍ×Ｎ）アレイに電気的に接続された単一のパルス支援ターンオン（ＰＡＴＯ）回路（１７０）であり、前記（Ｍ×Ｎ）アレイ中の前記複数のＭＥＭＳスイッチを閉じるために電力供給される、単一のＰＡＴＯ回路（１７０）をさらに含む、請求項２記載の切替システム（４）。
【請求項４】
前記複数のダイオードが、各ＭＥＭＳダイによる浮遊インダクタンスを約５０ｎＨに制限するように構成されるループ区域を設定するようにＭＥＭＳスイッチアレイ（１２）に接続されるコーナダイオード（２０、２１、２２、２３）を構成する、請求項１記載の切替システム（４）。
【請求項５】
前記第１の複数のＭＥＭＳダイが第１のＭＥＭＳダイ（４７）、第２のＭＥＭＳダイ（４８）、第３のＭＥＭＳダイ（４９）、および第４のＭＥＭＳダイ（５０）を含む、請求項１記載の切替システム（４）。
【請求項６】
並列に接続された第１の抵抗器（９５）および第１のキャパシタ（９６）を含む第１の等級のネットワーク（９０）であり、前記第１および第２のＭＥＭＳダイ（４７、４８）に並列に接続される、第１の等級のネットワーク（９０）をさらに含む、請求項５記載の切替システム（４）。
【請求項７】
前記第３および第４のＭＥＭＳダイ（４９、５０）に並列に接続された第２の抵抗器（９９）および第２のキャパシタ（１００）を含む第２の等級のネットワーク（９１）をさらに含む、請求項６記載の切替システム（４）。
【請求項８】
前記第１および第２のＭＥＭＳダイ（４７、４８）に直列に接続された第１の中間抵抗器（１３４）および第１の中間ダイオード（１３３）をさらに含む、請求項５記載の切替システム（４）。
【請求項９】
前記第３および第４のＭＥＭＳダイ（４９、５０）に直列に接続された第２の中間抵抗器（１３７）および第２の中間ダイオードをさらに含む、請求項８記載の切替システム（４）。
【請求項１０】
前記（Ｍ×Ｎ）アレイに並列に電気的に接続された酸化金属バリスタ（ＭＯＶ）（２００）をさらに含む、請求項１記載の切替システム（４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、電力切替システムの技術に関し、より詳細には、微小電気機械システムアレイを含む電力切替システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気システムは、電流の流れをオンおよびオフに切り替えるために接点を使用する。接点は電流の流れを通過させるために閉じられ、電流の流れを停止するために開かれる。一般に、接点は、接触器、回路遮断器、電流断続器、または他の電気デバイスにおいて使用することができる。接触器は、命令により電気負荷のオンおよびオフを切り替えるように設計された電気デバイスである。伝統的に、電気機械接触器は、モータ、照明などのような様々な電気負荷の動作を制御するのに使用される。定格に応じて、電気接触器は様々なレベルの切替電流を扱うことができる。従来の電気機械接触器は比較的低速である。より具体的には、電気機械接触器は、障害状態下で接点を開くのにかなりの時間を必要とする。障害状態下で、接点を開くための時間が長いほど、回路を通過する故障電流が多くなることを意味する。そのため、電気機械接触器は、最悪のあり得る故障電流シナリオに対処するために故障電流容量が高くなるように設計される。高い故障電流を運ぶ必要がある場合、従来の電気機械接触器は非常に大きくなる。
【０００３】
低速の機械スイッチおよび電気機械スイッチの代替として、高速の固体スイッチが高速切替用途では使用されている。理解されるであろうが、固体スイッチは、電圧またはバイアスの印加を制御することによって導電状態と非導電状態との間で切り替わる。例えば、固体スイッチに逆バイアスをかけることによって、スイッチを非導電状態に移行させることができる。従来の固体スイッチは依然として所望の速度に達していない。そのため、固体スイッチは、障害を検出し、スイッチを開く前に多くの故障電流が流れたままとなる。
【０００４】
電流が流れている間に電流をオンまたはオフに切り替えると、一般に望ましくないアーク、または電気閃光を生成する可能性がある。アークまたは閃光を低減するために、電気機械スイッチおよび固体スイッチの両方は、障害状態を感知した際に、交流（ＡＣ）システムの場合には電流のゼロ交差で接点を開く／切り替える。対照的に、直流（ＤＣ）は、一般に、ゼロ交差ポイントがない。さらに、それ故に、障害状態を取り除くのは挑戦以上のものである。そのため、ＤＣシステムでは、アークは遮断のあらゆる事例で生じる。
【０００５】
現在、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチは切替システムで使用することが考えられている。現在、ＭＥＭＳは、一般に、多種多様な機能的に別個な要素、例えば、機械要素、電気機械要素、センサ、アクチュエータ、およびエレクトロニクスを共通基板上に微細加工技術により一体化することができるミクロンスケールの構造体を指す。ＭＥＭＳスイッチはＡＣおよびＤＣ用途の両方で使用するのに好適な高速の応答時間を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８０１６５４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ＭＥＭＳスイッチはアーク放電による損傷を受けやすい。アーク放電を緩和するために、ＭＥＭＳスイッチは、ハイブリッドアークレス制限技術（Ｈｙｂｒｉｄ  Ａｒｃｌｅｓｓ  Ｌｉｍｉｔｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＨＡＬＴ）回路およびパルス支援ターンオン（Ｐｕｌｓｅ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｔｕｒｎ  Ｏｎ：ＰＡＴＯ）回路に並列に接続される。ＨＡＬＴ回路はＭＥＭＳスイッチをアークなしに開くのを容易にし、一方、ＰＡＴＯ回路はＭＥＭＳスイッチをアークなしに閉じるのを容易にする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
例示的実施形態の一態様によれば、切替システムは、ダイオードブリッジを形成する複数のダイオードと、複数のダイオードに接近して結合された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイとを含む。ＭＥＭＳスイッチアレイは（Ｍ×Ｎ）アレイをなして電気的に接続される。（Ｍ×Ｎ）アレイは、第２のＭＥＭＳスイッチ脚部に並列に電気的に接続された第１のＭＥＭＳスイッチ脚部を含む。第１のＭＥＭＳスイッチ脚部は直列に電気的に接続された第１の複数のＭＥＭＳダイを含み、第２のＭＥＭＳスイッチ脚部は直列に電気的に接続された第２の複数のＭＥＭＳダイを含む。
【０００９】
例示的実施形態の別の態様によれば、モータを始動させる方法は、モータへの電流経路を中断するために微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイに並列に電気的に接続されたパルス支援ターンオン（ＰＡＴＯ）回路に電気エネルギーを移送するステップを含み、ＭＥＭＳスイッチアレイは、第２のＭＥＭＳスイッチ脚部に並列に接続された第１のＭＥＭＳスイッチ脚部を含む。第１および第２のＭＥＭＳスイッチ脚部の各々は、Ｍ×Ｎアレイを構築するように直列に電気的に接続された複数のＭＥＭＳダイを含む。この方法は、モータへの電流経路を設定するためにＭＥＭＳスイッチアレイに並列に電気的に接続されたハイブリッドアークレス制限技術（ＨＡＬＴ）回路に電気エネルギーを移送するステップをさらに含む。
【００１０】
これらおよび他の利点および特徴は図面に関連して行われる以下の説明から一層明らかになるであろう。
【００１１】
本発明と見なされる主題は明細書の結びの特許請求の範囲で特に指し示し、明確に請求される。本発明の前述および他の特徴ならびに利点は添付図面に関連して行われる以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】例示的実施形態による微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベース切替システムを含むモータスタータの概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明は、図面を参照して例として利点および特徴と共に本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
例示的実施形態によるモータスタータシステムが図１の２で全体的に示される。モータスタータシステム２は、電圧源６および電気負荷８に動作可能に接続された切替システム４を含む。図示の例示的実施形態では、電気負荷８は電気モータ１０として説明されるが、電気負荷８は特許請求の範囲から逸脱することなく様々な形態を呈することができることが理解されるべきである。例示的実施形態によれば、切替システム４は、電圧源６を電気モータ１０に電気的に接続するのに微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチを使用する。ＭＥＭＳベーススイッチを使用すると、切替システム４は非常にコンパクトなフォームファクタで構成することができる。
【００１５】
現在、ＭＥＭＳは、一般に、多種多様な機能的に別個な要素、例えば、機械要素、電気機械要素、センサ、アクチュエータ、およびエレクトロニクスを共通基板上に微細加工技術により一体化することができるミクロンスケールの構造体を指す。しかし、ＭＥＭＳデバイスに現在利用可能な多くの技法および構造は、ナノテクノロジベースデバイス、例えば、サイズが１００ナノメートル未満であり得る構造体によってわずか数年内に利用可能になるはずであると考えられる。したがって、本文書の全体にわたって説明される例示の実施形態がＭＥＭＳベース切替デバイスを参照することがあるにしても、実施形態は広義に解釈されるべきであり、ミクロンサイズのデバイスに限定されるべきでないと思われる。
【００１６】
例示的実施形態によれば、切替システム４は、複数のコーナダイオード２０〜２３に接近して結合され、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２が平衡ダイオードブリッジ（別個にはラベル付けされていない）の中央点（別個にはラベル付けされていない）で接続されるように接続されたＭＥＭＳスイッチアレイ１２を含む。「接近して結合される」という用語は、ループ区域に関連する浮遊インダクタンスによって生成される電圧を約１Ｖ未満に制限するように、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２ができるだけ小さいループ区域でコーナダイオード２０〜２３に結合されることを意味するように理解されるべきである。ループ区域は、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２中の各ＭＥＭＳデバイスもしくはダイとダイオードブリッジとの間の区域として定義される。例示的実施形態の一態様によれば、切替え事象中のＭＥＭＳスイッチアレイ１２の両端の誘導電圧降下は、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２とコーナダイオード２０〜２３との間で小さいループインダクタンスを保持することによって制御される。切替え中のＭＥＭＳスイッチアレイ１２の両端の誘導電圧は３つの要因、すなわち浮遊インダクタンスのレベルを設定するループ区域の長さ、第２に、並列脚部当たり約１Ａと約１０Ａとの間にあるＭＥＭＳ切替え電流、および第３に、約１μ秒であるＭＥＭＳ切替え時間によって決定される。
【００１７】
例示的実施形態の一態様によれば、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２中の各ダイは約１０Ａの電流を運び、約１マイクロ秒で切り替えることができる。例示的態様では、ダイオードブリッジに移送される全電流はダイ容量の２倍、すなわち２０Ａになることがある。式Ｖ＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔを仮定すると、浮遊インダクタンスは多くとも約５０ｎＨに保持されることになる。しかし、ＭＥＭＳスイッチアレイの各ダイが１Ａを運ぶように構成される場合、浮遊インダクタンスは約５００ｎＨもの高さになることになる。
【００１８】
さらに、例示的実施形態によれば、所望のループ区域は、例えば、チップの一方の側にＭＥＭＳスイッチアレイ１２を、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２と正反対であるチップの別の側にコーナダイオード２０〜２３を取り付けることによって達成することができる。別の例によれば、コーナダイオード２０〜２３は、以下でより完全に説明されるように、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２のＭＥＭＳスイッチの２つの並列配置の間に直接位置づけることができる。さらなる別の例によれば、コーナダイオード２０〜２３は、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２のＭＥＭＳダイのうちの１つまたは複数の内部に一体化して形成することができる。どんな場合も、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２およびコーナダイオード２０〜２３の特定の配置は、ループ区域が、拡大解釈すればインダクタンスができるだけ小さく維持される限り変更することができることが理解されるべきである。本発明の実施形態はコーナダイオード２０〜２３を使用して説明されているが、「コーナ」という用語はダイオードの物理的場所に限定されず、本明細書で開示される所望の程度の誘導結合をもたらすダイオードの配置をむしろ指向することが理解されよう。より具体的には、コーナダイオード２０〜２３は、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２がコーナダイオード２０〜２３の中間点を横切って接続されるように接続される。
【００１９】
コーナダイオード２０〜２３は、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２を通過する負荷電流に低インピーダンス経路を与えるように平衡ダイオードブリッジに配置される。そのため、コーナダイオード２０〜２３は、インダクタンスを制限し、その結果として、ある期間にわたる電圧変化、すなわちＭＥＭＳアレイ１２の両端の電圧スパイクを制限するように配置される。図示の例示的実施形態では、平衡ダイオードブリッジは第１の分岐２４および第２の分岐２５を含む。本明細書で使用される「平衡ダイオードブリッジ」という用語は、各分岐２４、２５の電流が実質的に等しい場合、第１および第２の両方の分岐２４および２５の両端の電圧降下が実質的に等しくなるように構成されるダイオードブリッジを記述している。第１の分岐２４では、ダイオード２０およびダイオード２１が第１の直列回路（別個にはラベル付けされていない）を形成するように一緒に結合される。同様に、第２の分岐２５は、第２の直列回路（別個にはラベル付けされていない）を形成するように一緒に動作可能に結合されたダイオード２２およびダイオード２３を含む。平衡ダイオードブリッジは、さらに、電圧源６および負荷８に接続する接続ポイント３４および３５を含むことが示されている。
【００２０】
さらに、例示的実施形態によれば、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２は、直列に接続された第１のＭＥＭＳスイッチ脚部４０（ｍ）と、同様に直列に接続された第２のＭＥＭＳスイッチ脚部４４（ｍ）とを含む。より具体的には、第１のＭＥＭＳスイッチ脚部４０は、直列に接続された第１のＭＥＭＳダイ４７、第２のＭＥＭＳダイ４８、第３のＭＥＭＳダイ４９、および第４のＭＥＭＳダイ５０を含む。同様に、第２のＭＥＭＳスイッチ脚部４４は、直列に接続された第５のＭＥＭＳダイ５７、第６のＭＥＭＳダイ５８、第７のＭＥＭＳダイ５９、および第８のＭＥＭＳダイ６０を含む。ここで、各ＭＥＭＳダイ４７〜５０および５７〜６０は多数のＭＥＭＳスイッチを含むように構成することができることが理解されるべきである。例示的実施形態の一態様によれば、各ＭＥＭＳダイ４７〜５０および５７〜６０は５０〜１００個のＭＥＭＳスイッチを含む。しかし、各ダイ４７〜５０および５７〜６０のスイッチの数は変更することができる。第１のＭＥＭＳスイッチ脚部４０は第２のＭＥＭＳスイッチ脚部４４に並列（ｎ）に接続される。この構成により、第１および第２のＭＥＭＳスイッチ脚部４０、４４は（ｍ×ｎ）アレイを形成し、図示の例示的実施形態では、（４×２）アレイである。当然、直列（ｍ）および並列（ｎ）に接続されたＭＥＭＳスイッチダイの数は変更することができることが理解されるべきである。
【００２１】
各ＭＥＭＳスイッチ４７〜５０および５７〜６０は同様の接続を含むので、詳細な説明は、ＭＥＭＳスイッチ４７を参照しながら、残りのＭＥＭＳスイッチ４８〜５０および５７〜６０が対応する接続を含むことを理解した上で、続くことになる。ＭＥＭＳスイッチ４７は、第１の接続７０、第２の接続７１、第３の接続７２、および第４の接続７３を含む。一実施形態では、第１の接続７０はドレイン接続として構成することができ、第２の接続７１はソース接続として構成することができ、第３および第４の接続７２および７３はゲート接続として構成することができる。ゲート接続７２および７３はＭＥＭＳスイッチ５７および第１のゲートドライバ７５に接続される。第１のゲートドライバ７５は、ＭＥＭＳスイッチ４７および４８、ならびに５７および５８に関連する。第２のゲートドライバ７６は、ＭＥＭＳスイッチ４９および５０、ならびに５９および６０に関連する。各ゲートドライバ７５、７６は、図示のようにＭＥＭＳスイッチ４７〜５０および５７〜６０に電気的に結合される多数の分離した出力部（別個にはラベル付けされていない）を含む。第１および第２のゲートドライバ７５および７６は、コントローラ８０からの信号を受け取るように接続される制御論理入力部７８をさらに含む。この構成により、ゲートドライバ７５および７６は、ＭＥＭＳスイッチ４７〜５０および５７〜６０の状態（開／閉の）を選択的に切り替えるための手段を備える。
【００２２】
さらに、例示的実施形態によれば、切替システム４は、第１および第２のＭＥＭＳスイッチダイ４０および４４に接続された複数の等級づけネットワークを含む。より具体的には、切替システム４は第１および第５のＭＥＭＳスイッチ４７および５７に並列に電気的に接続された第１の等級のネットワーク９０を含み、第２の等級のネットワーク９１は第２および第６のＭＥＭＳスイッチ４８および５８に並列に電気的に接続され、第３の等級のネットワーク９２は第３および第７のＭＥＭＳスイッチ４９および５９に並列に電気的に接続され、第４の等級のネットワーク９３は第４および第８のＭＥＭＳスイッチ５０および６０に並列に電気的に接続される。
【００２３】
第１の等級のネットワーク９０は、第１のキャパシタ９６に並列に接続された第１の抵抗器９５を含む。第１の抵抗器９５は約１０Ｋオームの値を有し、第１のキャパシタ９６は約０．１μＦの値を有する。当然、第１の抵抗器９５および第１のキャパシタ９６の値は変更することができることが理解されるべきである。第２の等級のネットワーク９１は第２のキャパシタ１００に並列に接続された第２の抵抗器９９を含む。第２の抵抗器９９および第２のキャパシタ１００はそれぞれ第１の抵抗器９５および第１のキャパシタ９６と同様である。第３の等級のネットワーク９２は第３の抵抗器１０３および第３のキャパシタ１０４を含む。第３の抵抗器１０３および第３のキャパシタ１０４はそれぞれ第１の抵抗器９５および第１のキャパシタ９６と同様である。最後に、第４の等級のネットワーク９３は第４の抵抗器１０７および第４のキャパシタ１０８を含む。第４の抵抗器１０７および第４のキャパシタ１０８は第１の抵抗器９５および第１のキャパシタ９６と同様である。等級づけネットワーク９０〜９３は、ＭＥＭＳスイッチ４７〜５０および５７〜６０の対応するものの位置を変更するのに役立つ。より具体的には、等級づけネットワーク９０〜９３は直列に接続された各ＭＥＭＳ要素の両端の電圧分布を確実に均一にする。
【００２４】
切替システム４は、さらに、第１の中間分岐回路１１０、第２の中間分岐回路１１１、第３の中間分岐回路１１２、第４の中間分岐回路１１３、第５の中間分岐回路１１４、および第６の中間分岐回路１１５を含むことが示されている。中間分岐回路１１０〜１１５は、第１および第２のゲートドライバ７５および７６のうちのそれぞれのものと平衡ダイオードブリッジの第１および第２の分岐２４および２５との間に電気的に接続される。より具体的には、第１、第２、および第５の中間分岐回路１１０、１１１、および１１４は第１の分岐２４と第１の等級のネットワーク９０との間に接続され、第３、第４、および第６の中間分岐回路１１２、１１３、および１１５は第２の分岐２５と第３の等級のネットワーク９２との間に接続される。
【００２５】
第１の中間分岐１１０は第１の中間ダイオード１３３および第１の中間抵抗器１３４を含む。中間ダイオードという用語は、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２の全体の両端に接続されたコーナダイオードとは対照的に、ＭＥＭＳスイッチアレイ１２の一部のみの両端に接続されたダイオードを意味することが理解されるべきである。第２の中間分岐１１１は第２の中間ダイオード１３６および第２の中間抵抗器１３７を含む。第３の中間分岐１１２は第３の中間ダイオード１４０および第３の中間抵抗器１４１を含み、第４の中間分岐１１３は第４の中間ダイオード１４４および第４の中間抵抗器１４５を含む。第５の中間分岐１１４は第５の中間ダイオード１４７および第５の中間抵抗器１４８を含む。最後に、第６の中間分岐回路１１５は第６の中間ダイオード１５０および第６の中間抵抗器１５１を含む。中間分岐回路１１０〜１１５の抵抗器およびダイオードの構成は、中間分岐１１０〜１１５を通る電流流れを低いままにし、それによって、中間分岐１１０〜１１５において接続されたダイオードのより低い定格を可能にすることを保証する。このようにして、中間ダイオードのコストおよびサイズは低いままである。そのため、Ｍ×ＮのＭＥＭＳアレイスイッチでは、コーナダイオード２０〜２３のみがより高い電流定格、すなわち、障害状態下に負荷を通って流れる最悪のあり得る電流の範囲の電流定格を持つ必要がある。一方、ＭＥＭＳアレイの他のダイオードはすべて非常に小さい電流定格のものとすることができる。
【００２６】
切替システム４は、さらに、単一のハイブリッドアークレス制限技術（ＨＡＬＴ）／パルス支援ターンオン（ＰＡＴＯ）回路１６４を含むことが示されている。すなわち、ＭＥＭＳ部材ごとに別個のＨＡＬＴ／ＰＡＴＯ回路を必要とする従来のＭＥＭＳ構成とは対照的に、例示的実施形態はＭＥＭＳアレイ１２用の単一のＨＡＬＴ／ＰＡＴＯ回路のみを使用する。ＨＡＬＴ／ＰＡＴＯ回路１６４は、平衡ダイオードブリッジの第１の分岐２４に電気的に接続される第１の分岐１６６と、平衡ダイオードブリッジの第２の分岐２５に電気的に接続される第２の分岐１６７とを含む。ＨＡＬＴ／ＰＡＴＯ回路１６４は、共通インダクタ１７４経由で第１の分岐１６６と第２の分岐１６７との間に電気的に接続されたＨＡＬＴ回路部分１６９およびＰＡＴＯ回路部分１７０をさらに含む。
【００２７】
ＨＡＬＴ回路部分１６９はＰＡＴＯ回路部分１７０に並列に接続される。ＨＡＬＴ回路部分１６９は、スイッチングダイオード１８１の形態で示されたＨＡＬＴスイッチ１８０を含む。スイッチングダイオード１８１はＨＡＬＴキャパシタ１８３に直列に接続される。ＰＡＴＯ回路部分１７０は、パルスキャパシタ１９０およびパルスダイオード１９１に直列に接続されたスイッチングダイオード１８８の形態で示されたパルススイッチ１８７を含む。インダクタ１７４は、第１の分岐１６６においてＨＡＬＴ回路部分１６９およびＰＡＴＯ回路部分１７０に直列に接続される。ＨＡＬＴ／ＰＡＴＯ回路１６４は、さらに、ＭＥＭＳスイッチ４７〜５０および５７〜６０が閉じられるときＨＡＬＴスイッチ１８０を選択的に作動させ、ＭＥＭＳスイッチ４７〜５０および５７〜６０が開かれるときＰＡＴＯスイッチ１８７を選択的に作動させるＨＡＬＴ／ＰＡＴＯ制御部１９６を含むことが示されている。すなわち、ＨＡＬＴスイッチ１８０は、ＭＥＭＳスイッチ４７〜５０および５７〜６０を閉じるためにＨＡＬＴ回路部分１６９に電力供給するように閉じられ、パルススイッチ１８７は、ＭＥＭＳスイッチ４７〜５０および５７〜６０を開くためにＰＡＴＯ回路部分１７０に電力供給するように閉じられる。ＭＥＭＳスイッチ４７〜５０および５７〜６０が閉じられると、電圧源６と電気モータ１０との間に電流経路が設定される。逆に、ＭＥＭＳスイッチ４７〜５０および５７〜６０が開かれると、電圧源６と電気モータ１０の間の電流経路が中断される。
【００２８】
切替システム４は、さらに、第１および第２の複数のＭＥＭＳスイッチ４０および４４ならびに電圧源６および電気モータ１０に並列に接続される電圧スナバ１９８を含むことが示されている。電圧スナバ１９８はＭＥＭＳスイッチ４７〜５０および５７〜６０の各々の高速の接点離隔中の電圧オーバーシュートを制限する。電圧スナバ１９８は酸化金属バリスタ（ＭＯＶ）２００の形態で示されている。しかし、電圧スナバ１９８は、スナバ抵抗器に直列に接続されたスナバキャパシタを有する回路を含む様々な形態を呈することができることを当業者なら理解されるべきである。
【００２９】
この時点で、例示的実施形態は、切替システムの全体的容量を拡大するためにより大きい電流を運ぶことができるＭＥＭＳスイッチの（ｍ×ｎ）アレイを使用する切替システムを提供することが理解されるべきである。さらに、切替システムは、単一のＨＡＬＴ／ＰＡＴＯ回路を含むＭＥＭＳスイッチの（ｍ×ｎ）アレイを使用する。単一のＨＡＬＴ／ＰＡＴＯ回路は、従来のＭＥＭＳスイッチのアレイで使用されている多数のＨＡＬＴ／ＰＡＴＯ回路に取って代わる。ＭＥＭＳアレイと組み合わせて単一のＨＡＬＴ／ＰＡＴＯ回路を使用すると、切替システム４は、コンパクトなフォームファクタを維持し、回路複雑性およびコストを低減しながらより大きい電気モータをサポートすることができる。
【００３０】
本発明が限定された数の実施形態にのみに関連して詳細に説明されたが、本発明はそのような開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されよう。むしろ、本発明は、これまでに説明されていないが本発明の趣旨および範囲内にある任意の数の変形、改変、置換、または均等の構成を組み込むように変更することができる。さらに、本発明の様々な実施形態が説明されたが、本発明の態様は説明された実施形態の一部のみを含むことができることが理解されるべきである。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されると見なされるのではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３１】
２  モータスタータシステム
４  切替システム
６  電圧源
８  電気負荷
１０  電気モータ
１２  ＭＥＭＳスイッチアレイ
２０、２１、２２、２３  コーナダイオード
２４、１６６  第１の分岐
２５、１６７  第２の分岐
３４、３５  接続ポイント
４０  第１のＭＥＭＳスイッチ脚部
４４  第２のＭＥＭＳスイッチ脚部
４７  第１のＭＥＭＳダイ
４８  第２のＭＥＭＳダイ
４９  第３のＭＥＭＳダイ
５０  第４のＭＥＭＳダイ
５７  第５のＭＥＭＳダイ
５８  第６のＭＥＭＳダイ
５９  第７のＭＥＭＳダイ
６０  第８のＭＥＭＳダイ
７０  第１の接続
７１  第２の接続
７２  第３の接続
７３  第４の接続
７５  第１のゲートドライバ
７６  第２のゲートドライバ
７８  制御論理入力部
８０  コントローラ
９０  第１の等級のネットワーク
９１  第２の等級のネットワーク
９２  第３の等級のネットワーク
９３  第４の等級のネットワーク
９５  第１の抵抗器
９６  第１のキャパシタ
９９  第２の抵抗器
１００  第２のキャパシタ
１０３  第３の抵抗器
１０４  第３のキャパシタ
１０７  第４の抵抗器
１０８  第４のキャパシタ
１１０  第１の中間分岐回路
１１１  第２の中間分岐回路
１１２  第３の中間分岐回路
１１３  第４の中間分岐回路
１１４  第５の中間分岐回路
１１５  第６の中間分岐回路
１３３  第１の中間ダイオード
１３４  第１の中間抵抗器
１３６  第２の中間ダイオード
１３７  第２の中間抵抗器
１４０  第３の中間ダイオード
１４１  第３の中間抵抗器
１４４  第４の中間ダイオード
１４５  第４の中間抵抗器
１４７  第５の中間ダイオード
１４８  第５の中間抵抗器
１５０  第６の中間ダイオード
１５１  第６の中間抵抗器
１６４  単一のハイブリッドアークレス制限技術（ＨＡＬＴ）／パルス支援ターンオン（ＰＡＴＯ）回路
１６９  ＨＡＬＴ回路部分
１７０  ＰＡＴＯ回路部分
１７４  共通インダクタ
１８０  ＨＡＬＴスイッチ
１８１、１８８  スイッチングダイオード
１８３  ＨＡＬＴキャパシタ
１８７  パルススイッチ
１９０  パルスキャパシタ
１９１  パルスダイオード
１９６  ＨＡＬＴ／ＰＡＴＯ制御部
１９８  電圧スナバ
２００  酸化金属バリスタ（ＭＯＶ）
【図１】
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