JP6219021B2 - マイクロ電気機械スイッチ（ｍｅｍｓ）装置を含む配電システム - Google Patents

Description

本明細書で開示する主題は、電気制御装置システムの技術に関し、より詳細には、マイクロ電気機械スイッチ（ＭＥＭＳ）装置を含む配電システムに関する。

過負荷状態または短絡状態に起因する破損から電気回路を保護するために回路遮断器が用いられている。ある回路遮断器は、接地およびアーク故障状態を検知することによって、使用に対する保護を行なっている。過負荷、短絡状態、および／または故障を検知すると、回路遮断器は、電気回路に対する電力を遮断して回路部品に対する破損を防止するか、そうでなければ少なくとも最小限にし、および／または損傷を防ぐ。現在、回路遮断器は、付随する電気回路における過電流状態に対して、独立に検知および応答する。

米国特許第号７，５４２，２５０明細書

したがって、各回路遮断器は、専用の電流検知装置、熱検知装置、制御装置、および機械スイッチ装置を含まなければならない。機械スイッチ装置は、制御装置によって、回路遮断器を通る電流を遮断するように操作される。これは、過電流状態または短絡を示す信号が電流および熱検知装置から来ると行なわれる。

典型的な実施形態の一態様によれば、配電システムが、少なくとも１つの回路遮断器装置であって、電気経路が設けられた電気遮断システムと、電気経路内で電気的に結合された少なくとも１つのマイクロ電気機械スイッチ（ＭＥＭＳ）装置と、少なくとも１つのハイブリッド・アークレス制限技術（ＨＡＬＴ）接続部と、少なくとも１つの制御接続部と、を有する少なくとも１つの回路遮断器装置を含んでいる。ＨＡＬＴ回路部材が回路遮断器装置上のＨＡＬＴ接続部に電気的に結合され、制御器が回路遮断器装置上の制御接続部に電気的に結合されている。制御器は、ＨＡＬＴ回路部材と少なくとも１つの回路遮断器装置とをＨＡＬＴ接続部を介して選択的に接続して、少なくとも１つの回路遮断器装置を通る電流フローを制御するように構成および配置されている。

典型的な実施形態の別の態様によれば、電気負荷中心が、内部部分を画定する複数の壁を有するメイン・ハウジングと、メイン・ハウジングの内部部分内を延びるバス・バーと、バス・バーに電気的に結合された少なくとも１つの回路遮断器装置と、を含んでいる。少なくとも１つの回路遮断器は、電気経路を有する電気遮断システムと、電気経路内で電気的に結合された少なくとも１つのマイクロ電気機械スイッチ（ＭＥＭＳ）装置と、少なくとも１つのハイブリッド・アークレス制限技術（ＨＡＬＴ）接続部と、少なくとも１つの制御接続部と、を含んでいる。ＨＡＬＴ回路部材が回路遮断器装置上のＨＡＬＴ接続部に電気的に結合され、制御器が回路遮断器装置上の制御接続部に電気的に結合されている。制御器は、ＨＡＬＴ回路部材と少なくとも１つの回路遮断器装置とをＨＡＬＴ接続部を介して選択的に接続して、少なくとも１つの回路遮断器装置を通る電流フローを制御するように構成および配置されている。

典型的な実施形態のさらに別の態様によれば、電気負荷中心内の電気回路を制御する方法が、少なくとも１つのマイクロ電気機械スイッチ（ＭＥＭＳ）装置を有する回路遮断器装置に信号を送って、電流を電気経路を通して送ることと、ハイブリッド・アークレス制限技術（ＨＡＬＴ）スイッチを閉にして、信号を少なくとも１つのＭＥＭＳ装置へ送ることと、ＭＥＭＳ装置を切り換えて電流を電気経路を通して流すことと、電流の望ましくない電流パラメータを検知することと、ＨＡＬＴスイッチを開にして少なくとも１つのＭＥＭＳ装置に対する信号を遮断することと、少なくとも１つのＭＥＭＳ装置を切り換えて電気経路を開くことと、を含んでいる。

これらおよび他の優位性および特徴は、以下の説明とともに図面から明らかとなる。

主題は、本発明とみなされるものであるが、明細書の終わりの請求項において詳細に指摘され明確に請求される。本発明の前述および他の特徴および優位性は、以下の詳細な説明とともに添付図面から明らかである。

典型的な実施形態による複数のマイクロ電気機械スイッチ（ＭＥＭＳ）装置を含む配電システムの部分斜視図である。 典型的な実施形態によるＭＥＭＳ回路遮断器装置を例示する概略図面である。 典型的な実施形態によるハイブリッド・アークレス制限技術（ＨＡＬＴ）回路基板の概略図である。 典型的な実施形態の一態様によるＭＥＭＳ制御盤を例示するブロック図である。 図２のＭＥＭＳ回路遮断器装置の状態を変える方法を例示するフロー図である。 図２の開口部ＭＥＭＳ回路遮断器装置の方法を例示するフロー図である。

詳細な説明では、本発明の実施形態とともに優位性および特徴を、一例として図面を参照して説明する。

図１を参照して、典型的な実施形態による負荷中心を大まかに２で示す。負荷中心２は、メイン・ハウジング６を含んでいる。メイン・ハウジング６は、基本壁８、第１および第２の対向する側壁１０および１１、第３および第４の対向する側壁１３および１４を有しており、これら全体によって内部部分１８が画定されている。また負荷中心２は、図示するように、第１および第２のバス・バー２４および２５、第１および第２のニュートラル・バー２７および２８、第１および第２のコントロールバス３０および３１を含み、これらは基本壁８に取り付けられている。メイン回路遮断器３４が、主電源（図示せず）から第１および第２のバス・バー２４および２５への電流の通電を制御している。また負荷中心２は、マイクロ電気機械スイッチ（ＭＥＭＳ）ベースの配電システム４０を含んでいる。配電システム４０は、第１および第２のバス・バー２４および２５と複数の分岐回路（図示せず）との間の電流通電を制御するものである。

配電システム４０はＭＥＭＳ制御盤４４を含んでいる。ＭＥＭＳ制御盤４４は、第１および第２のバス・バー２４および２５とともに第１および第２の制御バス３０および３１に接続されている。ＭＥＭＳ制御盤４４は、複数のハイブリッド・アークレス制限技術（ＨＡＬＴ）盤４６および４７を選択的に制御する。ハイブリッド・アークレス制限技術盤４６および４７は次に、複数のＭＥＭＳ回路遮断器装置４９〜５４および６０ａ〜６０ｖに信号を送る。ＭＥＭＳ回路遮断器装置４９〜５４は、第１および第２のバス・バー２４および２５のそれぞれに接続される双極回路遮断器要素を構成しており、一方で、ＭＥＭＳ回路遮断器装置６０ａ〜６０ｖは、第１および第２のバス・バー２４および２５の何れか１つにそれぞれ接続される単極回路遮断器要素を構成している。すなわち、回路遮断器装置６０ａ〜６０ｋは第１のバス・バー２４に結合され、回路遮断器盤６０ｌ〜６０ｖは第２のバス・バー２５に結合されている。各回路遮断器盤は実質的に同様であるため、続く詳細な説明では、図２を参照して回路遮断器盤６０ａを説明することにし、回路遮断器盤４９〜５４および６０ｂ〜６０ｖは同様の構造を含んでいるものと理解する。

典型的な実施形態によれば、回路遮断器盤６０ａは、スイッチング・システム７０を含み、スイッチング・システム７０は、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４が複数のコーナー・ダイオード７８〜８１に密に結合されている。ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４は、ダイオード７８〜８１によって形成される平衡ダイオード・ブリッジ（別個に標示せず）の中心点（別個に標示せず）に接続されている。用語「密に結合される」の意味は、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４のコーナー・ダイオード７８〜８１への結合を、ループ領域をできるだけ小さくしてループ領域に付随する浮遊インダクタンスが形成する電圧が約１Ｖ未満に制限されるように行なうことであると理解しなければならない。ループ領域は、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４内の各ＭＥＭＳ装置またはダイと平衡ダイオード・ブリッジとの間の領域として規定される。典型的な実施形態の一態様によれば、切り換え事象の間のＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４に渡る誘導電圧降下を、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４とコーナー・ダイオード７８〜８１との間のループ・インダクタンスを小さい値に維持することによって制御する。切り換えの間にＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４に渡って生じる誘導電圧は３つの因子によって決定される。ループ領域の長さ（浮遊インダクタンスのレベルを設定する）、ＭＥＭＳスイッチ電流（平行脚当たり約１Ａ〜約１０Ａ）、およびＭＥＭＳ切換え時間（約１μ秒）である。

典型的な実施形態の一態様によれば、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４内の各ダイは、約１０Ａの電流を伝え、約１マイクロセカンドで切り換えることができる。さらに典型的な態様によれば、ダイオード・ブリッジに運ばれる全電流は、ダイ能力の２倍、すなわち２０Ａであろう。等式Ｖ＝Ｌ＊ｄｉ／ｄｔを仮定すると、浮遊インダクタンスは約５０ｎＨにしか維持されないであろう。しかし、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ内の各ダイが、１Ａを伝えるように構成されていたら、浮遊インダクタンスは約５００ｎＨ程度に高くなる可能性がある。

さらにまた典型的な実施形態によれば、所望のループ領域を、たとえば、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４を回路基板（別個に標示せず）の１つの側面上に取り付けること、およびコーナー・ダイオード７８〜８１を、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４と正反対の回路基板の別の側面上に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、コーナー・ダイオード７８〜８１を、ＭＥＭＳダイの２つの並列配置間に直接配置することができる。これについては、以下でより十分に説明する。さらに他の例によれば、コーナー・ダイオード７８〜８１を、ＭＥＭＳダイのうちの１つまたは複数内に一体形成することができる。いずれにしても、当然のことながら、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４およびコーナー・ダイオード７８〜８１の特定の配置を、ループ領域（引いては、インダクタンス）ができるだけ小さな値に維持される限り、変えることができる。本発明の実施形態をコーナー・ダイオード７８〜８１を用いて説明しているが、当然のことながら、用語「コーナー」は、ダイオードの物理的場所に限定されず、ＭＥＭＳダイに対してダイオードを配置することに、より向けられている。

前述したように、コーナー・ダイオード７８〜８１を平衡ダイオード・ブリッジで配置して、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４を通って流れる負荷電流に対する低インピーダンス経路となっている。このように、コーナー・ダイオード７８〜８１はインダクタンスを制限するように配置され、その結果、時間とともに生じる電圧変化（すなわち、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４に渡って生じる電圧スパイク）が制限されている。図示した典型的な実施形態においては、平衡ダイオード・ブリッジは第１の分岐８５と第２の分岐８６とを含んでいる。本明細書で用いる場合、用語「平衡ダイオード・ブリッジ」によって記述されるダイオード・ブリッジは、各分岐８５、８６における電流が実質的に等しいときに、第１および第２の分岐８５および８６両方における電圧降下が実質的に等しくなるように構成されているものである。第１の分岐８５において、ダイオード７８およびダイオード７９は互いに結合されて、第１の直列回路（別個に標示せず）を形成している。同様に、第２の分岐８６はダイオード８０およびダイオード８１を含んでおり、これらは機能的に１つに結合されて、第２の直列回路（やはり別個に標示せず）を形成している。また平衡ダイオード・ブリッジは、図示するように、接続点８９および９０を含んでおり、これらは、第１および第２のバス・バー２４および２５のうちの一方と接続している。

さらに典型的な実施形態によれば、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４は、直列に（ｍ）接続された第１のＭＥＭＳスイッチ脚９５と、やはり直列に（ｍ）接続された第２のＭＥＭＳスイッチ脚９６とを含んでいる。より具体的には、第１のＭＥＭＳスイッチ脚９５は、第１のＭＥＭＳダイ１０４、第２のＭＥＭＳダイ１０５、第３のＭＥＭＳダイ１０６、および第４のＭＥＭＳダイ１０７を含み、これらは直列に接続されている。同様に、第２のＭＥＭＳスイッチ脚９６は、第５のＭＥＭＳダイ１１０、第６のＭＥＭＳダイ１１１、第７のＭＥＭＳダイ１１２、および第８のＭＥＭＳダイ１１３を含み、これらは直列に接続されている。この時点において、各ＭＥＭＳダイ１０４〜１０７および１１０〜１１３は、複数のＭＥＭＳスイッチを含むように構成することができることを理解されたい。典型的な実施形態の一態様によれば、各ＭＥＭＳダイ１０４〜１０７および１１０〜１１３は、５０〜１００個のＭＥＭＳスイッチを含んでいる。しかしながら、各ダイ１０４〜１０７および１１０〜１１３に対するスイッチの数は変えることができる。第１のＭＥＭＳスイッチ脚９５は、第２のＭＥＭＳスイッチ脚９６に並列に（ｎ）接続されている。この配置により、第１および第２のＭＥＭＳスイッチ脚９５、９６は、（ｍＸｎ）アレイを形成しており、これは、図示した典型的な実施形態では（４Ｘ２）アレイである。もちろん、直列に（ｍ）および並列に（ｎ）接続されるＭＥＭＳスイッチ・ダイの数は変えられることを理解されたい。

各ＭＥＭＳスイッチ１０４〜１０７および１１０〜１１３は、同様の接続部を含んでいるため、続く詳細な説明では、ＭＥＭＳスイッチ１０４を参照することにし、残りのＭＥＭＳスイッチ１０５〜１０７および１１０〜１１３については、対応する接続部を含んでいるものと理解する。ＭＥＭＳスイッチ１０４は、第１の接続部１１６、第２の接続部１１７、および第３の接続部１１８を含んでいる。一実施形態においては、第１の接続部１１６をドレイン接続部として構成しても良く、第２の接続部１１７をソース接続部として構成しても良く、第３の接続部１１８をゲート接続部として構成しても良く。ゲート接続部１１８は、ＭＥＭＳスイッチ１１０および第１のゲート・ドライバ１２５に接続されている。第１のゲート・ドライバ１２５は、ＭＥＭＳスイッチ１０４、１０５、１１０、および１１１に付随している。第２のゲート・ドライバ１２６が、ＭＥＭＳスイッチ１０６、１０７、１１２、および１１３に付随している。各ゲート・ドライバ１２５、１２６は、複数の分離された出力（別個に標示せず）を含んでおり、これらは、図示するように、ＭＥＭＳスイッチ１０４〜１０７および１１０〜１１３に電気的に結合されている。また第１および第２のゲート・ドライバ１２５および１２６は、対応する制御接続部１２９および１３０を含んでおり、制御接続部１２９および１３０は、ＭＥＭＳ制御盤４４にコントロールバス３０を通して接続されている。この配置により、ゲート・ドライバ１２５および１２６は、ＭＥＭＳスイッチ１０４〜１０７および１１０〜１１３の状態（開／閉）を選択的に変える手段となっている。

さらにまた典型的な実施形態によれば、スイッチング・システム７０は、第１および第２のＭＥＭＳスイッチ脚９５および９６に接続された複数の勾配緩和ネットワークを含んでいる。より具体的には、スイッチング・システム７０では、第１の勾配緩和ネットワーク１３４が、第１および第５のＭＥＭＳスイッチ１０４および１１０に並列に電気的に接続され、第２の勾配緩和ネットワーク１３５が、第２および第６のＭＥＭＳスイッチ１０５および１１１に並列に電気的に接続され、第３の勾配緩和ネットワーク１３６が、第３および第７のＭＥＭＳスイッチ１０６および１１２に並列に電気的に接続され、第４の勾配緩和ネットワーク１３７が、第４および第８のＭＥＭＳスイッチ１０７および１１３に並列に電気的に接続されている。

第１の勾配緩和ネットワーク１３４は、第１の抵抗器１４０とこれと並列に接続された第１のキャパシタ１４１とを含んでいる。第１の抵抗器１４０の値は約１０Ｋオームであり、第１のキャパシタ１４１の値は約０．１μＦである。もちろん、第１の抵抗器１４０および第１のキャパシタ１４１の値は変えられることを理解されたい。第２の勾配緩和ネットワーク１３５は、第２の抵抗器１４３とこれと並列に接続された第２のキャパシタ１４４とを含んでいる。第２の抵抗器１４３および第２のキャパシタ１４４は、第１の抵抗器１４０および第１のキャパシタ１４１と、それぞれ同様である。第３の勾配緩和ネットワーク１３６は、第３の抵抗器１４６および第３のキャパシタ１４７を含んでいる。第３の抵抗器１４６および第３のキャパシタ１４７は、第１の抵抗器１４０および第１のキャパシタ１４１と、それぞれ同様である。最後に、第４の勾配緩和ネットワーク１３７は、第４の抵抗器１４９および第４のキャパシタ１５０を含んでいる。第４の抵抗器１４９および第４のキャパシタ１５０は、第１の抵抗器１４０および第１のキャパシタ１４１と、それぞれ同様である。勾配緩和ネットワーク１３４〜１３７は、ＭＥＭＳスイッチ１０４〜１０７および１１０〜１１３のうち対応するものの位置を変えるときに役に立つ。より具体的には、勾配緩和ネットワーク１３４〜１３７によって、直列に接続された各ＭＥＭＳ要素に渡って均一な電圧分布が確実に実現される。

またスイッチング・システム７０は、図示するように、第１の中間分岐回路１５４、第２の中間分岐回路１５５、第３の中間分岐回路１５６、第４の中間分岐回路１５７、第５の中間分岐回路１５８、および第６の中間分岐回路１５９を含んでいる。中間分岐回路１５４〜１５９は、第１および第２のゲート・ドライバ１２５および１２６と平衡ダイオード・ブリッジの第１および第２の分岐８５および８６との個々の間に電気的に接続されている。より具体的には、第１、第２、および第５の中間分岐回路１５４、１５５、および１５８は、第１の分岐８５と第１の勾配緩和ネットワーク１３４との間に接続され、第３、第４、および第６の中間分岐回路１５６、１５７、および１５９は、第２の分岐８６と第３の勾配緩和ネットワーク１３６との間に接続されている。加えて、第５および第６の中間分岐回路１５８および１５９は、第１のＨＡＬＴコネクタ部材１６０を有するＨＡＬＴ接続点と、第２のＨＡＬＴコネクタ１６１を有するＨＡＬＴ接続点との間に結合されている。

第１の中間分岐回路１５４は、第１の中間ダイオード１６３と第１の中間抵抗器１６４とを含んでいる。用語中間ダイオードは、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４の全体に渡って接続されるコーナー・ダイオードとは対照的に、ＭＥＭＳスイッチ・アレイ７４の一部のみに渡って接続されるダイオードを意味するものと理解しなければならない。第２の中間分岐回路１５５は、第２の中間ダイオード１６６と第２の中間抵抗器１６７とを含んでいる。第３の中間分岐回路１５６は、第３の中間ダイオード１６９と第３の中間抵抗器１７０とを含み、第４の中間分岐回路１５７は、第４の中間ダイオード１７２と第４の中間抵抗器１７３とを含んでいる。第５の中間分岐回路１５８は、第５の中間ダイオード１７５と第５の中間抵抗器１７６とを含んでいる。最後に、第６の中間分岐回路１５８は、第６の中間ダイオード１７８と第６の中間抵抗器１７９とを含んでいる。中間ダイオード１６３、１６６、１６９、１７２、１７５、および１７８と中間抵抗器１６４、１６７、１７０、１７３、１７６、および１７９とを配列することによって、中間分岐回路１５４〜１５９を通る電流フロがーが確実に低い値に留まり、その結果、より低い定格の回路部品を用いることができる。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値に留まっている。こうして、ＭｘＮのＭＥＭＳアレイ・スイッチにおいて、コーナー・ダイオード７８〜８１のみがより高い定格電流（すなわち、故障状態下で負荷を通って流れる考えられる最悪の電流の範囲の定格電流）を保持する必要がある。一方で、ＭＥＭＳアレイの他のダイオードはすべて、はるかにより小さい定格電流とすることができる。

さらにスイッチング・システム７０は、図示するように、電圧緩衝器１８１を含んでいる。電圧緩衝器１８１は、第１および第２の複数のＭＥＭＳスイッチ１０４〜１０７および１１０〜１１３と並列に接続されている。電圧緩衝器１８１は、ＭＥＭＳスイッチ１０４〜１０７および１１０〜１１３のそれぞれの高速の接点分離の間に生じる電圧オーバー・シュートを制限する。電圧緩衝器１８１は、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）１８２の形態で示している。しかし、同業者であれば分かるように、電圧緩衝器１８１は種々の形態を取ることができ、たとえば、緩衝キャパシタとこれと直列に接続された緩衝抵抗器とを有する回路である。またスイッチング・システム７０は、図示するように、ＨＡＬＴスイッチ接続部１８４を含んでいる。ＨＡＬＴスイッチ接続部１８４は、第５の中間分岐回路１５８を、ＨＡＬＴ盤４６および４７のうち関連する方に接続して、ＨＡＬＴ盤４６上に配設されたＨＡＬＴ回路１９０にパワー供給する。これについては、以下により十分に説明する。

次に図３を参照して、ＨＡＬＴ盤４６について説明する。ＨＡＬＴ盤４７については同様の構成部品を含んでいるものと理解する。ＨＡＬＴ盤４６は、保護パルスをスイッチング・システム７０に導入することを容易にするＨＡＬＴ回路１９０を含んでいる。ＨＡＬＴ回路１９０は、ＨＡＬＴキャパシタ１９２とこれと直列に結合されたＨＡＬＴインダクタ・コイル１９３とを含んでいる。さらにＨＡＬＴ回路１９０は、図示するように、ＨＡＬＴ作動スイッチ１９６とともに一対の端子またはコネクタ１９９および２００を含んでいる。コネクタ１９９および２００は、スイッチング・システム７０とのインターフェースとなる。より具体的には、コネクタ１９９および２００は、第１および第２のＨＡＬＴコネクタ部材１６０および１６１間に電気的に接続されている。以下でより十分に説明するように、ＨＡＬＴ作動スイッチ１９６を選択的に閉にしてＨＡＬＴ回路１９０をスイッチング・システム７０に電気的に接続することで、ＭＥＭＳスイッチ１０４〜１０７および１１１〜１１３をトリガして、電流を接続点８９および９０の間に流す。またＨＡＬＴ回路１９０を選択的に作動させて、ＭＥＭＳスイッチ１０４〜１０７および１１１〜１１３をトリガして開にし、その結果、接続点８９および９０間の電流フローを遮断する。加えて、当然のことながら、スイッチング・システム７０を複数のＨＡＬＴ回路に電気的に接続しても良い。たとえば、一次のＨＡＬＴ回路および二次のＨＡＬＴ回路を用いることが望ましい場合がある。一次のＨＡＬＴ回路を用いて、たとえば、回路遮断器装置を閉にして電流フローを可能にするとともに、二次のＨＡＬＴ回路を用いて回路遮断器装置を即座に開にして電流フローを遮断することを、故障が検出された場合に行なう。すなわち、二次のＨＡＬＴ装置によって、一次のＨＡＬＴ回路に対するバック・アップが得られ、ＨＡＬＴ構成部品が再び活性化するのを待つ必要なく、複数の回路遮断器装置の応答が可能になる。制御器が、無線受信部や無線送受信部を含み、この無線送受信部や無線送受信部は、ＨＡＬＴ回路１９０をスイッチング・システム７０に対して選択的に接続したり、選択的に取り外すことを可能にしている。

次に図４を参照して、典型的な実施形態の一態様によるＭＥＭＳ制御盤４４について説明する。ＭＥＭＳ制御盤４４は、中央処理装置（ＣＰＵ）２０４を含んでいる。中央処理装置２０４は、接地故障回路遮断（ＧＦＣＩ）モジュールおよび論理回路２０７、およびアーク故障回路遮断モジュールおよび論理回路２０９を含んでいても良い。またＭＥＭＳ制御盤４４は、図示するように、第１および第２の電力端子２１８および２１９（第１および第２のバス・バー２４および２５に結合されている）とともに、第１および第２の制御端子２２２および２２３（制御バス３０および３１に結合されている）を含んでいる。この配置により、ＭＥＭＳ制御盤４４は、各回路遮断器盤４９〜５４および６０ａ〜６０ｖからの電流フロー・データをモニタする。ユーザが開／閉を選ぶかまたは故障状態（たとえば接地故障、アーク故障、または短絡）が生じた場合には、ＭＥＭＳ制御盤４４は、故障を被る回路遮断器盤４９〜５４および６０ａ〜６０ｖに付随するスイッチング・システムを開にして分岐回路を保護する。ＭＥＭＳ制御盤４４は、各回路遮断器盤４９〜５４および６０ａ〜６０ｖに取り付けられた電流センサ（たとえば図２において２４０で示すもの）から電流フロー・データを受け取る。

次に図５を参照して、スイッチング・システム７０を開／閉にする方法２８０について説明する。最初に、ＣＰＵ２０４において、スイッチング・システム７０の位置を変えるという決定に達する（ブロック３００に示す）。この時点で、ＣＰＵ２０４は、ＨＡＬＴ回路１９０が用意ができていることをチェックする（ブロック３０２）。ＨＡＬＴ回路１９０が用意ができていれば、一次のＨＡＬＴスイッチ１９６を閉にする（ブロック３０４に示す）。ＨＡＬＴ回路１９０が用意できていなければ、二次のＨＡＬＴスイッチ１９７を閉にする（ブロック３０６に示す）。用意ができていることによって、当然のことながら、電圧が所定の閾値を上回ってはいない場合には、ＨＡＬＴ回路が保持するエネルギーは、回路遮断器装置を作動させて保護を実現するのには十分ではない。このような場合、異なるＨＡＬＴ回路を用いても良いし、またはＨＡＬＴ回路時間が再び活性化できるように休止があっても良い。この時点で、付随するＭＥＭＳ回路基板上のＨＡＬＴスイッチを閉にする（ブロック３０８に示す）。ＨＡＬＴ電流は、ＭＥＭＳ回路基板上のダイオード・ブリッジへ流れる（ブロック３１０に示す）。この時点で、スイッチング・システムを開にするか閉にするかについて判定を行なう（ブロック３２０）。スイッチング・システムを閉にすると、ＣＰＵ２０４は、信号を、第１および第２の制御バス３０および３１の一方を通して、関連するＭＥＭＳ回路遮断器装置上のゲート・ドライバへ送り、ＭＥＭＳスイッチに位置を変えさせて電流を通電させる（ブロック３２２に示す）。スイッチング・システムを開にすると、ＣＰＵ２０４は、第１および第２の制御バス３０および３１の一方を通って関連するＭＥＭＳ回路遮断器装置上のゲート・ドライバへ流れる信号を遮断して、ＭＥＭＳスイッチに位置を変えさせて開にさせ、そうすることによって、関連するＭＥＭＳ回路遮断器装置を通る電流フローを遮断する（ブロック３２４に示す）。

次に図６を参照して、典型的な実施形態によりスイッチ・アセンブリを開にすることを決定する方法３８０について説明する。最初、スイッチ・アセンブリを流れる電流をモニタする（ブロック４００に示す）。電流検知モジュール２１１が、短絡があるか否かをモニタし、ＧＦＣＩモジュールが、接地故障があるか否かをモニタする（ブロック４０２に示す）。短絡または接地故障が見出されなかった場合、電圧をモニタして（ブロック４０４に示す）、ＡＦＣＩモジュール２０９が、アーク故障があるか否かをモニタする（ブロック４０６）。またＣＰＵ２０４は、ユーザ入力があるか否かをモニタする（ブロック４０８）。状態変更が要求された場合（ブロック４１０に示す）または短絡、接地故障、もしくはアーク故障が検出された場合（ブロック４０２および４０４）には、方法２８０を開始してスイッチ・アセンブリを開にし（ブロック４２０に示す）、影響を被るＭＥＭＳ回路遮断器に付随する分岐回路を保護する。

この時点において、本発明によって、ＭＥＭＳ装置を用いて電気的主回路および分岐回路間で電流を通電および／または遮断するシステムが提供されることを理解されたい。ＭＥＭＳ装置は、電流および電圧をモニタするＭＥＭＳ制御盤によって制御される。電流または電圧故障が生じた場合には、ＭＥＭＳ制御盤はＭＥＭＳ装置に信号を送って開にし、電流フローを遮断する。ＭＥＭＳ制御盤を用いることによって、専用の接地故障、アーク故障、および短絡モニタリングを各回路遮断器において行なう必要がなくなる。加えて、ＭＥＭＳ装置を用いることによって、各回路遮断器に対するサイズおよびコスト削減が得られる。また当然のことながら、各ＭＥＭＳ装置に対する電流および電圧定格を、特定の回路定格に基づいて変えることができる。また、特定のＭＥＭＳ回路遮断器において用いるＭＥＭＳ装置／ダイの数も変えることができる。加えて、工業用／住宅用の負荷中心として図示および説明しているが、典型的な実施形態は、回路モニタリングおよび保護から利益を得るであろう幅広い電気保護装置またはシステムに取り入れることができる。

本発明を限られた数の実施形態に関してのみ詳細に説明してきたが、本発明はこ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るはずである。むしろ、これまで説明してはいないが本発明の趣旨および範囲に見合う任意の数の変形、変更、置換、または均等な配置を取り入れるように、本発明を変更することができる。さらに加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様には、説明した実施形態の一部のみが含まれる場合があることを理解されたい。したがって本発明は、前述の説明によって限定されると考えるべきではなく、添付の請求項の範囲のみによって限定される。

Claims (7)

1. 第１及び第２の接続点を含む、複数のダイオードにより形成されるダイオード・ブリッジと、
   前記第１及び第２の接続点の間に接続された複数のＭＥＭＳスイッチ脚であって、各々が直列に接続された複数のマイクロ電気機械スイッチ（ＭＥＭＳ）装置を備える前記複数のＭＥＭＳスイッチ脚と、
   前記複数のＭＥＭＳ装置をトリガして、前記第１及び第２の接続点間の電流フローを選択的に可能する第１の回路と、
   前記複数のＭＥＭＳ装置をトリガして、前記第１及び第２の接続点間の電流フローを選択的に遮断する第２の回路と、
   前記第１及び第２の回路を制御するように構成および配置された制御器と、を含む配電システム（４０）。
2. 前記バス・バーへの電流の通電を制御する回路遮断器を含み、前記配電システム（４０）はハウジング内に配置される請求項１に記載の配電システム（４０）。
3. アーク故障回路遮断（ＡＦＣＩ）装置（２０９）及び／または接地事故回路遮断（ＧＦＣＩ）装置（２０７）を含む請求項１または２に記載の配電システム（４０）。
4. 前記複数のＭＥＭＳ装置と直列に接続された電流センサを含む請求項１乃至３のいずれかに記載の配電システム（４０）。
5. 前記第１及び第２の回路の各々は、前記複数のＭＥＭＳ装置へ送信するパルスを生成するキャパシタと、これと直列に結合されたインダクタ・コイルとを含んでいる請求項１乃至４のいずれかに記載の配電システム（４０）。
6. 前記複数のＭＥＭＳ装置を選択的に開または閉の状態に切り替えるゲート・ドライバをを含む請求項１乃至５のいずれかに記載の配電システム（４０）。
7. 前記複数のＭＥＭＳ装置の各々に並列に接続された抵抗器とこれと並列に接続されたキャパシタとを含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の配電システム（４０）。