CIRCUITO DE CONMUTACIÓN ELECTROMECÁNICA EN
PARALELO CON CIRCUITO DE CONMUTACION DE ESTADO
SOLIDO QUE PUEDE SER CONMUTADO EN FORMA SELECTIVA PARA LLEVAR UNA CARGA DE CORRIENTE
ADECUADA PARA DICHO CIRCUITO
Campo de la invención La presente invención se refiere de manera general a un sistema de conmutación para conectar una corriente a una trayectoria de corriente seleccionable, y más particularmente a aparatos de conmutación basados en un sistema micro-electromecánico. Antecedentes de la Invención Un conmutador de circuito es un aparato eléctrico disefjado para proteger equipo eléctrico de daño originado por fallas; en el circuito. Tradicionalmente, los conmutadores de circu to más convencionales incluyen conmutadores electromecánicos voluminosos. Desafortunadamente, estos conmutadores de circuito convencionales son grandes en tamaño, por lo que necesitan el uso de una gran fuerza para activar el mecanismo de conmutación. Además, los conmutadores de estos conmutadores de circuito generalmente operan en velocidades relativamente lentas. Además, estos conmjutadores de circuito son inconvenientemente complejos en su coinstrucción, y por lo tanto costosos de fabricar. Además,
cuando los contactos del mecanismo de conmutación en circuitos convencionales están físicamente separados, normalmente se forma un arco entre ellos que continúan llevando corriente hasta que termina toda la corriente en el circuto. Además, la energía asociada con el arco puede dañar severamente los contactos y/o presentar un peligro de incendio para el personal. Como una alternativa para disminuir los conmutadores elec :romecánicos, se han empleado conmutadores de estado sólico relativamente rápido en aplicaciones de conmutación de alta velocidad. Tal como se puede apreciar, estos conmutadores de estado sólido, conmutan entre un estado de conducción y un estado de no conducción a través de una aplicación controlada del voltaje o polarización. Por ejemplo, polarizando en forma inversa un conmutador de estado sólido, el conmutador puede ser llevado a un estado sin conducción. Sin embargo, ya que los conmutadores de estado sólido no crean una brecha física entre i contactos cuando son conmutados a un estado sin conducción, experimentan una fuga de corriente. Además, debido a las resistencias internas, cuando los conmutadores de estado sólico operan en un estado de conducción, experimentan una caída de voltaje. Tanto la caída de voltaje como la fuga de corriente contribuyen a la generación de un calor en exceso bajo circunstancias de operación normal, lo cual puede ser perjudicial para el desempeño y vida de la conmutación.
número de conmutadores MEMS lo cual puede implementar el costo seis veces, y estos conmutadores MEMS adicionales pueden funcionar únicamente solo durante aproximadamente 10 segundos de operación. Por consiguiente, es deseable proporcionar circuitos y/o técnicas que manejen de manera conf able y efectiva en costo dicha corriente de surgimiento en tanto que aún tienen la capacidad de utilizar los conmutadores MEMS para la operación de trabajo constante y para dirigirse a las condiciones de falla que pudieran surgir. Breve Descripción de la Invención Generalmente, los aspectos de la presente invención proporcionan un sistema de conmutación que incluye circuitos de conmutación electromecánica. El sistema puede incluir aderpás circuitos de conmutación de estado sólido acoplados en un circuito paralelo con el circuito de conmutación elec romecánica, y un controlador aplicado al circuito de conmutación electromecánica y al circuito de conmutación de estado sólido. El controlador puede ser configurado para llevar i a cabo la conmutación selectiva de una corriente de carga entre i el circuito de conmutación electromecánico y el circuito de conijiutación de estado sólido en respuesta a una condición de
I corriente de carga adecuada para una capacidad de operación de I c s circuitos de conmutación respectivos. Los aspectos adicionales de la presente invención proporcionan un sistema de conmutación que incluye un circuito
de conmutación de un sistema electromecánico. El sistema puece incluir además circuitos de conmutación de estado sólido. Un primer circuito de protección contra sobre-corriente puece conectarse en un circuito paralelo con el circuito de conmutación del sistema micro-electromecánico y el circuito de conmutación de estado sólido, en donde el primer circuito de protección contra sobre-corriente puede configurarse para suprimir la formación de un arco entre contactos del circuito de conmutación del sistema micro-electromecánico. Se puede acoplar un controlador al circuito de conmutación electromecánico, al circuito de conmutación de estado sólido y al primer circuito de protección contra sobre-corriente. El controlador puede estar configurado para llevar a cabo la conmutación selectiva de una corriente de carga entre el circuito de conmutación electromecánica y el circuito de conmutación de estado sólido en respuesta a una condición de corr ente de carga adecuada para una capacidad de operación de uno de los circuitos de conmutación respectivos. Breve Descripción de los Dibujos Se podrán comprender mejor estas y otras características, aspéctos y ventajas de la presente invención, cuando la descripción detallada que se encuentra más adelante sea leída con referencia a los dibujos que la acompañan, en los cuales los caracteres similares representan partes similares a lo largo de los dibujos, en donde:
La figura 1, es un diagrama de bloque de un sistema de conrnutación a base de MEMS de ejemplo, de acuerdo con aspectos de la técnica de la presente invención. La figura 2, es un diagrama esquemático que ilustra el sistema de conmutación a base de MEMS de ejemplo ilustrado en la, figura 1 ; Las figuras 3 a 5, son diagramas de flujo esquemáticos que ilustran una operación de ejemplo del sistema de conmutación a base de MEMS ilustrado en la figura 2; La figura 6, es un diagrama esquemático que ilustra una form|ación de serie-paralela de conmutadores MEMS; La figura 7, es un diagrama esquemático que ilustra un connfiutador MEMS graduado; La figura 8, es un diagrama de flujo que ilustra un flujo de operación de un sistema que tiene el sistema de conmutación con base en MEMS ilustrado en la figura 1; La figura 9, es una representación gráfica de los resultados experimentales representativos del apagado del sistema de conmutación. La figura 10, es un diagrama de bloque que ilustra un sistema de conmutación de ejemplo, de acuerdo con aspectos de la presente invención; Las figuras 11, 12 y 13 ilustran respectivamente detalles de (bircuitos para una modalidad de ejemplo del sistema de conmutación de la figura 10, en donde la figura 11 ilustra una
comprensión profunda de varias modalidades de la presente invención. Sin embargo, los expertos en la técnica comprenderán que las modalidades de la presente invención puecen llevarse a cabo sin estos detalles específicos, ya que la presente invención no se limita a las modalidades ilustradas, ya que la presente invención puede practicarse en una variedad de modalidades alternativas. En otros casos, métodos, procedimientos y componentes bien conocidos no han sido descritos con detalle. ' Además, se pueden describir varias operaciones como múltiples pasos independientes llevados a cabo en una forma pero es útil para la comprensión de las modalidades de la presente invención. Sin embargo, el orden de la descripción no debe construirse como para implicar que estas operaciones necesitan llevarse a cabo en el orden en que se presentan, y que dependen de dicho orden. Además, el uso respectivo de la frase "en una modalidad" no se refiere necesariamente a la misrjia modalidad, aunque pudiera ser. Por último, los términos "quej comprende", "que incluye", "que tiene" y similares, tal como se utilizan en la presente solicitud, pretenden ser sinónimos a menos que se indique lo contrario. La figura 1, ilustra un diagrama de bloque de un sistema de colocación a base de conmutador de sistema micro-electromecánico sin arco (MEMS) 10 de ejemplo, de acuerdo con aspectos de la presente invención. Actualmente, MEMS se
refiere generalmente a estructuras de micro-escala que por ejemplo pueden integrar una multiplicidad de elementos func onalmente distintos, por ejemplo, elementos mecánicos, elementos electromecánicos, sensores, accionadores y electrónicas en un substrato común a través de una tecnología de micro-fabricación. Se contempla, sin embargo, que muchas técn cas y estructuras actualmente disponibles en aparato MEIVS, en algunos cuantos años estarán disponibles a través de aparatos a base de nanotecnología, por ejemplo estructuras que puecen ser más pequeñas a 100 nanómetros de tamaño. Por consiguiente, incluso aunque las modalidades de ejemplo descritas en la presente especificación pueden referirse a aparatos de conmutación a base de MEMS, se presenta que los aspectos de la presente invención deben ser construidos en forma amplia y no deben limitarse a aparatos con tamaños de mieras. Tal como se ilustra en la figura 1, el sistema de connutación a base de MEMS sin arco 10 se muestra como incluyendo un circuito de conmutación a base de MEMS 12 y un circúito de protección contra sobre-corriente 14, en donde el circuito de protección sobre-corriente 14 está acoplando en forma operativa al circuito de conmutación a base de MEMS 12. En ciertas modalidades, el circuito de conmutación a base de MEMS 12 pueden integrase en su totalidad con un circuito de protección contra sobre-corriente 14 en un solo empaque 16,
por ejemplo. En otras modalidades, únicamente ciertas partes o componentes del circuito de conmutación a base de MEMS 12 pueden integrarse con el circuito de protección contra sobre-corriente 14. En una configuración actualmente contemplada, tal como se describirá con mayor detalle con referencia a las figuras 2 a 5, el circuito de conmutación a base de MEMS 12 puede incluir uno o más conmutadores. Además, el circuito de protección cont'a sobre-corriente 14 puede incluir un puente de diodos balaceado y un circuito de pulsación. Además, el circuito de prot cción contra sobre-corriente 14 puede estar configurado para facilitar la supresión de una formación de arco entre el contacto de uno o más conmutadores MEMS. Puede observarse que el circuito de protección contra sobre-corriente 14 puede estar configurado para facilitar la supresión de una formación de ¿reo en respuesta a una corriente alterna (CA) o una corriente directa (CD). ¡ Volviendo ahora a la figura 2, un diagrama esquemático 18 i del sistema de conmutación a base de MEMS sin arco de ejernplo ilustrado en la figura 1, se ilustra de acuerdo con una modalidad. Tal como se observa con referencia a la figura 1, el circuito de conmutación a base de MEMS 12 puede incluir uno o más conmutadores MEMS. En la modalidad ilustrada, se ilustra un Drimer conmutador MEMS 20 como teniendo un primer contlacto 22, un segundo contacto 24 y un tercer contacto 26.
En una modalidad, el primer contacto 22 puede configurarse como un drenaje, y el segundo contacto 24 puede configurarse como una fuente y el tercer contacto 26 puede configurarse como una salida. Además, tal como se ilustra en la figura 2, el circuito amortiguador de voltaje 33 puede acoplarse en paralelo con el conmutador MEMS 20 y configurarse para limitar un voltaje excesivo durante la separación de contacto rápido, tal como se explicará con mayor detalle más adelante. En ciertas modalidades, el circuito de amortiguación 33 puede incluir un capacitor de amortiguación (no mostrado), acoplado en serie con un resistor de amortiguación (no mostrado). El capacitor de amortiguación puede facilitar la mejoría en la repartición de voltaje temporal durante la secuencia de la abertura del conmutador MEMS 20. Además, el resistor de amortiguación puece suprimir cualquier pulsación de corriente generada por el capacitor de amortiguación durante la operación de cierre del confutador MEMS 20. En otras ciertas modalidades, el circuito de amortiguación de voltaje 33 puede incluir un varistor de óxido de metal (MOV) (no mostrado). j De acuerdo con aspectos adicionales de la técnica la presente invención, un circuito de carga 40 puede acoplarse en serie con el primer conmutador MEMS 20. El circuito de carga
40 puede incluir una fuente de voltaje VBus 44. Además, el i circijiito de carga 40 también puede incluir una inductancia de i cargla LCARGA en donde la inductancia de carga LCARGA es
representativa de la inductancia de carga combinada y una inductancia de bus vista por el circuito de carga 40. El circuito de carga 40 también puede incluir una resistencia de carga RCARGA representati a de una resistencia de carga combinada vista por el circuito de carga 40. El número de referencia 50 es repr sentativo de una corriente de circuito de carga ¡CARGA que puede fluir a través del circuito de carga 40 y el primer conmutador MEMS 20. ¡ Además, tal como se observa con referencia a la figura 1, el circuito de protección contra sobre-corriente 14 puede incluir un puente de diodos balanceado. En la modalidad ilustrada, un puerte de diodos balanceado 28 se ilustra como teniendo una primera bifurcación 29 y una segunda bifurcación 31. Tal como se utiliza en la presente invención, el termino "puente de diodos balanceado" se utiliza para representar un puente de diodos que está configurado de tal manera que el voltaje caiga a través tant† de la primera como la segunda bifurcaciones 29, 31 que son sustanclalmente iguales. La primera bifurcación 29 del puente de diodos balanceado 28 puede incluir un primer diodo D1 ^0 y un segundo diodo D2 32 acoplados juntos para formar un primer circuito en serie. En un modo similar, la primera bifurcación 31 del puente de diodos balanceado 28 puede incluir un tercer diodo D3 34 y un cuarto diodo DA 36 acoplados en formja operativa juntos parta formar un segundo circuito en serié.
i
En una modalidad, el primer conmutador MEMS 20 puede estar acoplado en paralelo a través de puntos medios de un puente de diodos balanceado 28. Los puntos medios del puente de diodos banlanceado puede incluir un primer punto medio localizado entre un primer y segundo diodos 30, 32 y un segundo punto medio localizado entre el tercer y cuarto diodos 34, ?6. Además, el primer conmutador MEMS 20 y el puente de diodos balanceado 28 puede empacarse en forma ajustada para facilitar la minimización de inductancia parasitaria originada por el puente de diodos balanceado 28 y en particular, las conexiones al conmutador MEMS 20. Se puede observar que, de acuerdo con aspectos de ejemplo de la técnica de la presente invención, el primer conmutador MEMS 20 y el puente de diodos balanceado 28 se colocan en forma relativa entre sí de modo que a inductancia inherente entre el primer conmutador MEMS 20 y el puente de diodos balanceado 28 produzca un voltaje di/dt menor a un poco de porcentaje del voltaje a través del drenaje 22 y la fuente 24 del conmutador MEMS 20 cuando se lleva una transferencia de la corriente de carga al puente de diodos 28 durante el apagado del conmutador MEMS 20, lo cual se distribuirá con mayor detalle en la presente invención. En una modalidad, el primer conmutador MEMS 20 puede integrarse con el puente de diodos balanceado 28 en un paquete simple 38, u opcionalmente, el mismo troquel con la intenjción de minimizar la inductancia que interconecta el
conmutador MEMS 20 y el puente de diodos 28. Además, el circuito de protección contra sobre-corriente 14 puede incluir un circuito de pulsación 52 acoplado en asociación operativa con el puente de diodos balanceado 28. El circuito de pulsación 52 puede está configurado para detectar una condición de conmutación e iniciar la abertura del conmutador MEMS 20 en respuesta a la condición de conmutación. Tal cornos se utiliza en la presente invención, el término "condición de conmutación" se refiere a una condición i que |activa un cambio de un estado de operación presente del conmutador MEMS 20. Por ejemplo, la condición de conmutación puede dar como resultado el cambio de un primer estado cerrado del conmutador MEMS 20 a un segundo estado abierto o a un primer estado abierto de conmutador MEMS 20 a un segundo estado cerrado. Puede ocurrir una condición de conmutación en respuesta a un número de acciones que inckyen pero no se limitan a una falla de circuito o una solicitud de encendido/apagado del conmutador. ! El circuito de pulsación 52 puede incluir un conmutador de pulsación 54 y un capacitor de pulsación y una serie de capacitores de pulsación CPULSACION 56 acoplada al conmutador de pulsación 54. Además, el circuito de pulsación también puede incluir una inductancia de pulsación ¡-PULSACIÓN 58 y un primer diodo DP 60 acoplado en serie con el conmutador de pulsación 54. La inductancia de pulsación LPULSACION 58, el
conmutador MEMS 20 se ¡lustra como comenzando en un primer estado cerrado. Asimismo, tal como se indica, existe una corriente de carga ¡CARGA 50 la cual tiene un valor sustgncialmente igual a VBusl RCARGA en un circuito de carga 40. ¡Además, para descripción de esta operación de ejemplo del siistema de conmutación a base de MEMS sin arco 18, se puede asumir que una resistencia asociada con el conmutador MEMS 20 es lo suficientemente pequeña de modo que el voltaje producido por la corriente de carga a través de la resistencia del conmutador MEMS 20, tendrá únicamente un efecto significante en la diferencia de voltaje cercana al cero entre los puntos medios del puente de diodos 28 cuando se pulsan. Por ejemplo, la resistencia asociada con el conmutador MEMS 20, puede asumirse que es lo suficientemente pequeña para producir una caída de voltaje menor a unos cuantos milivolts debido a la corriente de carga anticipada máxima. jSe puede observar que esta condición inicial del sistema de conmutación a base de MEMS 18, el conmutador de pulsdción 54 está en un primer estado abierto. Además, no existe una corriente de circuito de pulsación en el circuito de pulsación 52. Asimismo, en el circuito de pulsación 52, el capacitor CPULSACION 56 puede ser cargado previamente a un volta e V PULSACIÓN, en donde VPULSACION es un voltaje que puede producir un medio sinusoide de la corriente de pulsación que tiene una magnitud pico significativamente mayor (por ejemplo
dos veces) a la corriente de carga anticipada ¡CARGA 50 durante el intervalo de transferencia de la corriente de carga. Se puede observar que CPULSACION 56 y ¡CARGA 58 comprenden un circuito resonante en serie. La figura 3, ilustra un diagrama esquemático 64 que ilustra un p'oceso para activar el circuito de pulsación 52. Se puede observar que el circuito de detección (no mostrado) puede acoplarse al circuito de pulsación 52. El circuito de detección puede incluir un circuito de detección (no mostrado) configurado para detectar un nivel de corriente de circuito de carga ¡CARGA
50 y/o un nivel de voltaje de la fuente de voltaje VBus 44, por ejemplo. Además, un circuito de detección puede configurarse para detectar una condición de conmutación, tal como se describió anteriormente. En una modalidad, la condición de conrrutación puede ocurrir debido al nivel de corriente y/o nivel de voltaje que excede un valor de umbral determinado previamente. El circuito de pulsación 52 puede estar configurado para t detectar la condición de conmutación para facilitar la conrrutación del estado cerrado presente del conmutador MEMS 20 a un segundo estado abierto. En una modalidad, la condición de donmutación puede ser una condición de falla generada debido a un nivel de voltaje o carga de corriente en el circuito de carga 40, que excede un nivel de umbral determinado previamente. Sin embargo, tal como se puede apreciar, la
pulsación LPULSACION 58. Los valores de inductancia de pulsación ¡-PULSACIÓN 58 y el capacitor de pulsación CPULSACION 56, también determinan el ancho de pulsación del medio sinusoide de la corriente de pulsación. El ancho de pulsación de la corriente de puente puede ajustarse para cumplir con el requerimiento de apagado de corriente de carga del sistema anticipado en el rango de cambio de la corriente de carga ( VBus¡ LCARGA) V la corriente a través del pico durante una condición de falla de carga. De acuerdo con aspectos de la presente invención, el conmutador de pulsación 54 puede configurarse para estar en un estado de conducción antes de abrir el conmutador MEMS 20. Puede observarse que la activación del conmutador de pulsación 54 puede incluir controlar una temporización de la corriente de circuito de pulsación ¡PULSACIÓN 62 a través del puente de diodos balanceado 28 para facilitar la creación de una trayectoria de impedancia inferior en comparación con la impeidancia de la trayectoria a través de los contactos del conmutador MEMS 20 durante un intervalo de abertura. Además, el conmutador de pulsación 54 puede activarse de modo que se presente una caída de voltaje deseada a través de los contactos del conmutador MEMS 20. En una modalidad, el conmutador de pulsación 54 puede ser |un conmutador de estado sólido que puede configurarse para] tener velocidades de conmutación dentro del rango de
nanosegundos a microsegundos, por ejemplo. La velocidad de conmutación de conmutador de pulsación 54 deber ser relativamente rápida en comparación con el tiempo de surgimiento anticipado de la corriente de carga en una condición de talla. El índice de corriente requerido del conmutador MEMS 20, puede depender del rango de surgimiento de la corriente de carga, el cual a su vez, depende de la induotancia LCARGA 46 y del voltaje de suministro del bus VBus 44 pn el circuito de carga 40 tal como se observó anteriormente. El conmutador MEMS 20 puede ser tazado en forma adecuada para manejar una corriente de carga más grande ICARGA 50 si la corriente de carga ¡CARGA 50 puede llevarse rápidamente en comparación con la capacidad de velocidad del circuito de pulsación. La corriente del circuito de pulsación ¡PULSACIÓN 62, incrementar un valor de cero y se divide igualmente entre la priméra y segunda bifurcaciones 29, 31 del puente de diodos balanceado 28. De acuerdo con una modalidad, la diferencia en volta e cae a través de las bifurcaciones 29, 31 del puente de diodos balanceado 28 que puede ser diseñado para ser insignificante, tal como se describió anteriormente. Además, tal como se describió anteriormente, el puente de diodos 28 está balanceado de modo que la caída de voltaje a través de la primera y segunda bifurcaciones de puente de diodos MEMS 20 son sustancialmente iguales. Además, conforme la resistencia
del conmutador MEMS 20 en un estado cerrado relativamente baja, existe una caída de voltaje relativamente pequeña a través del conmutador MEMS 20. Sin embargo, si la caída de voltaje a través del conmutador MEMS 20 sucedió en forma superior (por ejemplo, debido a un diseño inherente de conmutador MEMS) el equilibrio del puente de diodos 28 puede verso afectado ya que el puente de diodos 28 está acoplado en forma operativa en paralelo con el conmutador MEMS 20. De acuerdo con aspectos de la presente invención, si la resistencia del conmutador MEMS 20 origina una caída de voltaje significativa a través del conmutador MEMS 20, entonces el pueqte de diodos 28 puede acomodar el desequilibrio resultante del puente de pulsación, incrementando la magnitud de la corriente de pulsación del puente pico. Haciendo referencia ahora a la figura 4, se ilustra un diagrama esquemático 78 en el cual se ¡lustra la abertura de conmutador MEMS 20. Tal como se observó previamente, el conmutador de pulsación 54 en el circuito de pulsación 52 es activado antes de abrir el conmutador MEMS 20. Conforme incrementa la corriente de pulsación ¡PULSACIÓN 62, disminuye el voltaje a través del capacitor de pulsación CPULSACION 56 debido a la acción resonante del circuito de pulsación 52. En la condición de ENCENDIDO, en la cual el conmutador de cierra y j conduce, el conmutador MEMS 20 presenta una trayectoria de impedancia relativamente baja para la corriente de circuito de
se observó anteriormente, puede ser deseable que los valores de inductancias L 84 y L2 88 asociados con conexiones entre el conmutador MEMS 20 y el puente de diodos balanceado 28 sea muy pequeña para evitar la inhibición de la diversión de i corriente rápida. El proceso de transferencia de corriente del conmutador MEMS 20 al puente de pulsación, continua incrementando la corriente del primer diodo 30 y en el cuarto diodo 36, mientras que simultáneamente la corriente del segundo diodo 32 y el tercer diodo 34 disminuye. El proceso de transferencia se i completa cuando los contactos mecánicos 22, 24 del conmutador MEMS 20 se separan para formar una brecha física y toda la corriente de carga llevada por el primer diodo 30 y el cuarto diodo 36. En forma consecuente con la corriente de circuito de carga
¡CARGA que está siendo desviada del conmutador MEMS 20 al puente de diodos 28 en la dirección 86, se forma un desequilibrio a través de la primera y segunda bifurcaciones 29,
I 31 del puente de diodos 28. Además, conforme disminuye la corriente de circuito de pulsación, el voltaje a través del capéicitor de pulsación CPULSACION 56 continua revi rtiéndose (por ejemplo, actuando como una "fuerza electro-motriz de retroceso") lo cual origina la reducción eventual de la corriente del circuito de carga ¡CARGA a cero. El segundo diodo 32 y el tercer diodo 34 en el puente de diodos se vuelven polarizados
en forma inversa, lo cual da como resultado que el circuito de carga ahora incluya el inductor de pulsación LPULSACION 58 y el capacitor de pulsación de puente CPULSACION 56 y se convierta en un circuito resonante. Volviendo ahora a la figura 5, se ilustra un diagrama esquemático 94, para los elementos de circuito conectados para el proceso de disminuir la corriente de carga. Tal como se indicó anteriormente, en el instante en el que los contactos del conmutador MEMS 20 se separan, se logra la resistencia de contacto infinita. Además, el puente de diodos 28 ya no mantiene un voltaje cercano cero a través de los contactos del MEMS 20. Asimismo, la corriente de circuito de carga ¡CARGA ahora es igual a la corriente a través del primer diodo 30 y el cuario diodo 36. Tal como se observó anteriormente, ahora no existe corriente a través del segundo diodo 32 y el tercer diodo 34 d'3l puente de diodos 28. ¡Además, ahora puede surgir una diferencia de voltaje de j contacto del conmutador significativa del drenaje 24 a la fuente 26 del MEMS 20 hasta un máximo de aproximadamente dos veces el voltaje VBus, en un rango determinado por el circuito de resonancia neto, lo cual incluye inductor de pulsación
LPULSACION 58, el capacitor de pulsación CRULSACION 56, el inductor de circuito de carga LCARGA 56 y la amortiguación debido a que se pierde el resistor de carga RCARGA 48 y el circuito.
Además, la corriente de circuito de pulsación ¡PULSACIÓN 62, que en algún punto fue igual a la corriente del circuito de carga ¡CARGA 50, puede disminuir a un valor de cero debido a la resonancia y dicho valor de cero se puede mantener debido a la i acción de bloque inversa del punto de diodo 28 del diodo DP 60. El voltaje a través del capacitor de pulsación C PULSACIÓN 56 debido a la resonancia, puede invertir la polaridad a un pico negativo, y dicho pico negativo puede mantenerse hasta que el capacitor de pulsación CPULSACION 56 es recargado. El puente de diodos 28 puede configurarse para mantener un voltaje cercano a cero a través de los contactos del MEMS 20 hasta que los contactos se separan para abrir el conmutador MEMS 20, evitando de esta forma el daño suprimiendo cualquier arco que pueda tender a formarse entre los contactos del MEMS 20 durante la abertura. Además, los contactos del MEMS 20 logran el estado abierto en una corriente de contacto muy reducida a través del MEMS 20. Asimismo, cualquier energía almacenada en la inductancia del circuito, la inductancia de carga y la fuente puede transferirse al capacitor del circuito de pulsación CPULSACION 56 y puede ser absorbida a través del circuito de disipación del voltaje (no mostrado). El circuito de amortiguación de voltaje 33 puede configurarse para limitar el exceso de voltaje durante la separación de contacto rápida, debido a la energía inductiva que permanece en la inductancia de ijiterface entre el puente y el conmutador MEMS. Además, el
rango de incremento de re-aplicación de voltaje a través de los contactos del MEMS 20 durante la abertura, puede controlarse a travé s del uso de un circuito de amortiguación (no mostrado). También se puede observar que aunque se crea una brecha entre los contactos del MEMS 20 cuando está en un estado abierto, la corriente de filtración puede existir entre el circuito de carga 40 y el circuito de puente de diodos 28 alrededor del MEMS 20. Esta corriente de filtración puede suprimirse a través de la introducción de un conmutador mecánico secundario (no mostrado) conectado en serie en el circi ito de carga 40 para generar una brecha física. En ciertas modi3lidades, el conmutador mecánico puede incluir un segundo conmutador MEMS. La figura 6, ilustra una modalidad de ejemplo 96 en donde el c-ircuito de conmutación 12 (ver figura 1 ) puede incluir múltjiples conmutadores MEMS ajustados en serie o en formación paralela en serie, por ejemplo. Además, tal como se ilustra en la figura 6, el MEMS 20 puede ser reemplazado por un Drimer grupo de dos o más MEMS 98, 100 acoplados eléctricamente en un circuito en serie. En una modalidad, al menos uno del primer grupo de conmutadores MEMS 98, 100 puede ser acoplado en forma adicional en un circuito paralelo, en donde el circuito paralelo puede incluir un segundo grupo de dos lo más conmutadores (por ejemplo, números de referencia 100 102). De acuerdo con aspectos de la presente invención,
se puede acoplar un resistor de graduación estática y un capacitor de graduación dinámica en paralelo con al menos uno del primero o un segundo grupo de conmutadores MEMS. Haciendo referencia ahora a la figura 7, se ilustra una modalidad de ejemplo 104 de un circuito de conmutador MEMS graduado. El circuito de conmutador graduado 104 puede incluir al menos un MEMS 106, un resistor de graduación 108, un capacitor de graduación 110. El circuito de conmutador graduado 104 puede incluir múltiples conmutadores MEMS ajustadas en serie o en una formación paralela en serie, tal come se ilustra por ejemplo en la figura 6. El resistor de graduación 108 puede acoplarse en paralelo con al menos un MEMS 106 para proporcionar una graduación de voltaje para la formación del conmutador. En una modalidad de ejemplo, el resistor de graduación 108 puede ser diseñado para proporcionar un equilibro de voltaje de estado constante adecuado (división entre los conmutadores en serie, proporcionar al mismo tiempo una fuga aceptable para la i aplicación en particular). Además, tanto el capacitor de graduación 110 y como el resistor de graduación 108 pueden proporcionarse en paralelo con cada conmutador MEMS 106 de la formación para proporcionar una repartición tanto dinámica durarte la conmutación, como estática en el estado de APAGADO. Se puede observar que los resistores de graduación adicionales o capacitores de graduación o ambos pueden
agregarse a cada conmutador MEMS en la formación de conmutador. La figura 8, es un diagrama de flujo de la lógica de ejemjplo 112 para conmutar un sistema de conmutación a base de MEMS desde un estado de operación presente hasta un segundo estado. De acuerdo con aspectos de ejemplo de la técnica de la presente invención, se presenta un método para conrr utación. Tal como se observó previamente, el circuito de detección está acoplado en forma operativa al circuito de protección contra sobre-corriente y configurarse para detectar una condición de conmutación. Además el circuito de detección puede incluir un circuito de detección configurado para detectar un nivel de corriente y/o un nivel de voltaje. Tal como se indica en el bloque 114, un nivel de corriente en un circuito de carga, tal como circuito de carga 40 (ver figura 2) y/o en nivel de voltaje pueden ser detectados, a través del circuito de detección, por ejemplo. Además, tal como se indica en el bloque de decisión 116, se puede hacer una determinación para ver si el nivel de corriente detectado o el nivel de voltaje detectado varía a partir de, o excede un valor esperado. En una modalidad, se puede hacer una determinación (a través del circuito de detección, por ejemplo) para ver si el nivel de corriente detectado y el nivel de voltaje detectado excede niveles de umbral determinados previamente respectivos. Como alternativa, se puede monitorear los índices
de e evación de voltaje o corriente para detectar una condición de conmutación sin que haya ocurrido realmente una falla. Si el segundo nivel de corriente detectado o nivel de voltaje detectado varía o se aparta de un valor esperado, se puede generar una condición de conmutación tal como se indica en e bloque 118. Tal como se mencionó previamente el término "condición de conmutación" se refiere a una condición que activa el cambio de un estado de operación presente del conmutador MEMS. En ciertas modalidades, la condición de conrjiutación puede generarse en respuesta a una señal de falla y puede emplearse para facilitar el inicio de la abertura del conmutador MEMS. Se puede observar que los bloques 114 a 118 son representativos de un ejemplo de generación de una condición de conmutación. Si embargo, tal como se podrá apreciar, también se pueden considerar otros métodos para generar la condición de conmutación, de acuerdo con los aspejctos de la presente invención. ¡ Tal como se indica en el bloque 120, el circuito de pulsLción puede ser activado para iniciar una corriente de circuito de pulsación que responde a la condición de conmutación. Debido a la acción resonante del circuito de pulsación, el nivel de corriente del circuito de pulsación puede continuar incrementando. Debido al menos en parte al puente de diodos 28, se puede mantener una carga de voltaje cercana al c erre a través de los contactos del conmutador MEMS si la
ampl itud instantánea de la corriente de circuito de pulsación es significativamente mayor a la amplitud instantánea de la corriente de circuito de carga. Además, la corriente del circuito de carga a través del conmutador MEMS puede ser desviada del conmutador MEMS al circuito de pulsación, tal como se indica en el bloque 122. Tal como se observó previamente, el puente de diodos presenta en forma opuesta a una trayectoria a través del conmutador MEMS, en donde incrementa una impedancia relativamente alta conforme se inicia la separación de los contactos del conmutador MEMS. El conmutador MEMS postjeriormente puede ser abierto en una forma sin arco tal como se indica en el bloque 124. Tal como se describió anteriormente, la caída del voltaje cercano cero a través de los contactos del conmutador MEMS, puede mantenerse siempre que la amplitud instantánea de la corriente de circuito de pulsación, sea significativamente mayor que ¡la amplitud instantánea de la corriente de circuito de carga, facilitando de esta forma la abertura del conmutador MEMS y la formación de supresión de cualquier arco a través de los contactos del conmutador MEMS. Por lo tanto, tal como se describió anteriormente, el conmutador MEMS puede ser abierto en una condición de voltaje cercana a cero a través de los contactos del conmutador MEMS y con una corriente reducida a granj medida a través del conmutador MEMS. La figura 9, es una representación gráfica 130 de los
I
resu tados experimentales representativos de la conmutación de un estado de operación presente del conmutador MEMS del sistema de conmutación a base de MEMS, de acuerdo con los aspectos de la técnica de la presente invención. Tal como se ilustra en la figura 9, se traza una variación de una amplitud 132 contra una variación en tiempo 134. Asimismo, los números de referencia 136, 138 y 140 son representativos de una primera sección, una segunda sección, y una tercera sección de la ilustración gráfica. La curva de respuesta 142 representa una variación de una amplitud de la corriente de circuito de carga con una función de tiempo. Una variación de amplitud de la corriente de circuito de pulsación como una función de tiempo, esta representada en la curva de respuesta 144. En una forma similar, una variación de la amplitud del voltaje de salida como una función de tiempo, se representa en la curva de respuesta 146. La curva de respuesta 148 representa una referencia de voltaje de salida cero, en tanto que la cuerva de respuesta 150 es e nivel de referencia para la corriente de carga antes del apagado. Además, el número de referencia 152 representa una región en la curva de respuesta 142, en donde ocurre el proceso de abertura de conmutación. En forma similar, el número de referencia 154 representa una región en la curva de respuesta 142, en donde los contactos del conmutador MEMS
han sido separados del conmutador en un estado abierto. Asimismo, tal como se puede apreciar a partir de la segunda sección 138 de la representación gráfica 130, el voltaje de salida es disminuido para facilitar el inicio de la abertura del conmutador MEMS. Además, se podrá apreciar a partir de la tercera sección 140 de la representación gráfica 130, que esta decayendo la corriente del circuito de carga 142 y la corriente de c rcuito de pulsación 144 en la media conducción del puente de d odos balanceado. Los aspectos de la presente invención comprenden circuitos y/o técnicas que se habilitan en forma confiable y efec:iva en costo para soportar una corriente de surgimiento (por ejemplo durante un evento de arranque o una condición temporal) con un circuito de conmutación de estado sólido (por ejemplo, a base de semiconductor), en tanto que se tiene la capacidad, por ejemplo, de utilizar el circuito de conmutación a base! de MEMS para la operación de estado constante y para atenjder condiciones de falla que pudieran surgir. i Tal como lo podrá apreciar un experto en la técnica, la corriente de surgimiento puede surgir cuando se arranca una carga eléctrica, tal como un motor o de algún otro tipo de equipo eléctrico, o puede surgir durante una conexión temporal. El valor de corriente de surgimiento durante un evento de arranque, con frecuencia comprende múltiples veces (por ejemplo seis veces o más) el valor de la corriente de carga de
estado constante y puede durar varios segundos, tal como un orde de diez segundos. La figura 10, es una representación de diagrama de bloque del sistema de conmutación 200 que representa aspectos de la presente invención. En una modalidad de ejemplo, el sistema 200 se conecta a un circuito de conmutación a base de MEMS de circuito paralelo 202, circuito de conmutación de estado sólido 204, y circuito de protección contra sobre-corriente 206, tal oomo puede comprender en un circuito de pulsación de la modalidad de ejemplo 52, y el puente de diodos balanceado 31, tal como se muestra y/o describe dentro del contexto de las figuras de la 1 a la 9. Se puede acoplar un controlador 208 al circuito de conmutación base de MEMS 202, circuito de conmutación de estado sólido 204, y circuito de protección contra sobre-corriente 206. El controlador 208 puede estar configurado para tranéferir en forma selectiva corriente hacia adelante y hacia atrás entre el circuito de conmutación a base de MEMS y el circuito de conmutación de estado sólido, llevando a cabo una estr tegia de control configurada para determinar cuando accionar el circuito de protección contra sobre-corriente 206, y también cuando abrir y cerrar cada circuito de conmutación respectivo, tal como se puede llevar a cabo en respuesta a las condiciones de corriente de carga adecuadas para las capacidades de transportación de corriente de uno de los
circuitos de conmutación respectivos y/o durante condiciones de falla que puedan afectar el sistema de conmutador. Se debe observar que en dicha estrategia de control, es necesario prepararse para llevar a cabo una limitación de corriente de falla transfiriendo al mismo tiempo una corriente hacia adelante y hccia atrás entre los circuitos de conmutación 202, 204, respactivos, así como llevando a cabo una limitación de corriente y un des-energización de cargas siempre que la corriente de carga llegue a una corriente máxima que maneje la capacidad de cualquier circuito de conmutación. Se puede controlar un sistema que representa el circuito de ejemplo anterior, de modo que la corriente de surgimiento no sea llevada al circuito de conmutación a base de MEMS 202 y dicha corriente sea más bien llevada por el circuito de conmutación de estado sólido 204. La corriente de estado sólido puede ser llevada por el circuito de conmutación a base de MEMS 202, y la sobre-corriente y/o protección contra fallas puede estar disponible durante la operación del sistema a través de un circuito de protección contra sobre-corriente 206. Se podrá apreciar que en sus aspectos más amplios los conceptos propuestos no necesitan limitarse al circuito de conmutación a base de MEMS. Por ejemplo, un sistema que comprende uno o más conmutadores electromecánicos estándar (por ejemplo, circuito de conmutación electromecánica que no estáj basado en MEMS) en paralelo con uno mas
conmutadores de estado sólido y un control adecuado, puede ser similarmente benéfico a partir de las ventajas producidas por los aspectos de la presente invención. A continuación se encuentra una secuencia de ejemplo de estados de conmutación, así como valores de corriente de ejemplo en el sistema de conmutación en el surgimiento de un evento de inicio de carga. La letra X que sigue a un número indica un valor de corriente de ejemplo que corresponde al número de veces el valor de una corriente típica bajo condiciones de estado constante. Por lo tanto, 6X denota un valor de corriente que corresponde a seis veces el valor y una corriente típica bajo condiciones de estado constante. 1. Circuito de conmutación de estado sólido Abierto Circuito de conmutación a base de MEMS Abierto Corriente -0
2. Circuito de conmutación de estado sólido Cerrado Circuito de conmutación a base de MEMS Abierto Corriente -6X
Circuito de conmutación de estado sólido Cerrado Circuito de conmutación a base de MEMS Cerrado Corriente -1X
Circuito de conmutación de estado sólido Abierto Circuito de conmutación a base de MEMS Cerrado Corriente -1X
La figura 11, ilustra una modalidad de ejemplo en donde el circu ito de conmutación de estado sólido 204 en el sistema de conmutación 200 comprende dos conmutadores FET (Transistor de Efector de Campo) 210 y 212 (conectados en una configuración inversa-paralela con los diodos 214 y 216 para habilitar la conducción de corriente CA) conectados en un circuito paralelo con un circuito de sobre-protección 206 y un circuito de conmutación a base de MEMS 202. La carga eléctrica (no mostrada) puede activarse encendiendo los conmutadores FET 210 y 212 los cuales inician la corriente (diseñada como "Istart") para comenzar a fluir la carga, y a su vez permitir que los conmutadores FET 210 y 212 lleven esta corriente durante el inicio de la carga. Se podrá apreciar que el circuito de conmutación de estado sólido 204, ni se limita al arreglo de circuito mostrado a la figura 11, ni se limita a los conmutadores FET. Por ejemplo, un aparato de conmutación de estado sólido o de potencia semi-conductora que proporcione una capacidad de conducción de corriente bi-direccional, puede trabiajar en una forma igual o efectiva para una aplicación sea determinada. En un experto en la técnica, podrá apreciar que la capacidad bi-direccional puede ser inherente en el aparato de conmutación, tal como un TRIAC, RTC, o puede lograrse a través de un arreglo adecuado de al menos dos de dichos aparatos, tal como IGBTs, FETs, SCRs, MOSFETs, etc. La figura 16, muestra una modalidad de ejemplo en donde
el circuito de conmutación de estado sólido 204 comprende un par de conmutadores MOSFET 240 y 242 conectados en un arreglo de circuito en serie inverso. Se debe observar que los diodos 244 y 246 comprenden diodos de cuerpo. Esto es, los diodos comprenden partes integrales de sus conmutadores MOSFET respectivos. Con un voltaje de transmisión de salida de |cero, cada conmutador se apaga; de ahí que los conmutadores cada uno bloquen las polaridades alterantes de un v oltaje alternante en tanto que cada diodo correspondiente del otro conmutador es polarizado hacia adelante. Al momento de a aplicación de un voltaje de transmisión de salida adecuado de un circuito de transmisión de salida 222, cada MOSFET se revertirá a un estado de resistencia abajo, sin importar la polaridad del voltaje CA que se encuentre en las terminales de conmutación. Tal como lo podrá apreciar un experto en la técnica, la caídja de voltaje a través de un par de MOSFETs conectados en seri†-inversas es la caída IR de dos conmutadores Rdson (resistencia-encendida), en lugar de un Rdson más una caída de voltaje de diodo, como pudiera ser el caso en una arreglo inverso-paralelo. Por lo tanto, en una modalidad de ejemplo, puede ser deseable una configuración inversa-serie de MOSFETs, ya que tiene la capacidad de proporcionar una carga de voltaje relativamente menor, por lo tanto menor disipación de potejncia, calor y pérdida de energía.
Se podrá apreciar además que en una modalidad de ejem |plo, cuando el circuito de conmutación de estado sólido 204 comprende un tiristor bi-direccional (un par de tiristores inverso-paralelo) aunque este arreglo puede incurrir en pérdidas relativamente grandes en corrientes inferiores, dicho arreglo puede tener una ventaja de tener la capacidad de soportar un surgimiento de corriente a corto plazo relativamente más grande debido a la caída del voltaje relativamente inferior i en óorriente superiores, de las características de respuesta técni|ca temporales. Después de que la corriente de arranque inicial ha sido subsidiada a un nivel adecuado, el circuito de conmutación a base de MEMS 202 puede encenderse utilizando una técnica de con rrji utación compatible-MEMS adecuada o cerrando el voltaje que está cayendo a través del circuito de conmutación de estado sólido, siempre que dicha caída de voltaje comprenda un voltaje relativamente pequeño. En este punto, los conmutadores
FET 210 y 219 pueden ser apagados. La figura 12 ilustra una i conexión del sistema de conmutación 200 en donde la corriente de estado constante (designada como "Iss") es llevada por el circuito de conmutación a base de MEMS 202. Tal como lo podrá apreciar un experto en la técnica, el circuito de conmutación a base de MEMS no debe cerrarse a un estado de conmutación conductivo en la presencia de un voltaje a través de sus contactos de conmutación, ni dicho circuito
debe ser abierto en un listado de conmutación no-conductivo, mientras que pasa corriente a través de dichos contactos. Un ejemplo de la técnica de conmutación compatible con MEMS puede ser una técnica de formación de pulsación tal como se describe y/o ilustra dentro del contexto de las figuras 1 a la 9. Otro ejemplo de la técnica de conmutación compatible con MEMS puede lograrse configurando el sistema de conmutación para llevar a cabo una conmutación suave o de punto en onda mediante lo cual se pueden cerrar uno o más conmutadores MEMS en el circuito de conmutación 202 en un momento en el que el voltaje a través del circuito de conmutación 202 esté en, o este muy cercano a cero, y abrirse en un momento en que la corriente a través del circuito de conmutación esté en, o cercano a cero. Para lectores que deseen un información de antecedente con respecto a dicha técnica se hace referencia a la Solicitud de Patente titulada "Conmutación Suave Basada en un Sistema Micro-Electromecánica", la Solicitud de Patente Norteamericana serie No. 11/314,879, presentada el 20 de diciembre de 2005, (Expediente Legal No. 162191-1, en donde la solicitud está incorporada en su totalidad a la presente invención como referencia). J Al cerrar los conmutadores en un momento en el que el voltcje a través del circuito de conmutación 202 está en, o muy cercano a cero, se puede evitar un arqueado pre-cebado manjeniendo el campo eléctrico bajo entre los contactos de uno
o mis conmutadores MEMS, conforme se cierran, incluso si múltiples conmutadores no se cierran todos al mismo tiempo. Tal como se describió anteriormente, el circuito de control puede estar configurado para sincronizar la abertura del cierre de uno o más conmutadores MEMS del circuito de conmutación 202 con el surgimiento de un cruce de cero de un voltaje de fuen'e alternante o una corriente de circuito de carga alterante. Si dicha falla ocurre durante un evento de arranque, el circuito de protección contra sobre-corriente 206, está configurada para proteger la carga de corriente descendiente, así como los circuitos de conmutación respectivos. Tal como se ilustra en la figura 13, esta protección se logra transfiriendo la corriente de falla (Ifault) al circuito de protección contra sobre-corriente 206. Se deberá observar que aunque el circuito de conmutación elecjro-mecá n ico de estado sólido, cuando son vistos en un nive superior, pueden aparecer, en concepto, para comportarse en forma sustancialmente similar al otro, sin embargo, en la practica, dicho circuito de conmutación puede exhibir características de operación distintas respectivas ya que operan con base en principios físicos sustancialmente diferentes, y por lo téinto el circuito de protección contra sobre-corriente puede tenejr que ser configurado en forma adecuada tomando en cuenta las características y accionar aún en forma adecuada al circuito de conmutación. Por ejemplo, un conmutador MEMS
generalmente implica el movimiento mecánico de un rayo cantilever para interrumpir el contacto, en tanto que un conmutador de estado sólido generalmente implica un movimiento de trasportadores de carga en un camión inducido por voltaje. El tiempo que toma despejar el canal de los transportadores es denominado tiempo de recuperación, y ese tiempo de recuperación puede fluctuar de un tiempo de <1 µe a un tiempo de >100 µe. Por ejemplo, si el conmutador de estado sólido se cierra en una falla, entonces el circuito de protección contra sobre-corriente 206 debe tener la capacidad de absorber la corriente de falla y proteger el conmutador de estado sólido y la cjarga de corriente descendiente hasta que el canal del conmutador está completamente despejado y el conmutador está completamente abierto. En el caso de que el circuito de protección contra sobre-corriente 206 comprenda un circuito de pulsación 52 y un puente de diodos balanceado 31, se puede mostrar que las características de pulsación (tal como el ancho y/o altura de una pulsación formada por el circuito de pulsación) pueda afectar la calidad de la protección de
! corriente descendente. Por ejemplo, el circuito de protección contra sobre-corriente 206 debe tener la capacidad de generar una pulsación que tenga suficiente ancho y/o altura para acomodar el tiempo de recuperación del circuito de conmutación de estado sólido paralelo, así como acomodar la protección de falla del circuito de conmutación a base de MEMS.
Tal como lo podrá apreciar un experto en la técnica, existen dos categorías generales de circuito de conmutación de estado sólido, con respecto a una interrupción de corriente por falla. Algunos conmutadores de estado sólido (tal como FETs) pueden forzar inherentemente una condición de corriente cero cuando se apagan. Otros (tal como SCRs) no pueden forzar dicha condición de corriente cero. El circuito de conmutación de estado sólido que puede forzar una condición de corriente cero, puede no necesitar la ayuda de un circuito de protección de uso de corriente 206 para llevar a cabo una limitación de corriente durante la falla. El circuito de conmutación de estado sólido que no puede forzar una condición de corriente cero, generalmente requerirá un circuito de conexión de sobre-corriente 206. Tal como se mencionó anteriormente, se debe implementar una técnica de control adecuado para transferir en forma selectiva una corriente hacia adelante y hacia atrás entre el circuito de conmutación a base de MEMS del circuito de conmutación de estado sólido. En una modalidad, dicha técnica de control puede estar basada en un modelo de pérdida eléctrica respectiva para cada circuito de conmutación. Por ejemplo, las pérdidas eléctricas (y elevación de temperatura concomitante) en un circuito de conmutación a base de MEMS, generalmente son proporcionales al cuadrado de la corriente de i I cargla, en tanto que las pérdidas (y elevación de temperatura concomitante) en circuitos de conmutación de estado sólido
generalmente son proporcionales al valor absoluto de la corriente de carga. Asimismo, la capacidad térmica de aparato de estado sólido, generalmente es mayor a la del circuito de conmutación a base de MEMS. Por consiguiente, para valores norrrales de carga de corriente, se contempla que el circuito de conmutación a base de MEMS lleve la corriente, mientras que, para corriente de carga temporal, se contempla que el circuito de conmutación de estado sólido lleve la corriente. Por lo tanto, se contempla la transferencia de corriente hacia adelante y hacia atrás durante situaciones de sobre-carga temporales. A continuación se describirá, tres técnicas de ejemplo para transferir en forma selectiva la corriente de carga hacia adelante y hacia atrás entre el circuito de conmutación a base de i†EMS y el circuito de conmutación de estado sólido. Una técnica de ejemplo contempla el uso de un circuito de protección contra sobre-corriente doble, tal como se muestra en la figura 14, en donde un primer circuito de protección contra
! sobre-corriente 206i y un segundo circuito de protección contra sobre-corriente 2062 están conectados en circuitos paralelos con el circuito de conmutación a base de MEMS y el circuito de conmutación de estado sólido para ayudar a la transferencia (este segundo circuito de protección contra sobre-corriente también puede comprender en una modalidad de ejemplo, un circuito de pulsación 52 y un puente de diodos balanceado 31, tal ¡como se muestra y/o describe entre el contexto de las
figuras de la 1 a la 9). Se debe observar que si el sistema de conmutación utiliza sólo un circuito de protección sobre-corriente 206, entonces dicho circuito de protección contra sobre-corriente simple puede ser activado al momento del evento de conmutación en conexión con el circuito de conmutación a base de MEMS. Sin embargo, si posteriormente en poco tiempo ocurre una falla, entonces el circuito de protección contra sobre-corriente simple 206 no puede estar listo para ser activado para proteger el circuito de conmutación. Tal como se describió anteriormente, el circuito de protección sobre-corriente 206 opera con base en técnicas de pulsación, y por lo tanto dicho circuito puede no estar listo en forma instantánea para operar en corto al momento del inicio de pulsación. Por ejemplo, se puede tener que esperar un período de tiempo para recargar el capacitor de pulsación en el circuito de pulsación 52. j La técnica que implica el circuito de protección contra sobre-corriente asegura dejar un circuito de protección contra sobre-corriente (el circuito 2062) libre y listo para ayudar en j una i limitación de corriente en el caso de una falla, incluso cuando el otro circuito de protección contra sobre-corriente 206i sólo haya llevado a cabo una conmutación ayudada por pulsjación en conexión con un evento de conmutación normal (evejnto de conmutación de transmisión sin falla). Esta técnica se qonsidera que proporciona flexibilidad de diseño sustancial
con un control relativamente más simple, pero requiere un circuito de protección contra sobre-corriente doble en lugar de un circuito de protección contra sobre-corriente simple. Se debe observar que esta técnica es compatible con cualquier tipo de circuitos de conmutación de estado sólido. Se podrá apreciar que en una modalidad de ejemplo que comprende circuito de protección contra sobre-corriente doble, entonces el circuito debe incluir circuito de pulsación doble 52, auncue no necesita incluir fuentes de diodos balanceado dobles 31. Por ejemplo, si el primer circuito de protección contra sobre-corriente comprende un circuito de pulsación respectivo 52 y un puente de diodos balanceado respectivo 31, entonces el segundo circuito de protección contra sobre-corriente solo puece comprender un circuito de protección respectivo, conf gurado para aplicar una corriente de pulsación adecuada (cua,ndo se necesita) al puente de diodos balanceado 31 del primjer circuito de sobre-protección. En forma inversa, si el segundo circuito de protección contra sobre-corriente comprende un circuito de pulsación respectivo 52 y un puente de diodos balanceado respectivo 31, entonces el primer circuito de protección contra sobre-corriente solo puede comprender un circuito de pulsación respectivo 52 configurado para aplicar una corriente de pulsación adecuada (cuando se necesita) al puente de diodos balanceado 31 del segundo circuito de sobre-protección.
Una segunda técnica de ejemplo es sincronizar la ejecución de la transferencia para que coincida con una corrí ente cero. Esto elimina la necesidad de un segundo circuito de pjrotección contra sobre-corriente, y también es compatible con |cualquier tipo de circuito de conmutación de estado sólido. Sin j embargo, esta técnica puede implicar un control relativamente más elaborado y puede requerir una desconexión total del sistema en algunos casos. Una tercera técnica de ejemplo, es llevar a cabo la transferencia de corriente coordinando la abertura y cierre del circuito de conmutación MEIVS y el circuito de conmutación de estado sólido. Tal como lo puede apreciar un experto en la técnica, esta técnica puede ser Jti tizada siempre que el circuito de conmutación de estado sólido tenga una tarea de voltaje relativamente pequeña. En cualquier caso, se deberá apreciar que la estrategia de control puede configurarse para determinar cuando operar el circuito de protección contra sobre-corriente (ya sea un circuito de protección contra sobre-corriente simple o doble) y determinar cuando abrir y cerrar los circuito de conmutación respectivos, tal como en respuesta a las condiciones de corr ente de carga adecuadas para las capacidades que llevan comente de uno de los circuitos de conmutación respectivos. El concepto general estará preparado para llevar a cabo limitación de corriente por falla, transfiriendo al mismo tiempo una corriente hacia adelante y hacia atrás entre trayectorias de
corriente alternas, así como llevar a cabo limitación de corriente y des-energización de circuito cuando la corriente de carga llegué a la capacidad máxima de cualquier trayectoria que lleva corriente de carga. Una estrategia de control de ejemplo puede ser la siguiente: I Se utiliza el circuito de conmutación de estado sólido para energizar la carga, con expectativa de que habrá una corriente inicial grande. Transferir la carga a través del circuito de conniutación a base de MEMS, después de que la corriente cae dentro del rango del circuito de conmutación a base de MEMS. Cuando se desee des-energizar la carga base bajo condiciones normales, se debe realizar siempre que el circuito de conmutación este llevando la corriente en ese momento. Si el circuito de conmutación a base de MEMS, utiliza una conmutación de punto en onda se apaga en la corriente cero. Con base en temperaturas simuladas o detectadas, se determinó la temperatura respectiva tanto del circuito de conmutación a base de MEMS como el circuito de conmutación j de estado sólido. Si cualesquiera de dichas temperaturas es determinada para llegar a un límite de índices térmicos respectivos, o si la corriente de carga llega a una capacidad de transportación de corriente máxima respectiva (tal como bajo condiciones de falla o una sobre-carga severa) se lleva a cabo una interrupción de corriente instantánea (auxiliada con el circuito de protección contra sobre-corriente y se abre tanto el
circuito de conmutación a base de MEMS como el circuito de conmutación de estado sólido). Esta acción puede evitar previamente cualquier otra acción de control. Se espera a un reajuste a una re-inicio antes de permitir que se vuelva a cerrar una acción de conmutación. Bajo una operación normal, las condiciones térmicas respectivas de cada circuito de conmutación respectivo pueden utilizarse para determinar si pasa corriente a través del circuito de conmutación a base de MEMS o a través del circuito de conmutación de estado sólido. Si un circuito de conmutación está llegando a su límite térmico o de corriente, en tanto que el otro circuito de conmutación aún tiene un margen térmico, se puede realizar en forma automática una transferencia. La sinc -onización precisa puede depender de la técnica de transferencia de conmutación. Por ejemplo, en una transferencia ayudada por pulsación, la transferencia puede tener lugar esencialmente en forma instantánea tan pronto como i se necesite la transferencia. En una transferencia basada en una conmutación de punto en onda, dicha transferencia se puede llevare a cabo (por ejemplo, ser deferida) hasta que ocurre un siguiente cruce de cero disponible de la corriente. Para una transferencia deferida, debe haber cierto margen pro orcionado en la configuración para que la decisión transfiera con el objeto de realizarla de modo que la transferencia pueda ser deferida en forma exitosa hasta la