电式MEMS振动能量收集器实现了SmartMesh IP无线传感器网络
发布时间：2013-7-3 10:18
发布者：eechina
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BOLT Power Cell 采用凌力尔特的 LTC3588-1 压电式能量收集转换芯片给 Dust Networks 微尘供电 MicroGen Systems 公司 (下称“MicroGen”) 振动能量收集 BOLT Power Cell (见图 1) 实现了一款实时无线传感器网络 (WSN)，其采用凌力尔特 (Linear Technology) 公司的 Dust Networks LTC5800-IPM SmartMesh IP 片内微尘。凌力尔特微尘由 MicroGen 的压电式微机电系统 (压电式 MEMS) 振动能量收集器或微功率发电机 (MPG) 技术进行供电。 
图 1：图中所示为基于 MicroGen 压电 MEMS 的微功率 AC 发电机，Power Cell (9V 电池外形) 具有 3.3V DC 输出，以及采用一个超级电容器或一个可再充电电池 (可使用固态电池或锂离子币形电池) 的插入式 Energy Cell 以提供附加的储能容量。 凌力尔特 WSN 包括 4 个微尘，并采用了高效功率受控型通信的 WSN 软件。自供电式微尘由设定在 120Hz 典型工业振动级和 0.2g (g = 9.8 m/s2) 加速度 G 级的电子振动器使能。MicroGen 把这种由振动提供电能的微尘摆放在凌力尔特的展台和 X-FAB MEMS Foundry 的展台。这些微尘距离 MicroGen 的展台大约 20~30 米。这是由一家商业公司完成首个全采用 MEMS 能量收集进行供电的 WSN。 在 MicroGen 公司 BOLT Power Cell 的内部是一个小型半导体 MEMS 芯片，其采用类似于计算机芯片行业的工艺进行制造。该芯片是一个面积约为 1.0cm2 的压电式 MEMS MPG，其包括一个含有压电式薄膜的末端质量加载微悬臂。当 MPG 的悬臂由于外部振动力的原因而上下弯曲时，将产生交流 (AC) 电。在谐振时 AC 功率输出达到最大，此时其大约为 100μW (在 120Hz 和 ≥ 0.1g) 和 900μW (在 600Hz 和 ≥0.5g)。 采用凌力尔特的 LTC3588-1 压电式能量收集 AC 至 DC 转换器时，可将 AC 高效地转换为 DC。在采集了能量之后，将其暂时存储在一个 300μF 的电容器中。Power Cell 的功率输出范围介于 25μW 至 500μW 之间 (在 3.3V DC 电压下)，具体数值取决于配置和频率。BOLT Power Cell 可用来实现许多不同制造商的无线传感器微尘。 最低限度，BOLT Power Cell 就是一个电池替换部件，其采用了振动能量，而不是利用对环境有害的材料所产生之化学能源。目的是免除 WSN 工业和建筑应用中的主电池或可再充电电池，或延长这些电池的寿命，在此类应用中，若要在安装好的WSN 中以人工方式频繁更换电池，这非常耗费成本。Power Cell 将在介于 100Hz 至 1500Hz 的 50 / 60Hz 谐波下提供。MicroGen 的 MPG 和 Power Cell 对于低加速度的 G 级是非常敏感的。在某一特定的工业特征频率下，当 G 级 <0.1~0.5g (取决于频率) 时 Power Cell 将使能附接的 WS 微尘。在量产的情况下，MPG 和 Power Cell 的生产成本估计分别为 0.50 美元和 1.00 美元左右。 MicroGen 在 6 月的传感器博览会上推出了它们的 BOLT 产品线。MicroGen 计划于 2013 年夏季末宣布其产品的供货情况。最初，MicroGen 将提供 100Hz、120Hz 和 600Hz 的 MPG 和 BOLT Power Cell。如需获得额外的能量存储容量，则可利用 (a) 22mF Panasoic 超级电容器、(b) 50μA-hr Cymbet Corporation固态电池、以及 (c) 7.0mA-hr Panasonic 可再充电币形电池来提供插入式 BOLT Energy Cell。请登录 BOLT 产品网页，该网页包含了至所有 MicroGen 产品数据表的链接。 关于 MicroGen Systems 公司 MicroGen 致力于开发以其专属压电MEMS 平台技术为基础的一系列产品，并在 X-FAB Silicon Foundries AG (www.xfab.com) 位于德国汉堡市北部的晶圆厂进行制造。MicroGen 的第一款压电MEMS 组件是小型 (体积 <1.0 cm3，比豌豆还小) 的振动式能量采集器或MPG (体积 <1.0cm3，比豌豆还小)。此MPG 是MicroGen 的 BOLT Power Cell 直流电源的“核心”。这些低成本、使用寿命长的产品能撷取环境中的废弃不用的振动能量，将能取代或延长无线传感器或其他微电子应用中的电池寿命。 MicroGen 主要的目标市场是工业和建筑市场 (例如: 过程自动化、机器监测、照明控制、HVAC、智能化公用事业计量和其他许多应用)。长远来看，第二市场将是运输系统 (例如: 飞机、火车和汽车、民用基础建设监测、资产追踪等等)。 MicroGen 位于纽约州罗彻斯特市，并在康奈尔大学 (www.cnf.cornell.edu) 开发其核心的压电平台技术。MicroGen 由实力强大的国际化管理团队、董事会和咨询委员会领导，成员均拥有深厚的半导体与 MEMS 产业和新创公司经验。 如需更多信息，请登录 www.microgensystems.com。 |
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