基于MEMS振動(dòng)能量采集器的微電源設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化.pdf

1、傳感器和網(wǎng)絡(luò)等通訊技術(shù)日益成熟催生了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，且物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中包含著數(shù)以萬(wàn)計(jì)的傳感器等待供能設(shè)備。目前的技術(shù)水平可以使這些設(shè)備的功耗低至微瓦，但傳統(tǒng)的電池供電方式仍常常無(wú)法滿足其持久、穩(wěn)定、可集成、環(huán)境友好型等供能需求。本文設(shè)計(jì)了一種由振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換模塊、電能收集與存儲(chǔ)模塊以及升壓模塊三大模塊組成的微電源，通過(guò)將微電源與物聯(lián)網(wǎng)待供能設(shè)備集成而形成自供能設(shè)備，將能為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供一種較為理想的供能解決方案。
　　本文在前人研

2、究成果基礎(chǔ)上，先由微壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)著手，考慮尺度效應(yīng)影響因素，探討了其力學(xué)性能變化規(guī)律;接著分別完成了能量轉(zhuǎn)換模塊、電能收集與存儲(chǔ)模塊和升壓模塊的設(shè)計(jì)與性能研究;最后針對(duì)現(xiàn)階段能量采集器的不足之處，提出了一種新型的能量采集器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了相關(guān)理論分析。主要內(nèi)容包括：⑴微懸臂梁動(dòng)力學(xué)模型改進(jìn)。針對(duì)微懸臂梁結(jié)構(gòu)的壓電式振動(dòng)能量采集器考慮尺度效應(yīng)影響，采用偶應(yīng)力理論改進(jìn)了微懸臂梁動(dòng)力學(xué)模型，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果充分說(shuō)明了改進(jìn)模型的準(zhǔn)確性

3、。⑵基于MEMS能量采集器的微電源設(shè)計(jì)與性能分析。在改進(jìn)微懸臂梁式壓電能量采集器模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)仿真分析并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，探討了其電能輸出性能影響因素;進(jìn)一步應(yīng)用BQ25504和TPS61020芯片進(jìn)行了電能收集與存儲(chǔ)模塊和升壓模塊的電路設(shè)計(jì)，并采用TINA對(duì)電能收集與存儲(chǔ)模塊以及升壓模塊的工作性能分別進(jìn)行了分析。⑶微電源性能優(yōu)化。針對(duì)微電源能量源頭的能量采集器目前存在的高諧振頻率和窄工作頻帶問(wèn)題提出了一種n段梁和n個(gè)質(zhì)量塊組成的新型結(jié)