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邁鑄半導(dǎo)體推出基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機解決方案

日期:2023-12-04 閱讀:319
核心提示:隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)市場的蓬勃發(fā)展,設(shè)備的供能及續(xù)航正在成為新的挑戰(zhàn),低功耗技術(shù)需求越來越多。例如智能手環(huán)/手表作為物聯(lián)網(wǎng)市

 隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)市場的蓬勃發(fā)展,設(shè)備的供能及續(xù)航正在成為新的挑戰(zhàn),低功耗技術(shù)需求越來越多。例如智能手環(huán)/手表作為物聯(lián)網(wǎng)市場中的火爆可穿戴產(chǎn)品,其中集成的各種傳感器結(jié)合精確的算法能夠?qū)崿F(xiàn)人體運動及健康監(jiān)測,然而功耗問題一直制約著智能手環(huán)/手表的發(fā)展,因此不僅需要低功耗藍(lán)牙(BLE)通信技術(shù),還亟需改進(jìn)供能方式并實現(xiàn)智能電源管理功能。

據(jù)麥姆斯咨詢報道,近日,上海邁鑄半導(dǎo)體科技有限公司(中文簡稱:邁鑄半導(dǎo)體;英文簡稱:MCT)推出一種基于MEMS線圈的指尖陀螺發(fā)電機(超薄發(fā)電機)解決方案,其中的MEMS線圈采用邁鑄半導(dǎo)體獨有的MEMS-Casting™(微機電鑄造)技術(shù)制作而成。

這種創(chuàng)新的超薄發(fā)電機解決方案由數(shù)個MEMS線圈集成PCB板組成,總厚度可以薄至毫米(mm)級別。結(jié)合磁環(huán)組,該超薄發(fā)電機解決方案可以通過手指撥動輸出高達(dá)百毫瓦(mW)級的功率輸出,該功率已能滿足許多低功耗場景應(yīng)用需求。

傳統(tǒng)發(fā)電機的制作過程需要在電工硅鋼片骨架上繞制漆包線,如圖1所示。而邁鑄半導(dǎo)體推出的基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機拋棄了傳統(tǒng)發(fā)電機的制作方法,將發(fā)電機的線圈與控制電路集成到一塊PCB板上,從而可以在電子產(chǎn)品中實現(xiàn)機電系統(tǒng)的進(jìn)一步集成與融合,如圖2所示。

圖1 :傳統(tǒng)發(fā)電機的定子/轉(zhuǎn)子需要繞制漆包線

圖2:邁鑄半導(dǎo)體展示的基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機,其中MEMS線圈在PCB板上呈放射狀排布,結(jié)合磁環(huán)組形成完整的發(fā)電機結(jié)構(gòu)。

目前,基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機解決方案主要用于低功耗設(shè)備供電,通過手指轉(zhuǎn)動可以實現(xiàn)高達(dá)近100 mW的發(fā)電功率。具體的發(fā)電功率與轉(zhuǎn)速有關(guān),理論上發(fā)電功率與轉(zhuǎn)速的平方成正比。此次,邁鑄半導(dǎo)體推出的超薄發(fā)電機解決方案包括單相和三相兩種結(jié)構(gòu)形式,其中單相發(fā)電機方案采用了24顆MEMS線圈,而三相發(fā)電機方案采用了21顆MEMS線圈。標(biāo)準(zhǔn)的超薄發(fā)電機如圖3所示,外徑為46 mm,厚度約為5 mm(可以薄至3 mm)。

此外,邁鑄半導(dǎo)體還可根據(jù)客戶的需求配置不同數(shù)量的MEMS線圈以實現(xiàn)超薄發(fā)電機的定制化。

圖3:單相發(fā)電機方案和三相發(fā)電機方案

當(dāng)用手指撥動基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機時,可以感受到單相發(fā)電機反饋給手指有更強的顆粒感,并且有振動效果;而三相發(fā)電機的反饋效果則更平滑,有類似于旋轉(zhuǎn)指尖陀螺的感覺。

受益于較薄的厚度,這種基于MEMS線圈的發(fā)電機可應(yīng)用于多種低功耗便攜式/可穿戴設(shè)備,例如智能手環(huán)/手表、無電池遙控器等。邁鑄半導(dǎo)體也展示了一些新的應(yīng)用潛力,例如超薄發(fā)電機與電子墨水屏結(jié)合而成的智能手機外殼。該手機殼無需充電,通過手指轉(zhuǎn)動發(fā)電機既可實現(xiàn)在手機殼的電子墨水屏上顯示不同的圖案或者文字,徹底解決充電問題(目前還不能給手機充電)。

圖4超薄發(fā)電機與電子墨水屏結(jié)合而成的智能手機外殼

基于MEMS線圈的超薄發(fā)電機結(jié)合匹配的電路可以實現(xiàn)免電池、電池延長及應(yīng)急供電等應(yīng)用方案。圖5展示了基于單相發(fā)電機的免電池方案的電路原理圖。單相發(fā)電機發(fā)電后經(jīng)倍壓整流對電容充電,然后電容的電壓上升并使得電壓檢測芯片啟動工作,并且通過升壓電路提高電壓后穩(wěn)定輸出電能,其中MOS管可以保證電容電壓下降后還可以持續(xù)給升壓電路供電。圖6展示了基于三相發(fā)電機的電池延長方案的電路原理圖。上述匹配的電路可以與發(fā)電機的MEMS線圈一起集成到PCB板上,從而可以大大地減少電路的空間占比。

發(fā)電機型號:MGS-24-4605

圖5: 基于單相發(fā)電機的免電池方案的電路原理圖,該方案可取代電池以解決設(shè)備更換電池的煩惱。

發(fā)電機型號:MGT-21-4605

圖6 基于三相發(fā)電機的電池延長方案的電路原理圖,該方案可作為電池的補充以延長設(shè)備的續(xù)航時間。

MEMS線圈作為邁鑄半導(dǎo)體基于獨有的MEMS-Casting™技術(shù)制造的芯片式線圈,開創(chuàng)了一種全新的線圈品類。邁鑄半導(dǎo)體此次推出的超薄發(fā)電機是基于MEMS線圈的一種創(chuàng)新式的擴展應(yīng)用解決方案。麥姆斯咨詢從邁鑄半導(dǎo)體獲悉,該公司后續(xù)還將推出更多基于MEMS線圈的應(yīng)用解決方案,希望為各行各業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用提供一些新的思路并實現(xiàn)量產(chǎn)落地。

上海邁鑄半導(dǎo)體成立于2018年,是中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所孵化企業(yè)。2021年獲高新技術(shù)企業(yè)稱號。公司致力于晶圓級微機電鑄造(MEMS-Casting)技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,此技術(shù)是本公司研發(fā)的一項獨創(chuàng)性技術(shù),該技術(shù)可通過微納原理將宏觀的鑄造縮小一百萬倍,從而可以在晶圓上實現(xiàn)鑄造??蓮V泛應(yīng)用于半導(dǎo)體先進(jìn)封裝、MEMS器件以及三維集成射頻器件等領(lǐng)域。

(來源:邁鑄半導(dǎo)體) 

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