基于MEMS振動能量采集器的微電源設計與性能優(yōu)化.pdf

1、傳感器和網(wǎng)絡等通訊技術日益成熟催生了物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，且物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中包含著數(shù)以萬計的傳感器等待供能設備。目前的技術水平可以使這些設備的功耗低至微瓦，但傳統(tǒng)的電池供電方式仍常常無法滿足其持久、穩(wěn)定、可集成、環(huán)境友好型等供能需求。本文設計了一種由振動能量轉換模塊、電能收集與存儲模塊以及升壓模塊三大模塊組成的微電源，通過將微電源與物聯(lián)網(wǎng)待供能設備集成而形成自供能設備，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、究成果基礎上，先由微壓電懸臂梁結構著手，考慮尺度效應影響因素，探討了其力學性能變化規(guī)律;接著分別完成了能量轉換模塊、電能收集與存儲模塊和升壓模塊的設計與性能研究;最后針對現(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構設計方案，并進行了相關理論分析。主要內(nèi)容包括：⑴微懸臂梁動力學模型改進。針對微懸臂梁結構的壓電式振動能量采集器考慮尺度效應影響，采用偶應力理論改進了微懸臂梁動力學模型，并結合實驗測試結果充分說明了改進模型的準確性

3、。⑵基于MEMS能量采集器的微電源設計與性能分析。在改進微懸臂梁式壓電能量采集器模型的基礎上，通過仿真分析并結合實測數(shù)據(jù)，探討了其電能輸出性能影響因素;進一步應用BQ25504和TPS61020芯片進行了電能收集與存儲模塊和升壓模塊的電路設計，并采用TINA對電能收集與存儲模塊以及升壓模塊的工作性能分別進行了分析。⑶微電源性能優(yōu)化。針對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題提出了一種n段梁和n個質(zhì)量塊組成的新型結