邁鑄半導體推出基于MEMS線(xiàn)圈的超薄發(fā)電機解決方案

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，設備的供能及續航正在成為新的挑戰，低功耗技術(shù)需求越來(lái)越多。例如智能手環(huán)/手表作為物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中的火爆可穿戴產(chǎn)品，其中集成的各種傳感器結合精確的算法能夠實(shí)現人體運動(dòng)及健康監測，然而功耗問(wèn)題一直制約著(zhù)智能手環(huán)/手表的發(fā)展，因此不僅需要低功耗藍牙（BLE）通信技術(shù)，還亟需改進(jìn)供能方式并實(shí)現智能電源管理功能。

據麥姆斯咨詢(xún)報道，近日，上海邁鑄半導體科技有限公司（中文簡(jiǎn)稱(chēng)：邁鑄半導體；英文簡(jiǎn)稱(chēng)：MCT）推出一種基于MEMS線(xiàn)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(xiàn)圈采用邁鑄半導體獨有的MEMS-Casting?（微機電鑄造）技術(shù)制作而成。

這種創(chuàng )新的超薄發(fā)電機解決方案由數個(gè)MEMS線(xiàn)圈集成PCB板組成，總厚度可以薄至毫米（mm）級別。結合磁環(huán)組，該超薄發(fā)電機解決方案可以通過(guò)手指撥動(dòng)輸出高達百毫瓦（mW）級的功率輸出，該功率已能滿(mǎn)足許多低功耗場(chǎng)景應用需求。

傳統發(fā)電機的制作過(guò)程需要在電工硅鋼片骨架上繞制漆包線(xiàn)，如圖1所示。而邁鑄半導體推出的基于MEMS線(xiàn)圈的超薄發(fā)電機拋棄了傳統發(fā)電機的制作方法，將發(fā)電機的線(xiàn)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(shí)現機電系統的進(jìn)一步集成與融合，如圖2所示。

圖1 傳統發(fā)電機的定子/轉子需要繞制漆包線(xiàn)

圖2 邁鑄半導體展示的基于MEMS線(xiàn)圈的超薄發(fā)電機，其中MEMS線(xiàn)圈在PCB板上呈放射狀排布，結合磁環(huán)組形成完整的發(fā)電機結構

目前，基于MEMS線(xiàn)圈的超薄發(fā)電機解決方案主要用于低功耗設備供電，通過(guò)手指轉動(dòng)可以實(shí)現高達近100 mW的發(fā)電功率。具體的發(fā)電功率與轉速有關(guān)，理論上發(fā)電功率與轉速的平方成正比。此次，邁鑄半導體推出的超薄發(fā)電機解決方案包括單相和三相兩種結構形式，其中單相發(fā)電機方案采用了24顆MEMS線(xiàn)圈，而三相發(fā)電機方案采用了21顆MEMS線(xiàn)圈。標準的超薄發(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，邁鑄半導體還可根據客戶(hù)的需求配置不同數量的MEMS線(xiàn)圈以實(shí)現超薄發(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

當用手指撥動(dòng)基于MEMS線(xiàn)圈的超薄發(fā)電機時(shí)，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(dòng)效果；而三相發(fā)電機的反饋效果則更平滑，有類(lèi)似于旋轉指尖陀螺的感覺(jué)。

受益于較薄的厚度，這種基于MEMS線(xiàn)圈的發(fā)電機可應用于多種低功耗便攜式/可穿戴設備，例如智能手環(huán)/手表、無(wú)電池遙控器等。邁鑄半導體也展示了一些新的應用潛力，例如超薄發(fā)電機與電子墨水屏結合而成的智能手機外殼。該手機殼無(wú)需充電，通過(guò)手指轉動(dòng)發(fā)電機既可實(shí)現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(wèn)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合而成的智能手機外殼

基于MEMS線(xiàn)圈的超薄發(fā)電機結合匹配的電路可以實(shí)現免電池、電池延長(cháng)及應急供電等應用方案。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(dòng)工作，并且通過(guò)升壓電路提高電壓后穩定輸出電能，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(cháng)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(xiàn)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(cháng)方案的電路原理圖，該方案可作為電池的補充以延長(cháng)設備的續航時(shí)間

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

如果您對基于MEMS線(xiàn)圈的超薄發(fā)電機解決方案感興趣，可以和邁鑄半導體聯(lián)系并申請樣品進(jìn)行測試工作，期待與各位志同道合之士攜手合作。

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上海邁鑄半導體成立于2018年，是中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所孵化企業(yè)。2021年獲高新技術(shù)企業(yè)稱(chēng)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(guò)微納原理將宏觀(guān)的鑄造縮小一百萬(wàn)倍，從而可以在晶圓上實(shí)現鑄造?？蓮V泛應用于半導體先進(jìn)封裝、MEMS器件以及三維集成射頻器件等領(lǐng)域。