半导体器件 能量收集和产生半导体器件 第1部分：基于振动的压电能量收集器 征求意见稿.docx

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GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-1:2017

半导体器件能量收集和产生半导体器件第1部分：基于振动的压电能量收集器

1范围

本文件依据基于振动的压电能量收集原理，建立了基于振动的压电能量收集器的测试、评价和分级的程序。本文件规定了基于振动的压电能量收集器的术语、定义、符号、组成和测试方法，用于评估和确定实际使用中的基于振动的压电能量收集器性能特征。

本文件适用于消费、通用工业、军事和航空航天中应用的能量收集器件，对器件技术和尺寸没有任何限制。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T4937.12-2018半导体器件机械和气候试验方法第12部分：扫频振动（IEC60749-12:2002,IDT）

IEC60749-5:2017，半导体器件机械和气候试验方法第5部分：稳态温湿度偏置寿命试验（Semiconductordevices–Mechanicalandclimatictestmethods–Part5:Steady-statetemperaturehumiditybiaslifetest）

3术语和定义

3.1一般术语

下列术语和定义适用于本文件。3.1.1

振动vibration

围绕平衡位置发生的机械振荡。3.1.2

基于振动的能量收集器vibrationbasedenergyharvester将振动能量转化为电能的能量转换器

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注：基于振动的压电能量收集器使用压电换能器将振动能量转换为电能，它包括质量块、弹簧和压电换能器，如图1所示。压电换能器包含两个端子和一个压电薄膜。激励振动引起质量块往复运动，悬挂质量块的弹簧弯曲，弹簧的弯曲引起压电薄膜拉伸和压缩，压电薄膜的顶部和底部端子收集压电效应产生的电荷。

注：基于振动的压电能量收集器如图2所示。它由质量块、弹簧、阻尼和压电换能器组成。压电换能器消耗并转换振动质量块的动能。因此，压电换能器通常被视为阻尼。

能量收集器的组成

能量收集器的工作组件

1：压电薄膜：用于能量收集的压电换能器的主体层

A(t)：激励振动，它将机械振荡引入固定基板，并激振能量收集器的质量块

2：弹簧：通过悬挂将激励振动与质量块耦合

R：外部负载

3：质量块：从激励振动引入机械运动耦合

L+,L-：能量收集器输出端子

图1使用悬臂梁和压电薄膜的基于振动的压电能量收集器

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压电能量收集器的关键参数

ksp弹性常数

m有效质量

bm阻尼系数

PZ压电换能器

A(t)激励振动

图2基于振动的压电能量收集器的概念图

3.1.3

质量-弹簧-阻尼系统mass-spring-dampingsystem

使用有效质量、弹簧和阻尼来推导振动能量收集器运动的系统3.1.4

有效质量effectivemass

m

质量-弹簧-阻尼系统中所有组成部分在振动时使系统产生指定运动规律的总质量3.1.5

弹簧spring

用弹性常数ksp存储机械能的弹性物体3.1.6

寄生阻尼parasiticdamping

降低振动物体加速度的效应，用阻尼系数bm表示3.2压电换能器

3.2.1

压电换能器piezoelectrictransducer

通过压电效应将机械能转化为电能的能量转换器3.2.2

压电效应piezoelectriceffect

压电材料的机械变形使该材料产生成比例变化的电荷极化的效应3.2.3

压电常数piezoelectricconstant

d

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施加应力时压电材料电荷极化的量化值3.2.4

机电耦合系数electromechanicalcouplingcoefficient

k

描述电能到机械能的转换率的值，反之亦然

注：该系数由弹性、介电和压电常数表示，它自然出现在压电换能器的表达式中。

k=·············································································(1)

式中：

E——杨氏模量d——压电常数ε——介电常数

3.2.5

电容capacitanc