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环境振动能收集为微型传感器供电:匹配用功率电感与电容优化

文章出处:常见问题 网责任编辑: 东莞市平尚电子科技有限公司 阅读量: 发表时间:2025-07-28 21:55:38

环境振动能收集为微型传感器供电:匹配用功率电感与电容优化


在工业设备状态监测与管道机器人集群中,传统电池供电面临更换困难与环境污染的痛点。平尚科技开发的磁电耦合振动能量收集模组,通过功率电感与电容的精密阻抗匹配,将机械振动转化为300μW持续电能,使微型传感器实现永久自供电。当设备以50Hz频率振动时(加速度0.5g),该系统可输出3.3V/100μA稳定电流,完全替代钮扣电池。


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针对微能源系统对能量转换与存储效率的极致要求,平尚科技PS-VE系列模组突破三大技术瓶颈:

  1. 高磁导率功率电感

    • 采用Fe-SiCr纳米晶磁粉芯与三层绝缘绕线工艺,使0603尺寸电感值达22mH(常规铁氧体仅10mH),在20-500Hz宽频振动下保持>85%的能量转换效率;

    • 饱和电流提升至150mA,承受10g振动冲击后电感量衰减<±2%;

  2. 低ESR叠层电容

    • 钛酸钡-聚合物复合介质实现100μF/cm³储能密度,等效串联电阻(ESR)低至5mΩ,充放电效率达98%;

    • 创新叉指电极结构使漏电流<0.5μA,保障能量存储72小时损耗<3%;

  3. 自适应阻抗匹配

    • 基于振动频率动态调整LC谐振点,通过MEMS开关阵列实时切换电感抽头,使能量捕获带宽拓宽3倍。


cd功率电感


为验证系统在复杂工况下的可靠性,平尚科技构建多轴振动模拟平台

  • 变频振动测试:在10-1000Hz范围内扫描(加速度1-10g),记录输出功率波动;

  • 随机冲击验证:施加半正弦冲击(峰值50g/脉宽2ms),检测电感磁芯位移与电容电极断裂;

  • 极端温湿循环:-40℃~85℃交替冲击1000次,监测LC参数漂移。

实测数据表明:

  • 在工业机器人关节振动场景(35Hz/1.2g),系统输出功率密度达350μW/cm³;

  • 经受50g机械冲击后,纳米晶电感感值变化率<±1.5%,电容ESR增长<8%;

  • 为温度传感器供电时,其0.5秒采集间隔的续航能力超越同等体积电池5倍。


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面向管道机器人的微空间集成需求,平尚科技革新制造工艺:

  • 磁粉芯注射成型:将纳米晶磁粉与环氧树脂在150℃下高压注入微型模具,电感公差控制在±5%;

  • 卷对卷电容涂布:以每分钟5米速度连续沉积介质层,单片薄膜产出3000个储能电容;

  • 激光微调谐振:飞秒激光精确修整电感线圈,使谐振频率匹配精度达±0.1%。


输油管道机器人


当输油管道检测机器人在震动环境中爬行时,其背部能量收集模组将7Hz流体振动转化为电能,平尚科技优化的功率电感与电容以92%的综合效率驱动腐蚀传感器持续工作。通过磁芯材料创新、介电结构突破、动态匹配升级三位一体的技术路径,平尚科技使每套自供电系统成本降至0.15元,为万亿级工业物联网节点扫除能源桎梏。

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