邁鑄半導體推出基于MEMS線圈的超薄發電機解決方案

隨著物聯網（IoT）市場的蓬勃發展，設備的供能及續航正在成為新的挑戰，低功耗技術需求越來越多。例如智能手環/手表作為物聯網市場中的火爆可穿戴產品，其中集成的各種傳感器結合精確的算法能夠實現人體運動及健康監測，然而功耗問題一直制約著智能手環/手表的發展，因此不僅需要低功耗藍牙（BLE）通信技術，還亟需改進供能方式并實現智能電源管理功能。

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

這種創新的超薄發電機解決方案由數個MEMS線圈集成PCB板組成，總厚度可以薄至毫米（mm）級別。結合磁環組，該超薄發電機解決方案可以通過手指撥動輸出高達百毫瓦（mW）級的功率輸出，該功率已能滿足許多低功耗場景應用需求。

傳統發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。而邁鑄半導體推出的基于MEMS線圈的超薄發電機拋棄了傳統發電機的制作方法，將發電機的線圈與控制電路集成到一塊PCB板上，從而可以在電子產品中實現機電系統的進一步集成與融合，如圖2所示。

圖1 傳統發電機的定子/轉子需要繞制漆包線

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

目前，基于MEMS線圈的超薄發電機解決方案主要用于低功耗設備供電，通過手指轉動可以實現高達近100 mW的發電功率。具體的發電功率與轉速有關，理論上發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電機解決方案包括單相和三相兩種結構形式，其中單相發電機方案采用了24顆MEMS線圈，而三相發電機方案采用了21顆MEMS線圈。標準的超薄發電機如圖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的需求配置不同數量的MEMS線圈以實現超薄發電機的定制化。

圖3  單相發電機方案和三相發電機方案

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

受益于較薄的厚度，這種基于MEMS線圈的發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/手表、無電池遙控器等。邁鑄半導體也展示了一些新的應用潛力，例如超薄發電機與電子墨水屏結合而成的智能手機外殼。該手機殼無需充電，通過手指轉動發電機既可實現在手機殼的電子墨水屏上顯示不同的圖案或者文字，徹底解決充電問題（目前還不能給手機充電）。

圖4 超薄發電機與電子墨水屏結合而成的智能手機外殼

基于MEMS線圈的超薄發電機結合匹配的電路可以實現免電池、電池延長及應急供電等應用方案。圖5展示了基于單相發電機的免電池方案的電路原理圖。單相發電機發電后經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。

發電機型號：MGS-24-4605

圖5 基于單相發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

發電機型號：MGT-21-4605

圖6 基于三相發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備的續航時間

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

如果您對基于MEMS線圈的超薄發電機解決方案感興趣，可以和邁鑄半導體聯系并申請樣品進行測試工作，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，是中國科學院上海微系統與信息技術研究所孵化企業。2021年獲高新技術企業稱號。公司致力于晶圓級微機電鑄造（MEMS-Casting）技術的研發和產業化，此技術是本公司研發的一項獨創性技術，該技術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鑄造。可廣泛應用于半導體先進封裝、MEMS器件以及三維集成射頻器件等領域。