DIN EN IEC 62969-3:2018-12*VDE 0884-69-3:2018-12
Полупроводниковые приборы – Полупроводниковый интерфейс для автомобильной техники

Стандартный №

DIN EN IEC 62969-3:2018-12*VDE 0884-69-3:2018-12

Дата публикации

2018

Разместил

German Institute for Standardization

Последняя версия

DIN EN IEC 62969-3:2018-12*VDE 0884-69-3:2018-12

сфера применения

Обзор стандарта и техническая база

DIN EN IEC 62969-3:2018 является важным международным стандартом в области пьезоэлектрических устройств сбора энергии, в частности, регламентирующим технические требования и методы испытаний для пьезоэлектрических устройств сбора энергии ударного типа. Этот стандарт был разработан Международной электротехнической комиссией (МЭК), принят в качестве европейского стандарта Европейским комитетом по стандартизации (CENELEC) и опубликован в качестве немецкого национального стандарта Немецким институтом стандартизации (DIN).

С быстрым развитием Интернета вещей и беспроводных сенсорных сетей технологии с автономным питанием стали горячей точкой исследований. Технология сбора энергии пьезоэлектрическими устройствами может преобразовывать энергию механических колебаний в окружающей среде в электрическую энергию, обеспечивая устойчивое энергетическое решение для маломощных электронных устройств. Этот стандарт появился на этом техническом фоне и обеспечивает техническую основу для стандартизации пьезоэлектрических устройств сбора энергии.

---

Основная терминология и ключевые технические концепции

Глава 3 стандарта чётко определяет основные термины, относящиеся к пьезоэлектрическим устройствам сбора энергии:

Пьезоэлектрический преобразователь: Устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую с помощью пьезоэлектрического эффекта. При сборе энергии удара обычно используется консольная балочная конструкция, один конец которой закреплён, а другой свободно вибрирует.

Ударный накопитель энергии: Устройство, генерирующее электрическую энергию посредством ударного или вибрационного возбуждения. Принцип его работы основан на положительном пьезоэлектрическом эффекте пьезоэлектрических материалов.

Ключевые параметры производительности включают в себя: собственную частоту, коэффициент затухания, выходную мощность, оптимальное сопротивление нагрузки и т. д. Эти параметры напрямую влияют на эффективность сбора энергии.

---

Основные технические параметры и требования к конструкции

Глава 4 стандарта подробно определяет важные требования к конструкции и основным характеристикам пьезоэлектрических преобразователей энергии с ударным приводом:

Категория параметров	Особые требования	Условия испытаний	Допустимое отклонение
Идентификация и структура	Четко обозначьте полярность и номинальные параметры	Визуальный осмотр	Однозначность идентификация
Предельное значение и условия эксплуатации	Максимальная амплитуда удара, диапазон температур	Стандартные условия окружающей среды	±5%
Характеристики емкости	Диэлектрическая проницаемость, коэффициент рассеяния	Испытательная частота 1 кГц	±10%
Механические характеристики	Резонансная частота, коэффициент жесткости	Стандартный вибрационный стол	±2%

---

Методы и требования к испытаниям электрических параметров

В разделе 5.2 стандарта систематически описаны процедуры испытаний для Электрические параметры:

Испытание емкостиИзмеряется на частоте 1 кГц с помощью измерителя LCR, регистрирующего статическую емкость пьезоэлектрического элемента. Этот параметр напрямую влияет на согласование схемы сбора энергии.

Определение собственной частотыОпределение резонансной частоты пьезоэлектрического преобразователя посредством качания частоты, ключевого параметра для оптимизации эффективности сбора энергии. Измерение коэффициента затухания: этот метод использует метод половинной мощности полосы пропускания для расчета характеристик затухания механической системы, которая влияет на полосу пропускания сбора энергии. Тестирование выходных характеристик: включает в себя измерение выходного напряжения, выходного тока и выходной мощности, а также определение оптимального импеданса нагрузки. В разделе 5.3 подробно описаны требования к испытаниям механических характеристик и адаптации к окружающей среде: Испытание в диапазоне температур: этот метод оценивает стабильность работы пьезоэлектрического преобразователя энергии в диапазоне температур от -40 ° C до +85 ° C. Испытание амплитуды удара: этот метод определяет максимальное ускорение удара, которое может выдержать устройство, обеспечивая надежность в реальных условиях. Испытание температуры и влажности: этот метод имитирует изменения характеристик в различных условиях окружающей среды для оценки долговечности и стабильности материала. Испытание механической надежности: этот метод проверяет долговременную надежность устройства посредством повторных испытаний на удар.

---

Требования к испытательному оборудованию и измерительной системе

В приложении к стандарту приведены подробные рекомендации по конфигурации испытательного оборудования:

Испытание пьезоэлектрических преобразователей энергии ударного типа требует специализированной измерительной системы, включая генератор ударов, оборудование для сбора данных и имитатор нагрузки. Точность испытательной системы напрямую влияет на точность результатов измерений.

В процессе измерения особое внимание необходимо уделять обработке сигнала против помех, чтобы гарантировать, что собранный электрический сигнал действительно отражает выходные характеристики пьезоэлектрического преобразователя. Кроме того, ключевыми факторами надежности испытаний являются повторяемость и постоянство механического воздействия.

---

Рекомендации по внедрению и руководство по применению

Соображения на этапе проектирования

На этапе проектирования пьезоэлектрического преобразователя энергии согласование импеданса с цепью нагрузки должно быть главным приоритетом. Согласно стандарту, оптимальное сопротивление нагрузки является ключевым параметром для достижения максимальной передачи мощности. Разработчикам необходимо определить оптимальную цепь согласования импеданса с помощью моделирования и экспериментов.

При выборе материалов следует выбирать пьезоэлектрические материалы с высокими пьезоэлектрическими константами и соответствующими механическими показателями качества. Также следует учитывать адаптивность к окружающей среде, при этом системы материалов должны демонстрировать хорошую температурную стабильность.

Контроль качества в процессе производства

Процесс поляризации пьезоэлектрических элементов должен строго контролироваться в процессе производства для обеспечения стабильных пьезоэлектрических характеристик. Процесс сборки должен обеспечивать точность механической конструкции во избежание чрезмерных потерь на демпфирование.

Каждая партия продукции должна быть отобрана и испытана в соответствии с требованиями стандарта, чтобы гарантировать соответствие характеристик продукта спецификациям. В частности, ключевые параметры, такие как собственная частота и емкость, должны находиться в пределах допустимых отклонений.

Требования к испытаниям и проверке

Среда испытаний должна соответствовать условиям, указанным в стандарте, включая контроль температуры, влажности и электромагнитных помех. Для обеспечения точности измерений испытательное оборудование требует регулярной калибровки.

Для различных типов пьезоэлектрических устройств сбора энергии ударного типа необходимо разработать соответствующие планы испытаний, основанные на реальных сценариях применения, чтобы гарантировать, что результаты испытаний действительно отражают фактическую производительность.

---

Тенденции развития технологий и эволюция стандартов

С разработкой новых материалов и процессов технология сбора энергии пьезоэлектрических устройств движется в сторону высокой эффективности, широкой полосы пропускания и миниатюризации. При пересмотре стандарта в будущем, возможно, потребуется учесть следующие аспекты:

Методы оценки производительности новых пьезоэлектрических материалов (таких как монокристаллические и композитные материалы), спецификации испытаний для технологий сбора энергии многомодового типа и особые требования к испытаниям миниатюрных устройств.

В то же время, с популяризацией приложений Интернета вещей, требования к надежности и методы испытаний на ресурс устройств сбора энергии необходимо будет дополнительно усовершенствовать для удовлетворения потребностей длительного использования в различных суровых условиях.

DIN EN IEC 62969-3:2018-12*VDE 0884-69-3:2018-12 История

• 2018 DIN EN IEC 62969-3:2018-12 Полупроводниковые приборы - Интерфейс полупроводников для автомобильных транспортных средств - Часть 3: Ударный пьезоэлектрический сбор энергии для датчиков автомобильных транспортных средств (IEC 62969-3:2018); Немецкая версия EN IEC 62969-3:2018
• 2018 DIN EN IEC 62969-3:2018 Полупроводниковые устройства. Полупроводниковый интерфейс для автомобильных транспортных средств. Часть 3. Сбор пьезоэлектрической энергии с ударным приводом для датчиков автомобильных транспортных средств (IEC 62969-3:2018); Немецкая версия EN IEC 62969-3:2018

стандарты и спецификации