Mems Anahtarların Kapanma Olgusunun Tasarım Ve Simülasyonu

Abstract

Bu çalışma bir güç harmanlayıcı sistem için bir MEMS anahtarının tasarım ve simülasyonunu içermektedir. Bu anahtar güç harmanlayıcı sistem tarafından üretilen 0.6-1V gibi düşük bir aralığa sahip olan gerilim ile elektrostatik olarak hareket ettirilir. Dolayısıyla, kapanma geriliminin aralığına uygun olan kullanılacak anahtarın boyutuna ve malzemesine karar vermek için optimizasyon gerekmektedir. Bu optimizasyonda kapanma gerilimi kapalı formdaki modeli kullanılmaktadır. Bu anahtar rezonans frekanslarından uzakta çalışmalıdır. Bu kısıtlamaya bağlı olarak, rezonans frekans analizi yapılmalıdır ve hangi boyutların ve malzemelerin uygun olduğuna karar verilmelidir. Bunun yanında biz bu anahtardan histeritik bir davranış bekleriz, yani kapanma ve açma gerilimleri farkı olmalıdır. Sistem titreşimli bir ortamda olacağı için sadece elektriksel değil, mekanik analizler de anahtarın istenilen gerilimden önce kapanıp kapanmayacağına karar vermede büyük rol oynamaktadır. Gerekli analizleri gözlemledikten sonra mikro-elektro-mekanik anahtar için bir tasarım düşüncesi verilmektedir.

This study contains the design and simulation of a MEMS switch for a power harvesting system. This switch is electro-statically actuated by the voltage generated by the harvesting system that has a low range as 0.6-1V. Thus, an optimization is required to decide the size of the switch and the material that will be used that are suitable for pull-in voltage range. In this optimization, a closed form model of pull-in voltage is used. The switch should work far away from resonant frequencies. Due to this constraint, a resonant frequency analysis must be investigated and it is required to decide which sizes and materials are convenient. What is more, we want the switch to have a hysteretic behavior meaning that pull-in and pull-out voltages should be different. As the system will be in a vibration environment, not only electrical but also mechanical analyses like as tip deflection analysis and response under instant accelerations play a big role to decide whether the switch pulls in before desired voltage, or not. After observing required analyses, a concept for MEMS switch is given.