Power Management Stromversorgung als Systemtechnik

Früher, als der Strom noch aus der Steckdose kam, war die Welt der Stromversorger noch überschaubar: Die angeschlossenen Geräte brauchten was sie brauchten und die Stromversorgungsspezialisten lieferten bei Bedarf Module zur Anpassung der Werte. Das war einmal.

Im Zeitalter der Mobilgeräte hat sich das Bild gewandelt. Heute zählt eben, wie lange ein Gerät mit einer Akkuladung funktionsfähig bleibt, um für seinen Besitzer die Sucherei nach der bekannten Steckdose so lange wie möglich hinauszuzögern. Gefragt waren auf einmal CPUs mit möglichst hohen MIPS/µW-Werten und damit wurde der Weg frei für neue Ansätze: Harvard- und Multi-Core-Architekturen und On-Chip-Power-Management, bei dem nicht benötigte Bereiche einfach abgeschaltet wurden.

Aber rasch wurden die Schaltungsteile identifiziert, bei denen ein durchaus substantieller Teil der verfügbaren elektrischen Energie in Wärme umgewandelt wurde, bevor diese überhaupt einen intelligenten Baustein erreichte. Dies war der Anlass zur Forderung, die "Energieeffizienz" (früher: Wirkungsgrad) dieser Bausteine ebenfalls zu steigern. Dabei machte man die Beobachtung, dass bestimmte Schaltungen (heute: Topologien) bei Volllast gute Werte erzielten, andere wiederum im Teillastbetrieb überlegen waren. Hier setzte die Entwicklung der digitalen Stromversorgungen an; diese machen es möglich, Topologien im laufenden Betrieb umzustellen und so den Verlauf des Wirkungsgrades über der Last insgesamt deutlich anzuheben.

Um nun die Abhängigkeit von der Steckdose zu verringern, setzten schon frühzeitig Entwicklungen ein, die von dem kurbelbetriebenen Notstromaggregat für das Handy bis zum Solarpanel auf dem Rucksack reichten. Das Endziel dieser Bemühungen aber ist das autonome System, das sich aus der Umgebung selbst mit ausreichend Energie versorgen kann. Solche autonomen Systeme werden etwa in Industrieanlagen benötigt, bei denen entlegene Sensoren über Funk eingebunden werden. Speziell angepasste integrierte Schaltungen konditionieren den Energiezufluss unterschiedlicher "Energy Harvester" wie Solarzellen, Piezo- und Thermo- und induktive Generatoren für die Speicherung in einem Akku bzw. einem Superkondensator.

Die Beiträge in dem hier vorliegenden "Thema der Woche"-Special "Stromversorgung" werfen ein Schlaglicht auf die Entwiklungen der Branche. Wer sich für die spannenden Entwicklungen in diesem Bereich besonders interessiert, dem sei der ELEKTRONIK power management congress des Fachmediums Elektronik empfohlen, derin München-Unterhaching stattfindet. Dort stellen die Experten der Branche ihre neuesten Entwicklungen in "Energy Harvesting" (Erzeugung elektrischer Energie im kleinen Maßstab), Wireless Power (drahtlose Energieübertragung zu mobilen Geräten), Advanced Power Supply Design (Einsatz der Digitaltechnik für die Verbesserung des Wirkungsgrades und der Regeleigenschaften) und Power System Design (neue Ansätze für das Power-Managment in Systemen). Ich würde mich freuen, Sie am 2. und 3. Juli 2014 in München zu begrüßen.

Ihr Jens Würtenberg