Weltrekord-Parameter Neue Energy-Harvesting-Systeme dank Rekord-IC

In der Mitte des Evaluation Board sitzt mit lediglich 5 x 5 mm Größe der e-peas Mikrocontroller.

Das Unternehmen e-peas bietet mit einem hocheffizienten Energiemanagement-Mikrocontroller neue Perspektiven.

Das gilt insbedondere für Energy-Harvesting-Systeme wie energieautonome drahtlose Sonsor-Nodes, Wearables, E-Health- und Home-Automation, Industrial- und Indoor-Monitoring und Geolocation. Das seit September 2016 angebotene hochintegrierte Energiemanagement-Subsystem AEM10940 akzeptiert Gleichspannung aus PV-Zellen oder Thermo-Elektrischen-Generatoren (TEGs), kann Energie gleichzeitig in einem wieder aufladbaren Element speichern und das System mit zwei unabhängig regulierten Spannungen versorgen. »Hinter dem AEM10940 stecken 15 Jahre Forschung an der Universität Leuven zum Thema Energy Harvesting«, sagte Thierry Keutgen, Vice President Product Marketing bei der e-peas semiconductor der Markt&Technik auf der embedded world 2017.

Das 2014 gegründete Unternehmen hat seinen Sitz in Mont-Saint-Guibert, dem wallonischen Teil Belgiens. »Wir haben das System in Europa und weltweit patentrechtlich sehr gut abgesichert«, so Keutgen, »und wir denken, dass es vielerlei Einsatzbereiche gibt, in denen Anwendungen dank der guten technischen Daten unseres Systems erst möglich werden, ob bei drahtlosen Sensoren für das IoT, Wearables, E-Health, Smart Home & City oder Automation. Mit unserem Mikrocontroller erreichen Sie eine längere Batterielaufzeit und können bei verschiedenen drahtlosen Anwendungen auf ein primäres Energiespeicher-Element verzichten. Wenn bei Anwendungen die Energieversorgungsfrage geklärt ist, ergeben sich völlig neue technische Perspektiven.«

Der Mikrocontroller besitzt eine ausgesprochene Ultra-Low-Power-Kaltstartfähigkeit bei 11 µW und 380 mV. Das Maximum Power Point Tracking (MPPT) ist mit Single-Pin-Programmierung konfigurierbar, für PV als auch TEGs. Der MC verfügt über einen integrierten LDO-Regulator bei niedrigen (1,8 V, bis zu 10 mA Ladestrom) und hohen Spannungen (von 2,2 bis 4,2 V konfigurierbar, bis zu 80 mA Ladespannung mit 300 mV Dropout). Der AEM10940 „erntet“ den verfügbaren Eingangsstrom bis zu einer Stromstärke von 25 mA. Für das Aufladen eines Speicherelementes, z.B. einer Lithium-Ionen- oder Dünnfilm-Batterie, eines Super- oder konventionellen Kondensators, verfügt er über einen Ultra-Low-Power-Boost-Converter. Der Eingangsspannungsbereich reicht von 100 mV bis 2,5 V. Dank seines einzigartigen Kaltstart-Schaltkreises kann er auch mit entladenen Speicherelementen, einer Eingangsspannung von 380 mV und einem Eingangsstrom von nur 11 µA starten.

Das Niederspannungsnetzteil liefert typischerweise 1,8 V für Mikrocontroller. Das Hochvoltnetzteil betreibt typischerweise einen Funk-Transceiver mit konfigurierbarer Spannung. Beide werden für hohe Stabilität und Low-Noise mit einem LDO Regulator (Low Drop-Out) angetrieben. Über die Konfigurations-Pins sind verschiedene Betriebsmodi einstellbar, spezielle Modi können auf Kosten von Konfigurationswiderständen eingestellt werden. Der Chip integriert alle aktiven Elemente für den Betrieb eines typischen drahtlosen Sensors. Es sind fünf identische Kondensatoren und Induktoren erforderlich, die je in den kleinen 0402- und 0603-SMD-Formaten erhältlich sind.

Der AEM 10940 wird in QFNL-Bauform mit 24-Pin geliefert. Für Entwickler ist ein Evaluation Board erhältlich, das alle nötigen Komponenten für den Betrieb des AEM10940 enthält. Es ist nicht für die abschließende Implementierung einer Endnutzer-Applikation gedacht. Mit ihm lassen sich die Energiequelle, das Speicherelement, niedrige und hohe Lastspannung verbinden und die Systemkonfigurationen in den möglichen Modi betreiben. Als deutschen Distributor hat e-peas die Kamaka Electronic Bauelemente Vertriebs GmbH (Elmshorn/Aalen) gewonnen.