Energy Harvesting Power fürs Internet der Dinge

Energy Harvesting ist für die Versorgung von Funksensorknoten sehr gut geeignet. Allerdings stellt diese Art der Energieversorgung neue Ansprüche an Entwickler, gilt es doch zum Beispiel nicht nur das Energiebudget zu berücksichtigen, sondern auch die Energiegewinnung eines Generators zu bestimmen.

von Christan Harrieder, Field Application Engineer bei Cypress Semiconductor.

Als Knoten im Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) nehmen dezentral platzierte Sensoren Daten aus der Umgebung auf und stellen sie zentralen Datenverarbeitungssystemen oder Steuergeräten zur Verfügung. Allerdings sollen diese Sensoren nicht von den jeweiligen Zentraleinheiten abhängig sein, sondern autark arbeiten können. Durch die Verteilung der IoT-Komponenten wird die Anbindung an die Infrastruktur jedoch erschwert.

Für den Austausch der Daten stehen bereits mehrere Funkstandards wie KNX-RF oder Bluetooth LE zur Verfügung. Für die Energieversorgung ergeben sich jedoch Herausforderungen, die es zu lösen gilt. Zwar lassen sich Batterien in Sensoren jederzeit und fast überall einsetzen, doch Batterien müssen andererseits häufig gewartet und erneuert werden. Durch den Einsatz von Energy Harvesting lassen sich die Energiekosten senken und die Zahl von Batterien und Akkus in IoT-Geräten verringern.

Die Power-Management-ICs (PMICs) von Cypress besitzen fast alle Komponenten, die zum Energy Harvesting nötig sind. Für den Abwärtswandler »MB39C811« müssen die beiden Speicherkondensatoren für Eingangs- und Ausgangsspannung, die Induktivität und ein Kondensator für die interne Spannungsversorgung extern zur Verfügung gestellt werden.

Der Aufwärtswandler »MB39C831« besitzt zusätzlich eine weitere interne Versorgung, die einen weiteren externen Kondensator benötigt. Beide PMICs benötigen parallel zum Kondensator noch eine Zenerdiode. Die mit PMICs von Cypress ausgestatteten Sensoren brauchen dann häufig nur wenig Energie für ihren Unterhalt, und es reicht aus, wenn die gesammelten Messwerte in Sekundenintervallen an die Empfangsgeräte gesendet werden. Solarzellen, Piezo-Generatoren oder andere Energiewandler stellen dann Energie bereit, um die Sensoren auszulesen, die Messwerte anschließend zu verarbeiten und sie an andere Geräte zu senden.