Auch ohne Batterien Strom für das IoT

Intelligentes Leistungsmanagement

Unabhängig von der Quelle oder Speichermethode gilt es, die gewonnene elektrische Leistung zu maximieren und die Verlustleistung so gering wie möglich zu halten. Das lässt sich mit der neuen Generation von Power-Management-ICs realisieren, die derzeit auf den Markt kommen.

Der LTC3588-2 von Analog Devices integriert einen verlustarmen Vollwellen-Brückengleichrichter sowie einen Abwärtswandler mit hohem Wirkungsgrad. Diese Kombination gibt Ingenieuren eine Komplettlösung an die Hand, die optimal auf die Gewinnung von Energie aus Quellen jeglicher Art ausgelegt ist – einschließlich Piezoelektrik, Elektromechanik und Solarzellen sowie magnetische Wandler. Im UVLO-Modus (Under-Voltage-Lockout) fließt ein extrem niedriger Eingangsruhestrom von 830 nA – bei einem steigenden Schwellenwert von 16 V, was eine effiziente Energiegewinnung ermöglicht. Der UVLO-Schwellenwert ermöglicht zudem die Stromvervielfachung von Eingang zu Ausgang durch den hocheffizienten synchronen Abwärtsregler. Dieser hat einen Ruhezustand, der während der Regelung den Eingangs- und Ausgangsruhestrom minimiert. Vier Ausgangsspannungen – 3,45 V, 4,1 V, 4,5 V und 5,0 V – sind pro Pin wählbar, bei bis zu 100 mA kontinuierlichem Ausgangsstrom. Dadurch eignet sich dieses Bauelement für Superkondensatoren sowie Li-Ionen- und LiFePO4-Akkus. Für den Überspannungsschutz sorgt ein Schutz-Shunt am Eingang (bis zu 25 mA Pull-down bei 20 V).

PMICs für die Energiegewinnung der Baureihe S6AE101A von Cypress sind auf den Einsatz in winzigen solarstrombetriebenen drahtlosen Sensoren ausgelegt, bei denen gerade einmal 1 cm2 große PV-Zellen verwendet werden. Sie decken einen Eingangsspannungsbereich von 2 V bis 5,5 V ab, und ihre Ausgangsspannung lässt sich auf Werte zwischen 1,1 V und 5,2 V konfigurieren. Diese PMICs nutzen jeweils eine integrierte Schaltersteuerung zur Speicherung des von ihrer Solarzelle erzeugten Stroms in einem Ausgangskondensator. Überspannungsschutz ist in die Eingangspins der Solarzelle integriert. Dieser im SON-10-Gehäuse mit Abmessungen von 3 mm × 3 mm erhältliche PMIC hat eine Anlaufleistung von 1,2 µW und einen Verbrauchsstrom von (mindestens) 250 nA. Das erhöht die für die Mess-, Verarbeitungs- und Datenübertragungsfunktionen der Zielanwendungen verfügbare Leistung – beispielsweise BLE-Notfallleuchten und batterielose drahtlose Sensoren für die Gebäude-/Fabrikautomatisierung und die intelligente Landwirtschaft.

Die Lade- und Schutzgeräte für Energy-Harvesting der Baureihe MAX17710 von Maxim Integrated bieten sämtliche Leistungsmanagementfunktionen für die Gewinnung von Umgebungsenergie aus Quellen mit Ausgangspegeln von 1 µW bis 100 mW. Sie enthalten ein Lithium-Ladegerät mit 1 nA Standby-IQBATT, 625 nA linearem Laden und 1 µW Schnellladen. Diese ICs in UTDFN-Paketen mit Abmessungen von 3 mm × 3 mm × 0,5 mm unterstützen 1,8 V, 2,3 V bzw. 3,3 V LDO-Spannung (Low Dropout). Der Booster-Reglerkreis ermöglicht das Laden von einer Quelle mit gerade einmal 0,75 V.