200 µW reichen dem neuen DC-DC-Wandler LTC3109 bereits Schaltregler bringt Energie-Ernte ein

Bereits 30 mV Eingangspannung und 6 mA Eingangsstrom reichen dem neuen Energy-Harvesting-Schaltregler LTC3109 von Linear Technology, um eine einstellbare Ausgangsspannung von 2,35 V, 3,3 V, 4,1 V oder 5 V abzuliefern

Energy Harvesting auf breiter Front war bislang schwer zu realisieren, weil den verfügbaren Hochstellern (Boost-Schaltreglern) das geringe Energieangebot nicht für den Betrieb ausreichte. Mit dem LTC3109 von Linear Technology (www.linear.com) lassen sich auch extrem schwache Stromquellen wie thermoelektrische Generatoren (Seebeck-Elemente) zum Betrieb von Sensoren, Mikrocontrollern, Funktransceivern oder Analog-Digitalwandlern nutzen.

Der neue Baustein ist eine deutsch-amerikanische »Ko-Produktion«, denn er entstand dank enger Zusammenarbeit zwischen dem US-amerikanischen Analog-Chiphersteller Linear Technology und dem deutschen Energy-Harvesting-Spezialisten EnOcean (www.enocean.com). Bereits eine Eingangsspannung von typisch 30 mV (max. 50 mV) und ein Eingangsstrom von 6 mA reichen dem neuen Energy-Harvesting-Schaltregler LT3109 von Linear Technology, um eine einstellbare Ausgangsspannung von 2,35 V, 3,3 V, 4,1 V oder 5 V abzuliefern. Die schlimmstenfalls benötigten 300 µW stellen diverse handelübliche Energy-Harvesting-Quellen bereit. Dazu gehören Solarzellen oder Piezowandler und vor allem thermoelektrische Generatoren (TEG). Das sind in der Praxis Peltier-Elemente, die in diesem Anwendungsfall nicht zur Kühlung genutzt werden, sondern den umgekehrten Effekt (den Seebeck-Effekt) nutzen, d.h. wenn die beiden Übergänge eine unterschiedliche Temperatur aufweisen, entsteht eine elektromotorische Kraft.

Geeignete Versorgungsquellen sind im Datenblatt des LTC3109erwähnt. Hierzu zählen TEG, bei denen bereits ein Temperaturgradient von 1 °C zum Betrieb ausreicht. Die Polarität der benutzten Versorgungsquelle ist, ungeachtet ihrer Bauart, vollkommen gleichgültig, weil der Regler sich automatisch darauf einstellt. Es darf sich auch um eine Wechselspannungsquelle handeln. Es besteht auch die Möglichkeit, zwei unabhängige Gleichspannungsquellen anzuschließen, die dann beide gemeinsam die Energie bereitstellen. Die (ggf. duale) Quelle wird nicht direkt, sondern über ein Paar (normalerweise identische) Transformatoren an die Eingänge des Schaltreglers angeschlossen. Falls die Quelle genügend Gleichstrom liefern kann, ist auch unipolarer Betrieb möglich, bei dem beide Eingänge dann praktisch im Gleichtakt betrieben werden und die bereitgestellte Leistung sich zunächst über beide Zweige verteilt, die IC-intern dann wieder konvergieren. Praktische Übersetzungsverhältnisse sind 1:100 (für 30 mV), 1:50 und 1:20. Das Datenblatt erwähnt eine Auswahl handelsüblicher Transformatoren des Herstellers Coilcraft (www.coilcraft.com).