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Energy Harvesting

Erntehelfer im Internet der Dinge

2. Juni 2014, 13:53 Uhr | Wolfgang Hascher

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Texas Instruments: Selber auch sehr sparsam

Auch Texas Instruments hat fünf neue Power-Management-ICs vorgestellt. Diese sind in der Lage, im μW- bis mW-Bereich liegende Leistungs- bzw. über die Zeit hinweg Energiemengen aus Licht, Wärme oder mechanischen Energiequellen mit hohem Wirkungsgrad zu erfassen und zu managen. Die Bausteine bq25570, bq25505, TPS62740, TPS62737 und TPS62736 weisen zudem eine äußerst geringe Ruhestromaufnahme auf. So verfügt der Boost Charger bq25570 als Abwärtswandler über eine Ruhestromaufnahme von 488 nA. Er bringt es bei Ausgangsströmen unter 10 µA auf mehr als 90 Prozent Wirkungsgrad und behält sein hohes Effizienzniveau auch dann, wenn nur ein Minimum an Energie zur Verfügung steht. Der Baustein enthält eine MPPT-Regelung (Maximum Power Point Tracking) zum Extrahieren und Managen von Energie aus Photovoltaik-Zellen und thermoelektrischen Generatoren. Er arbeitet mit beliebigen Energiespeichern wie zum Beispiel Lithium-Ionen-Akkus, Dünnfilm-Batterien, Superkondensatoren oder konventionellen Kondensatoren. Bei langer Lagerdauer kann die Stromversorgung für den bq25570 durch eine spezielle Versand-Betriebsart (Ship Mode) deaktiviert werden, in der die Stromaufnahme unter 5 nA sinkt. Für diesen (Bild 3) wie auch für andere Power-Management-Bausteine gibt es entsprechende Design Boards.

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Der Boost Charger bq25505 ähnelt dem bq25570, erzielt aber eine noch geringere aktive Stromaufnahme von 325 nA. Dieser Baustein besitzt einen speziellen, autonomen Power-Multiplexer-Gate-Treiber, der einen reibungslos ineinander übergehenden Systembetrieb aus Energy-Harvesting-Quellen und einer Primärbatterie ermöglicht. Er gewährleistet eine ununterbrochene Stromversorgung, solange das System betriebsfähig sein muss, auch wenn vom Harvester keine Energie beigesteuert wird.

Zusätzlich zu den Batteriemanagement-Schaltungen stellte TI den TPS62740 vor, einen sehr sparsamen Abwärtswandler für Designs mit 300 mA Ausgangsstrom. Er arbeitet im aktiven Betrieb mit nur 360 nA Ruhestromaufnahme, während es im Standby-Status sogar nur 70 nA sind. Bis 10 µA herab bringt es dieser Wandler auf mehr als 90 Prozent Wirkungsgrad. Der Baustein ermöglicht eine Lösung mit einer Gesamtfläche von 31 mm² und eignet sich dank seiner programmierbaren Ausgangsspannung und seiner DCS-Control-Funktion für die Versorgung von Mikrocontrollern, darunter beispielsweise die extrem wenig Strom aufnehmenden Mikrocontroller der Reihe MSP430FR59xx von TI und Bluetooth Low Energy Chips wie die Wireless-MCU SimpleLink CC2541. Der integrierte Lastschalter des TPS62740 senkt außerdem die Leistungsaufnahme von Bauelementen wie etwa LEDs oder Sensoren, die nur zeitweilig genutzt werden.

Für Designs mit geringerem Strombedarf sind der neue Wandler TPS62737 für 200-mA-Designs und der TPS62736 für 50-mA-Designs konzipiert. Beide nehmen im aktiven Betrieb nur 370 nA und im Sleep-Modus nur 15 nA auf und erzielen bei Ausgangsströmen unter 15 µA, so der Hersteller, einen Wirkungsgrad von 90 Prozent.