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Leistungsfähige Power-Management-ICs bringen Energie-Ernte ein

Energy Harvesting wandelt Traum in Trend

4. November 2011, 9:16 Uhr | Willem Ongena

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Effizienzsteigerung dank MPPT und geringem Eigenverbrauch

Eine weitere Funktion, die TI in den Baustein integriert hat, ist Maximum Power Point Tracking (MPPT). Sie trägt einer Besonderheit von Solarzellen Rechnung, die darin besteht, dass die maximal verfügbare elektrische Leistung einer Solarzelle sowohl von der momentanen Höhe des Photostroms als auch von der Temperatur abhängt. Für jede Betriebstemperatur ergibt sich also ein maximaler Photostrom, der sich immer (ungefähr 20 Prozent) unterhalb der maximalen Klemmenspannung einstellt. Der Laderegler braucht also eine Information über die maximale Last, die er der Solarzelle gerade abverlangen darf. »MPPT ist eine extrem wichtige Voraussetzung für effizientes Energy Harvesting«, weiß Miro Adzan, EMEA Marketing Manager, Power Solutions bei Texas Instruments. »Deshalb haben wir vorgesehen, dass sich der bq25504 mit Hilfe eines Programmierwiderstandes optimal auf den Maximum Power Point (MPP) des jeweils eingesetzten Elementes einstellen lässt.«

Dass der Baustein so effizient arbeitet, hat aber auch mit dem geringen Eigenverbrauch zu tun: Im Ruhezustand beträgt dieser nur typisch 330 nA (maximal 750 nA). Im Ruhezustand (bei einer Eingangsspannung von weniger als 100 mV) zieht der Baustein diesen fast vernachlässigbaren Strom aus dem von ihm versorgten Akku oder Ultrakondensator.

Zwar erreicht der Wirkungsgrad bei dem Schwellenwert von 100 mV nur 30 bis 40 Prozent, jedoch steigt die Effizienz bei zunehmender Eingangsspannung rapide an: Bei 200 mV sind es schon beinahe 60 Prozent, und ab 500 mV stehen bereits 80 oder mehr Prozent der Eingangsleistung am Ausgang bereit (bei einem Eingangsstrom ab weniger als 1 mA bis etwas mehr als 10 mA). Ab 2 V erreicht der Wirkungsgrad sogar 90 Prozent (der Baustein ist für eine maximale Eingangsspannung von 5,5 V ausgelegt).
Sobald die Batteriespannung ausreicht, um eine externe Last zu versorgen, gibt der bq25504 ein OK-Signal aus. Sollte während des Ladevorgangs die maximal zulässige Klemmenspannung erreicht werden, unterbricht die PMU den Ladevorgang, bis die anschließende Entladung die Klemmenspannung auf den Hysterese-Wert hat absinken lassen. Die Vorgabe für die diversen Schwellenwerte für die Klemmenspannung lassen sich (genauso wie das MPPT) extern mit Spannungsteilern programmieren. Weil der bq25504 schon mit einer sehr geringen Eingangsspannung auskommt, lassen sich auch Solarzellen anschließen, die bei Kunstlicht (z.B. am Arbeitsplatz) eine ausreichende Spannung abgeben.

Betrieb des bq25504 ist im Temperaturfenster von -40 °C bis +125 °C Junction-Temperatur (Tj) zulässig. Der IC ist in einem 16-poligen VQFN-Gehäuse (Very Thin Profile Quad Flat Non Leaded Package, 3 x 3 mm) untergebracht und ab sofort in Stückzahlen zu einem Preis von 2,10 US-Dollar lieferbar. Nähere Infos sind unter www.ti.com/bq25504-preu abrufbar.