Durch IC-Lösungen
Mit Smart Power zur effizienteren Strom-Nutzung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Welche Anforderungen werden an die Halbleiter gestellt?
Ebenso vielfältig wie die Smart-Power-Systeme sind auch die Anforderungen an die Halbleitertechnologie. Bei Sensoren handelt es sich in der Regel um kleine, eigenständig arbeitende Systeme, die in großer Zahl vorkommen und häufig an schwer zugänglichen Stellen installiert sind. Abgesehen vom eigentlichen Sensorelement erfordern Sensoren nicht selten auch Signalwandler-Schaltungen, die die analogen Eingangsgrößen in digitale Daten umwandeln, einen gewissen Umfang an Speicher und Logik sowie eine Kommunikationsschnittstelle und einen Sender, der die Daten per Leitung oder drahtlos übermittelt. Neben kleinen Abmessungen und einem günstigen Preis wird von diesen Einheiten meist ein minimaler Stromverbrauch gefordert, da sie unter Umständen lange Zeit ohne Wartungsmaßnahmen aus einer Batterie gespeist werden sollen.
Bereichsüberwachungseinheiten, die möglicherweise mit Schaltern, Thermostaten und anderen Schaltungen kombiniert werden, benötigen neben den gerade aufgezählten Elementen auch weitere Logikschaltungen und Speicher sowie die Fähigkeit zum Senden und Empfangen von Daten für Steuerungszwecke oder zur Umprogrammierung. In einem kommerziellen Gebäude oder einem Haus mit einem fortschrittlichen Smart-Power-Netzwerk sind mehrere Bereichsüberwachungseinheiten einer Hauptüberwachungseinheit unterstellt, die wiederum mit dem Internet, dem regionalen Energieversorgungsnetz oder anderen gebäudeinternen oder auch externen Netzwerken verbunden sein kann.
Die Herausforderungen der Vernetzung meistern
Die Standards für die Kommunikation und Konnektivität unter diesen Systemen sind vielfältig. Zentrale, leitungsgebundene Systeme, die große Datenmengen für Analyse- und Planungszwecke übertragen, nutzen das Internet Protocol (IP) für die meisten Arten des Datenaustauschs. In einigen Fällen können die kleineren Einheiten IP-Pakete über leitungsgebundene oder drahtlose Verbindungen senden und empfangen. Allerdings steht drahtlosen Sensoren auch das ZigBee-Protokoll zur Verfügung, das für minimale Leistungsaufnahme bei lokalen Übertragungen ausgelegt ist. Der entscheidende Vorteil drahtloser Übertragungssysteme ist, dass sie wenige oder gar keine Änderungen an der Leitungs-Infrastruktur erfordern, was Installationskosten spart und das Verbauen von mehr Geräten gestattet. Auf diese Weise ist eine feinstufigere Datenerfassung und die Steuerung kleinerer räumlicher Bereiche möglich. So können selbst Geräte mit Netzstromversorgung irgendeine Form drahtloser Kommunikation oder die Powerline-Kommunikation (PLC) nutzen, damit keine zusätzlichen Netzwerkkabel verlegt werden müssen.
Die PLC-Technik lässt sich auch außerhalb der Gebäude nutzen, um die Sensorik- und Steuerungsfunktionen des Netzwerks auf Beleuchtungseinrichtungen, Access Points, Alarmeinrichtungen und andere Funktionen auszudehnen.
Alle Netzwerke, die mit externen Quellen kommunizieren, benötigen irgendeine Art von Sicherheitsausstattung, um das versehentlich oder absichtliche Einrichten von Zugängen zu verhindern. Dies ist bei den Stromversorgungs-Netzwerken von Gebäuden nicht anders: auch hier müssen Hard- und Software mit Sicherheitsmaßnahmen versehen werden.
In Netzwerken, die eine ganze Stadt abdecken, gelten vergleichbare technische Überlegungen für Einrichtungen wie etwa Straßenleuchten und die Verkehrs-Infrastruktur sowie Transformatoren und weitere Anlagen des Energieversorgungsnetzes. Intelligente Gebäude fügen sich in das Gesamtmuster der Smart-Power-Innovationen ein, die auf sämtlichen Ebenen des privaten und öffentlichen Bereichs zu beobachten sind.
Die Suche nach Smart-Power-Lösungen
Die Smart-Power-Technologie wird fortlaufend verbessert und auf immer neue und innovative Weisen eingesetzt. Abgesehen von der Erfüllung der Nachfrage nach kleinen Abmessungen, extrem geringer Leistungsaufnahme und unterschiedlichen Performance-Niveaus müssen IC-Lösungen flexible Konfigurationen unterstützen. Dies gilt speziell im Bereich der Kommunikation, wo viele unterschiedliche Protokolle genutzt werden. Zu den Schlüsselelementen zählen außerdem analoge Signalketten-Funktionen wie etwa Datenwandler sowie Management-, Regelungs- und Steuerungsfunktionen für die System-Stromversorgung.
Systementwickler müssen überlegen, welche Vorteile es bietet, wenn möglichst viele dieser Komponenten von einem einzigen IC-Anbieter bezogen werden können. Dies betrifft die Vereinfachung der Design- und Beschaffungsabläufe ebenso wie die Sicherstellung der Kompatibilität zwischen den verschiedenen komplexen Funktionen der einzelnen Bauteile. Weitere Fähigkeiten wie die Integration können bei der Unterstützung langfristig angelegter Roadmaps für spätere Produktgenerationen helfen. Nicht zuletzt sorgt die Verfügbarkeit einer Vielzahl von Gehäuseoptionen für Flexibilität, wenn die Anforderungen unterschiedlicher Leiterplatten berücksichtigt werden müssen.
Ein weiterer entscheidender Aspekt bei der Bereitstellung von Smart-Power-Lösungen ist die Isolation. Diese schützt die Schaltungen vor hohen Spannungen und Strömen und sichert überdies den störungsfreien Betrieb, indem hochfrequente Signale vom Eindringen in Niederfrequenz-Schaltungen abgehalten werden, wo sie zur Verfälschung von Daten führen könnten. Weil Smart-Power-Systeme naturgemäß verschiedene Arten von Schaltungen kombinieren, sind sie für eine ordnungsgemäße Funktion auf zuverlässige Isolationstechniken angewiesen. Weitere Informationen zum Thema Isolation finden Sie in einem gesonderten Whitepaper.
- Mit Smart Power zur effizienteren Strom-Nutzung
- Welche Anforderungen werden an die Halbleiter gestellt?
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