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Ein Energy-Harvesting-System funktioniert nicht zuverlässig, solange mehr Energie gewonnen als verbraucht wird

Wie wählt man die richtigen Komponenten für die Energieernte aus?

21. Mai 2012, 10:16 Uhr | Karin Zühlke

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Beim Laderegler trennt sich die Spreu vom Weizen

Die Auswahl eines Ladereglers hängt von der verwendeten Batterie und der nötigen Spannung für den Rest der Elektronik ab. Ein wichtiges Kriterium sollte jedoch laut Delmer immer erfüllt sein: »Der gewählte DC/DC-Wandler muss bei sehr niedrigen Strömen bereits eine hohe Effektivität aufweisen. Und genau hier trennt sich die Spreu vom Weizen«, gibt der Arrow-Manager zu bedenken: »Einige Halbleiterhersteller haben in letzter Zeit für diese Art der Anwendung spezialisierte Produkte auf den Markt gebracht. Diese sind z.B. Linear Technology, Texas Instruments oder Triune Systems.« Es ist durchaus auch möglich, eine Boost-Schaltung diskret aufzubauen, insbesondere wenn man einen Kondensator als Energiespeicher verwendet. Greift das System aber auf eine Li-Batterie zurück, muss eine Lade-Überwachung und Abschaltung implementiert werden.

Die Peripherie der MCU muss flexibel konfigurierbar sein

In Energy-Harvesting-Anwendungen ist der durchschnittliche Energieverbrauch entscheidend. Bei der Auswahl des richtigen Microcontrollers sind laut Delmer daher folgende Kriterien zu berücksichtigen
1)   Stromverbrauch bei maximaler Rechenleistung in µA/MHz. Hier werden derzeit Spitzenwerte von 110µA/MHz für einen 32-Bit Cortex-M0 Microcontroller erreicht (NXP).
2)   Stromverbrauch im Sleep- oder Deep-Sleep-Modus. Der Controller sollte in diesem Zustand oft noch Daten und Zustandsregister erhalten, bei wenigen nA Strombedarf.
3)   Aufwachgeschwindigkeit: der Controller sollte in wenigen µs aus seinem Schlafzustand in den aktiven Modus wechseln können. Die MSP430-Architektur von Texas Instruments wird hier oft als Benchmark angegeben.
4)   Flexible Konfiguration der Peripherie: Weil die Funkübertragung oder Displays oder andere externe Messelektronik meist an seriellen Schnittstellen wie SPI oder I²C angeschlossen ist und insofern nicht in der MCU integriert, ist es wichtig, dass diese Schnittstellen möglichst unabhängig von der Taktfrequenz der MCU konfigurierbar sind. Dies spart unter Umständen zusätzlich Energie, da der Takt der MCU für die notwendige Rechenaufgabe optimiert werden kann.