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Evaluierungsplattform für energieautarke Systeme

Energy-Harvesting-Systeme machen erst mit energieeffizienten Komponenten richtig Sinn

19. Juni 2012, 10:46 Uhr | Karin Zühlke

Ingos Seehagen, Avnet Memec: »Basierend auf dem sehr effizienten ARM-Cortex-M3-Kern, sind die Mikrokontroller der Gecko-Reihe momentan das Nonplusultra in Bezug auf niedrigen Energieverbrauch.«

Schnell und einfach in die Energy-Harvesting-Welt einsteigen: Das will die Evaluierungsplattform von Avnet Memec, Maxim und Energy Micro dem Entwickler ermöglichen.

Aufgebaut ist die Plattform aus den bereits vorhandenen Evaluierungsplattformen des Energy Harvesters MAX17710 von Maxim und dem energiesparenden Mikrocontroller EFM32TG840F32 aus der Tiny-Gecko Reihe von Energy Micro.

Energy Harvesting ist in aller Munde, aber was versteht man eigentlich darunter? »Nun, wörtlich bedeutet Energy Harvesting ’Energie ernten’ oder auch ’einsammeln’. Meist werden aber auch die kompletten Applikationen, bei denen es um Niedrigenergie-Anwendungen geht, mit dem Begriff ’Energy Harvesting’ umschrieben. Eigentlich sind die Harvester aber nur ein Teil des Gesamtsystems«, erklärt Ingo Seehagen, Field Application Engineer von Avnet Memec.

Solche Energie-Harvester-Schaltungen werden für energieautarke elektronische Systeme benötigt. »Energieautark« bedeutet hier, unabhängig von leitungsgebundener Energieversorgung oder Batterie zu arbeiten oder Batterien zu einer längeren Lebensdauer zu verhelfen. »Bei solchen Systemen muss die Gewinnung oder besser Umwandlung, die Speicherung und Nutzung der Energie aufeinander abgestimmt werden«, weiß Seehagen. Energie wird bei diesen Systemen aus den verschiedensten Quellen thermisch, kinetisch, optisch etc. umgewandelt. Das Problem, so Seehagen, bestehe darin, dass die Energie, die aus solchen Umwandlungsprozessen zur Verfügung steht, nicht ausreicht, elektronische Systeme sicher zu versorgen. Hier sind integrierte Schaltungen gefragt, die mehr oder weniger monolithisch sämtliche Power-Management-Funktionen wie Aufnahme und Speichern der Ladung, Unterspannungsschutz und Bereitstellung der Energie für das System übernehmen. Eine solche Schaltung demonstriert Avnet Memec mit der kürzlich vorgestellten Entwicklungsplattform.

»Der in der Plattform verwendete MAX17710 ist der momentan einzige IC der Branche, der sämtliche Power-Management-Funktionen für Energy-Harvesting-Anwendungen beinhaltet«, so Seehagen. Dazu gehört auch die Ladefunktion und der Schutz der Thinergy Micro-Energy Cell (MEC) von Infinite Power Solutions (IPS), die im Evaluationkit eingebaut ist.

Der MAX17710 beginnt seine Arbeit bereits bei sehr niedrigen Spannungen (0,75 V) und kommt dabei mit unzureichend geregelten Energien im Bereich von 1 µW bis 100 mW aus. Im konkreten Falle wird das MAX17710 Evalboard von einer Solarzelle gespeist. Ein Aufwärtsregler lädt die energiespeichernde Zelle auf, und ein interner Regler schützt die Zelle vor Überladung. Ein sehr effizienter linearer LDO-Regler (Low-Dropout-Regler) versorgt dann die Zielanwendung mit der nötigen Spannung im wählbaren Bereich von 1,8 V, 2,3 V oder 3,3 V. Der MAX17710 beinhaltet außerdem einen Unterspannungsschutz sowie ein Management der Pufferung der Lithium-Zelle. Der Lithium-Charger des MAX17710 braucht nur 1 nA Ruhestrom.