Graeme Clark, Principle Engineer bei Renesas Electronics in Slough/GB
Inhaltsverzeichnis 1. Eine gute Nachricht 2. Energy Harvesting Controller 3. Mikrocontroller mit speziellem Stromversorgungsdesign 4. Richtig dimensionierter Kondensator 5. Überladen verhindern
Selbstverständlich müssen diese Produkte auch kostengünstig sein und wenig oder gar keine Wartung benötigen, da viele von ihnen an schwer zugänglichen Stellen eingebaut sind. Zudem müssen diese Produkte heute auch nachhaltig und ethisch vertretbar sein, was den Material- und Energieverbrauch angeht, um zu einer positiven Klimabilanz beizutragen.
Die Verwendung von Batterien als Energiequelle ist einer der Schlüsselbereiche, mit denen sich die Entwickler auseinandersetzen müssen. Er umfasst viele Themen rund um begrenzte Lebensdauer, Produktnachhaltigkeit, Herstellungsmaterialien, Transportfragen und die Entsorgung der Batterie am Ende ihrer Lebensdauer.
Eine gute Nachricht
Es gibt eine Lösung, die es ermöglicht, ganz auf Batterien zu verzichten oder zumindest ihre Größe zu reduzieren. Wir können die Energie nutzen, die uns überall umgibt, sei es in Form von Licht, Bewegung, Wärme oder einer anderen Form, um unsere Produkte zu betreiben. Mit der neuesten Generation von Energy-Harvesting-Energiequellen wird dies für ein breiteres Spektrum von Produkten realisierbar. Diese sind in der Lage, nützliche Mengen an elektrischer Energie aus immer kleineren Energiemengen in der Umgebung zu gewinnen. Die Systeme können diese kleinen Energiemengen immer effektiver nutzen, um Produkte bei Bedarf mit Strom zu versorgen.
Energieautarke Multiturn-Zähl-Module von Posital
Um Entwicklern eine einfache Produktentwicklung zu ermöglichen, die die Energie in unserer Umgebung als Energiequelle nutzen, hat Renesas einen Energy Harvesting Controller (EHC) in die Embedded-Controller-Familie RE01 implementiert. Diese Bausteine basieren auf dem Silicon-on-Thin-Buried-Oxide-Halbleiterprozess und bieten eine aktive Stromaufnahme von nur 10 µA/MHz. Dies macht sie ideal für intelligente Sensoren, die mit Energy Harvesting betrieben werden.
Das größte Problem bei der Entwicklung eines Produkts, das eine Energy-Harvesting-Energiequelle nutzt, ist der Anlaufstrom der Schaltung, insbesondere des Mikrocontrollers (MCU). Wird eine MCU mit Strom versorgt, gibt die Power-On-Reset-Schaltung die Reset-Leitung frei, sobald ein ausreichender Spannungspegel am Versorgungs-Pin vorhanden ist. Die MCU beginnt mit der Initialisierung, d. h. die Taktgeber beginnen zu laufen, die Register werden initialisiert und die Boot-Routine wird ausgeführt. Dies kann eine erhebliche Energiemenge erfordern und damit einen hohen Anlaufstrom, oft viele mA, die die meisten kleinen Energy-Harvesting-Quellen nicht liefern können. An diesem Punkt kann der Mikrocontroller nicht mehr korrekt arbeiten, da die Versorgung zusammenbricht und der Bootvorgang fehlschlägt.
