Längere Batterielebensdauer durch niedrigeren Ruhestrom

22 Nov. 2021
 

Keith Kunz ist ein passionierter Marathon-Läufer. Er trainiert in der ländlichen Berggegend nahe seines Wohnorts in Tucson, Arizona, USA. Beim Training hört er gerne Musik: aus seinen kabellosen Kopfhörern erklingt ein Mix aus Klassik-Rock und Country-Musik. Mit seiner Smartwatch misst er die von ihm zurückgelegten Kilometer. So genießt er seine mehr als 40 Kilometer langen Läufe.

Dabei sollten die Batterien in seiner Smartwatch und in seinen Kopfhörern bis zu 3 Stunden halten. Durch spezielle Technologien wird der Batteriestrom in diesen Geräten intelligent verwaltet; und zwar während die Geräte in Betrieb sind ebenso wie im Schwachstrom-Modus, wenn Keith sie bei einer Ruhepause gerade nicht verwendet, weil er die atemberaubende Schönheit des Sabino Canyons bewundern möchte.

Keith, ein leitender Ingenieur und „Distinguished Member, Technical Staff“ unseres Technical Ladder-Programms, war so freundlich, uns einige Fragen zu niedrigem Ruhestrom und des dazugehörigen Strom-Managements zu beantworten.

Frage: Was ist eigentlich niedriger Ruhestrom?

Keith Kunz: „Ruhe-” bedeutet untätig oder inaktiv. Niedriger Ruhestrom ist der Strom der fließt, wenn ein Gerät eingeschaltet, aber nicht aktiv ist. Das Gerät befindet sich also im Standby- oder Sleep-Modus. 

Ich vergleiche es gerne mit der Start-Stopp-Automatik in neueren Automodellen. Wenn Sie an einem Stopp-Schild anhalten müssen, schaltet das Auto den Motor automatisch ab und begibt sich in einen „Ruhezustand”, um Energie zu sparen. Wenn Sie weiterfahren müssen, startet es reibungslos wieder.

Unsere integrierten Schaltkreise tun das gleiche. Wenn sie in Betrieb sind, wird der Stromverbrauch erhöht. Werden sie nicht mehr genutzt, wird der Stromverbrauch wieder gesenkt. 

 

Frage: Woher kommt das Interesse an Schaltkreisen mit niedrigem Ruhestrom?

Keith: Die Nachfrage nach Chips für niedrigen Ruhestrom kommt vor allem von batteriebetriebenen Produkten wie Rauchmeldern, Gesundheitsmonitoren, Smartwatches und Wasserzählern. 

Durch die geschickte Optimierung der Ruhestrom-Power-Management-Blöcke in unseren Produkten haben wir es geschafft, die Batterielebensdauer dieser Systeme von zwei Jahren auf mehr als fünf Jahre und in einigen Fällen sogar auf bis zu 10 Jahre zu verlängern. So verbindet z.B. unser TPS61094-Abwärts-/Aufwärtswandler zwei wichtige Eigenschaften, die vorher als Kompromisse galten: das einfache Design und die durch hohen Ausgangsstrom und niedrigen Ruhestrom verlängerte Batterielebensdauer. Das Superkondensator-Laden dient der Unterstützung von Anwendungen, die immer in Betrieb sein müssen, wie das bei intelligenten Zählern der Fall ist. 

Heutzutage benötigen selbst Anwendungen, die nicht mit einer Batterie verbunden sind, Technologie, die niedrigen Ruhestrom ermöglicht, weil Schaltkreisentwickler immer mehr Funktionen auf immer kleinerem Raum auf den Platinen verbauen. Um dies zu bewerkstelligen muss in allen Betriebsmodi der Energieverbrauch gesenkt werden. 

Das Internet der Dinge (IoT) wird auch weiterhin ein wichtiger Treiber für die künftige Nachfrage sein. Verbesserungen in der Schaltkreis- und Prozesstechnologie, Kostenreduzierungen und Leistungssteigerungen haben es uns ermöglicht, die Bedürfnisse der Kunden nach mehr Leistungsdichte und mehr Funktionalität zu erfüllen.

Frage: In welchen anderen Anwendungen spielt ein niedriger Ruhestrom eine Rolle? 

Keith: Entwickler verwenden Halbleiterbausteine mit niedrigem Ruhestrom in Schaltkreisen, in denen sie viel Elektronik und viele Funktionen auf sehr kleinem Raum verbauen müssen. Betrachten wir zum Beispiel den Automobilmarkt: Chips wie die LMR43610-Q1- und LMR43620-Q1-Abwärtswandler ermöglichen es Ingenieuren, niedrige Ruhestromwerte und bessere Batterielaufzeiten in Anwendungen wie Infotainment-Systemen zu erreichen, die Strom für den Standby-Modus benötigen aber gleichzeitig mit besonders wenig Platz auskommen müssen. Durch die Verwendung dieser Abwärtswandler kann außerdem die Anzahl der benötigten Bauteile verringert werden, was wiederum zu einer Senkung der Systemkosten führt.  

Frage: Tragen niedrige Ruhestromwerte etwas zum Umweltschutz bei?

Keith: Einer der am schnellsten wachsenden Märkte für Bauteile und Geräte mit niedrigem Ruhestrom ist die Gebäudeautomation. Heutzutage befinden sich batteriebetriebene Systeme und Systeme mit Strom aus Energiegewinnung mehr als 99% ihrer Zeit im Standby-Modus. Indem Sie die Umgebung um sich herum ständig erfassen und messen, schaffen es diese zum Internet der Dinge gehörenden Systeme, Wärme-, Kälte-, Licht- und Wasserverbrauch intelligenter zu überwachen. Wenn wir für IoT-Systeme energieeffiziente Bausteine mit niedrigen Ruhestromwerten verwenden, tragen wir unseren Teil zur Reduzierung von Kohlenstoffemissionen und zum Schutz unserer Umwelt bei. Deshalb möchte ich Teil dieser Bewegung sein und mich darum bemühen, vernetzte Geräte energieeffizienter zu machen.