Embedded Computing

Mikrocontroller machen Stromversorgungen noch intelligenter

| Autor / Redakteur: Joseph Julicher * / Margit Kuther

Der Mikrocontroller PIC16F753: Er ergänzt die 8-Bit-MCU-Reihe von Microchip und ist u.a. mit analoger und Core-unabhängiger Peripherie ausgestattet.
Der Mikrocontroller PIC16F753: Er ergänzt die 8-Bit-MCU-Reihe von Microchip und ist u.a. mit analoger und Core-unabhängiger Peripherie ausgestattet. (Bild: Microchip)

Elektronische Systeme erfordern meist eine geregelte Stromversorgung – und es ist unglaublich, was ein kostengünstiger Mikrocontroller aus einer noch so einfachen Stromversorgung herausholen kann.

Es gibt nur wenige Anwendungen, die keine elektronische Stromversorgungsregelung erfordern – sei es eine einfache Strom-/Spannungsversorgung oder eine anspruchsvolle, optimierte Lösung. Da Energieeffizienz auf allen Ebenen immer mehr gefragt ist, wird aus dem „einfach“ heute jedoch eine Form von hinzugefügter „Intelligenz“.

Selbst ein relativ naiver Regelalgorithmus kann Performance-Vorteile bieten, z.B. einen niedrigen Stromverbrauch. Und mit etwas mehr Aufwand kann heute jedes System anspruchsvollere Funktionen enthalten, wie Aufzeichnung der Maximalleistung, verbesserte Batterieladung, umgebungsbezogene Einstellungen und verbesserte Fehlertoleranz.

Dies ist ein perfektes Szenario für kostengünstige Mikrocontroller. Selbst das kleinste System wird damit leistungsfähig genug, komplexe Algorithmen auszuführen und gleichzeitig M2M-Schnittstellen (Machine to Machine) und eine HMI (Mensch-Maschine-Schnittstelle) bereitzustellen. Die Möglichkeit, eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle wie SM-Bus, LIN oder Ethernet hinzuzufügen, erweitert die Möglichkeiten zusätzlich.

Einfache Überwachung mit einer MCU

Ein risikoarmer Ansatz, die Stromversorgung intelligenter zu machen, ist die einfache Überwachung der Versorgung mit einer MCU. Die gemessenen Parameter werden dabei über eine Kommunikationsschnittstelle an ein im Hintergrund aktives System gesendet.

Dazu sind nur wenige zusätzliche Bauteile und geringer Entwicklungsaufwand erforderlich, da es sich meist um eine Spannungs-, Strom- und/oder Temperaturmessung handelt. Die Überwachung anderer Parameter wie den Tastgrad oder der Netzfrequenz erfordert eine anspruchsvollere Regelung über stromversorgungsspezifische Funktionen, einschließlich Spannungspegel.

So wird der Wirkungsgrad erhöht

Es gibt eine Reihe von Schaltnetzteil-ASSPs (Application-Specific Standard Products), die ihre Funktion aufgrund bestimmter gemessener Parameter ändern können. Dies ist eine einfache Möglichkeit, den Wirkungsgrad zu erhöhen. Viele MCUs ermöglichen dies: über ihre seriellen Schnittstellen lässt sich die Funktion einer Stromversorgung auf der Basis der überwachten Parameter verändern.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Stromversorgung selbst unter der Kontrolle des ASSPs bleibt. Das für das Gesamtsystem zuständige Entwicklungsteam benötigt dann kein spezielles Know-how im Bereich Stromversorgungsdesign. Das Verständnis der Parameter und deren Auswirkungen reicht aus. Der Hauptanteil der Regelungstheorie verbleibt beim Entwickler der Stromversorgung. Der nächste Schritt, der zu beträchtlichen Kosteneinsparungen beiträgt, ist die Integration des Schaltnetzteil-ASSPs und der MCU in einen Baustein.

Dies lässt sich immer häufiger mit einer hochleistungsfähigen MCU erreichen, in der sich ein schnell abtastender A/D-Wandler befindet. Dieser Ansatz erfordert eine voll digitale, reine Software-Implementierung. Dazu ist mehr Know-how im Bereich Schaltnetzteil-Design erforderlich. Die Gesamt-Performance bezieht sich dann auf die Rechenleistung der MCU (die meist durch den Strombedarf auf Systemebene begrenzt wird).

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