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Bild 1: Der Power-Bank-Controller LC709501F von On Semiconductor. (Bild: ON Semiconductor)

Bild-01-Power-Bank-Controller-LC709501F class="caption-text">Bild 1: Der Power-Bank-Controller LC709501F von On Semiconductor. ON Semiconductor

Mobilgeräte wie Smartphones und Tablets müssen ihren Besitzern rund um die Uhr unabhängig von ihrem Aufenthaltsort möglichst viele Funktionen zur Verfügung stellen. Durch den Lebensstil vieler Anwender und der Forderung, ständig mit dem Internet verbunden zu sein, entsteht die Notwendigkeit nach einer möglichst langen Batterielaufzeit beziehungsweise der Möglichkeit, Mobilgeräte im Laufe des Tages nachzuladen. Dies kann mithilfe von Power Banks erfolgen.

Wachstumsmarkt Power Banks

Power Banks erleben aufgrund dieses Szenarios ein enormes Wachstum. So erwartet Markets & Markets bis Ende des Jahrzehnts für Power Banks ein jährliches durchschnittliches Wachstum von über 20 Prozent. Für 2020 prognostizieren die Marktforscher für Power Banks einen Umsatz in Höhe von 17,8 Milliarden US-Dollar.

Eckdaten

Künftige Power-Bank-Modelle müssen neben einem platzsparenden Design einen effizienten Betrieb und kurze Ladezyklen ermöglichen, eine hohe Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit bieten sowie über Diagnose- und Schutzfunktionen verfügen. Mit der Power-Bank-Plattform LC709501 von ON Semiconductor erhalten Entwickler eine Lösungsmöglichkeit, mit der sich diese Herausforderungen meistern lassen.

Parallel zu dieser Marktentwicklung müssen sich die Anbieter von Power Cells den Anforderungen der Kunden stellen und immer leistungsfähigere Produkte mit Differenzierungsmerkmalen anbieten. Denn nur die Funktion „Laden“ reicht künftig nicht mehr aus.

So stehen die Anbieter von Power Cells unter Druck und müssen in erster Linie Produkte liefern, die möglichst hohe Ladegeschwindigkeiten ermöglichen, damit die Zeit, die ein tragbares Elektronikgerät an einer Stromversorgung verbringt, so kurz wie möglich bleibt. Die Aufladung über eine USB-Schnittstelle mit hoher Leistung und die Einführung des USB-Typ-C-Steckers für höhere Ströme helfen dabei.

Auch auf das Design sowie die Baugröße von Power Cells müssen die Hersteller achten. Denn es besteht eindeutig der Bedarf, Form und Aussehen von Power Banks an die optische Qualität der tragbaren Geräte anzupassen, die aufzuladen sind. Verbraucher, die viel Geld für ein hochwertiges Smartphone ausgeben, werden wohl unzufrieden sein, wenn sie eine weniger ästhetische, sperrige oder billig aussehende Power Bank anschließen müssen.

Als weitere Forderung müssen Anbieter Power Cells mit möglichst großer Ladekapazität auf den Markt bringen, da die Anwender unabhängig vom Preis und der Baugröße des Produkts so viel Ladung wie möglich aus ihrer Power Bank beziehen können. Hinzu kommt der Wunsch der Anwender nach Power Cells, die mehr Funktionen als bisher bieten. So etwa den Zugriff auf detaillierte Betriebsdaten und nützliche Diagnose-Informationen.

Auch die Kompatibilität zu proprietären Ladeprotokollen der verschiedenen Smartphone-Hersteller (zum Beispiel Qualcomm Quick Charge) wird zwingend erforderlich werden – einschließlich aller relevanten Handshaking-Mechanismen.

Schutzfunktionen unabdingbar

Angesichts der Anforderungen wie höhere Ladekapazität, kleinerer Formfaktor und der damit verbundenen höheren Ströme, gewinnen Schutzfunktionen zunehmend an Bedeutung, da Power Banks großen thermischen Belastungen ausgesetzt sein können. Dies gilt insbesondere bei unsachgemäßer Anwendung, zum Beispiel bei Temperaturen außerhalb der Spezifikationen.

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Bild 2: Blockschaltbild des Ladesteuerungs-ICs der Power-Bank-Plattform LC709501. ON Semiconductor

Die ersten Power Banks auf dem Markt enthielten eine LED, die Aufschluss über die verbleibende Ladungsreserve gab. Spätere Modelle wurden mit einer einfachen Anzeige ausgestattet, die Nutzern eine grobe Vorstellung davon gab, wieviel Ladung die Power Bank noch enthält.

Da Smartphones und andere tragbare Elektronikgeräte, die mit einer Power Bank aufgeladen werden sollen, bereits über eine Benutzeroberfläche verfügen, stellt sich die Frage, ob man diese nicht für Power Banks nutzen könnte? Durch die Übertragung von Daten über die USB-Schnittstelle von der Power Bank zum Mobilgerät lassen sich verschiedene Parameter anzeigen. Dies verbessert den Benutzerkomfort und gibt dem Anbieter der Power Bank ein Alleinstellungsmerkmal an die Hand, das sein Produkt vom Wettbewerb unterscheidet.

 

Lesen Sie auf der nächsten Seite, warum intelligente Schutzmechanismen für Powerbanks ein Muss sind.

Intelligenz ein Muss

Es gab Fälle, bei denen sich Power Banks als Brandrisiko herausstellten – sei es aufgrund falscher Anwendung oder weil das Produkt selbst fehlerhaft war. Standard-Power-Banks sind nicht intelligent genug, um auf Probleme entsprechend reagieren zu können, zum Beispiel wenn ein Ladevorgang bei ungeeigneten Temperaturen erfolgen soll.

Künftige Power Banks müssen daher ein Überwachungssystem enthalten, welches die Auswirkungen der Betriebsumgebung mit berücksichtigt. Darüber hinaus sind umfassendere Schutzvorrichtungen erforderlich, um bei gefährlichen Situationen eine schnelle Reaktion zu ermöglichen.

Hersteller von Leistungselektronik müssen in der Lage sein, Anbieter von Power Banks mit Hardware zu beliefern, die zahlreiche aktuelle Anforderungen erfüllt. Ein Beispiel für eine solche Lösung ist die Power-Bank-Plattform LC709501 von ON Semiconductor. Die Evaluierungsboards verfügen über einen Laderegler-IC, FETs, Schottky-Dioden, Oszillatoren und Spulen. Aufgrund ihrer Leistungsdichte eignen sie sich für Power Banks der nächsten Generation mit geringem Platzangebot.

Zugehörige Apps für iOS, Android und Windows ermöglichen der Plattform LC709501 mit nahezu jedem Smart-Device zu kommunizieren. Ein USB-2.0-Host-Controller (Full Speed) ist mit integriert, eine USB-Typ-C-Anbindung vorgesehen. Die Plattform kann verschiedene Stromquellen erkennen und eignet sich für verschiedene Ladeverfahren (Boost, Pass-Through und ähnliches) und liefert Ausgangsspannungen von 5, 9 und 12 V. Sowohl Quick-Charge- als auch Fast-Charge-Betrieb sind beim Anschluss kompatibler Geräte möglich. Die maximale Lade-/Entladeleistung beträgt bis zu 15 W.

Die Plattform verfügt über integrierte Schutzmechanismen, einschließlich Überstrom- und Überspannungserkennung, Sicherheitstimer, redundanter Batterieschutz und thermische Überwachung. Adaptive Ladealgorithmen, die den Batteriezustand berücksichtigen, lassen sich implementieren. Damit lassen sich die Energiespeicherkapazität maximieren, die Batterielaufzeit verlängern und die Sicherheit erhöhen.

App für Power Banks

Sobald die Power Bank mit dem Smartphone verbunden ist, startet die zugehörige App und zeigt dies mit einem Symbol auf dem Display an. Beim Öffnen der Power Bank App erhält der Anwender eine Reihe von Informationen.

Angezeigt werden zum Beispiel der prozentuale Anteil der verbleibenden Ladung sowie die Zeit bis zur vollständigen Entladung. Auch die Temperatur der Power Bank, der Lademodus sowie der Zustand der Power Bank sind dargestellt. Gerätehersteller können die angezeigten Informationen mit ihrem Markenlogo ausstatten (Branding).

Matthew Tyler

Matt Tyler-ON Semiconductor
Director Strategic Business Development, ON Semiconductor

(hb)

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