Eckdaten

Dieser Beitrag beschreibt verschiedene Techniken zur Akku-Überwachung, speziell mit Fokus auf die hierfür notwendigen Messungen der Subsystem-Stromversorgungen, die ein abruptes Abschalten mobiler Geräte verhindern. Er stellt eine spezielle Lösung mit einem Leistungswächter vor, der die Strom- und Spannungsverläufe des Akkus überwacht. Der große Speicher dieses Geräts kann den Prozessor von den zusätzlichen Aufgaben entlasten, die bei einer Leistungsüberwachung üblicherweise auftreten. Basierend auf den Leistungsdaten können Nutzer bessere Entscheidungen zur Reduzierung der Stromaufnahme treffen.

Bild 1: Leistungsüberwachung bei mehreren Peripheriegeräten

Bild 1: Leistungsüberwachung bei mehreren Peripheriegeräten Maxim Integrated

Bild 2: Ein Messintervall des Stroms einzelner Komponenten umfasst die zu überwachenden Deep-Sleep-, Sleep- und Standby-Modi sowie die aktiven Betriebszustände.

Bild 2: Ein Messintervall des Stroms einzelner Komponenten umfasst die zu überwachenden Deep-Sleep-, Sleep- und Standby-Modi sowie die aktiven Betriebszustände. Maxim Integrated

Tablets, Smartphones und Notebooks müssen oft mehrere Aufgaben zeitgleich erledigen und dabei Endanwendern die richtige Stromverbrauchsstrategie bieten. Das gilt auch für Wireless-Peripheriegeräte, Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI), Kameras und Sensoren. Im Laufe der Zeit stellt sich die Herausforderung, die Effizienz jeder internen Subsystem-Stromversorgung zu überwachen und zu bestimmen. Das Ziel dieser Überwachung besteht darin, die Subsystem-Stromversorgungen, die eine hohe Leistung aufnehmen, zu identifizieren und den Nutzer über den Mikrocontroller oder Prozessor zu benachrichtigen. Dementsprechend kann dieser dann die Beanspruchung des Akkus ändern (Bild 1).

Ein Leistungsüberwachungssystem besteht aus vernetzten Leistungswächtern, die in Echtzeit den Energiebedarf des Schaltkreises eines Subsystems ermitteln. Diese Akku-Überwachungsgeräte erstellen eine Momentaufnahme des Akku-Stroms, des Spannungszustands oder von beidem. Einige Überwachungsgeräte entlasten den Controller des Systems, indem sie Leistungswerte berechnen und die Ergebnisse über die Zeit speichern. Die Leistungswächter senden die Daten in jedem Fall an einen Prozessor oder Controller, damit das System oder der Nutzer mögliche Probleme erkennen kann.

Die Messung der Betriebsströme deckt auch den Sleep-Modus ab sowie Datentransfers und andere übliche Betriebsarten von Komponenten in einer Subsystem-Stromversorgung (Bild 2).

Um die Leistungsaufnahme abzuschätzen, müssen der gesamte Laststrom, die Spannung und das Lastprofil der Schaltung erfasst werden. Das beinhaltet nicht nur die Stromstärken im Sleep-Modus (im Bereich von Nano- bis Mikroampere), sondern auch Lastströme (von Milliampere bis Ampere) und kurzzeitige Strompulse (im Bereich von Mikro- bis Millisekunden).

Das geeignete Überwachungssystem

Die derzeitige Leistungsüberwachung basiert tendenziell auf einem dezentralen Controller- beziehungsweise Prozessor-Konzept, bei dem die Informationen zur Verlustleistung immer verfügbar sind. Bei dieser Grundkonfiguration sind die datenerzeugenden Überwachungsgeräte an strategischen Punkten platziert, zum Beispiel an den Stromleitern für Peripheriegeräte, an kritisch belasteten Nebenstromkreisen und anderen Bereichen. Wie in Bild 4 dargestellt, erfassen diese Überwachungsgeräte die Werte der Stromstärke (IS) und Spannung (VS), berechnen die Leistung (IS x VS), speichern die Daten über die Zeit und senden regelmäßig eine Übersicht der Daten an den zentralen Controller beziehungsweise Prozessor zurück.

Bei diesem System sind einige allgemeine Punkte von Bedeutung: Die Überwachungsgeräte führen hochpräzise Messungen aus, die Nutzern letztlich Strategien für die Verlängerung der Akkulaufzeit an die Hand geben. Diese Überwachungssysteme erfassen und berechnen die Leistungsdaten schnell und effizient.

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