I dispositivi mobili sono i primi a cui si pensa quando si parla di efficienza dei sistemi elettronici alimentati a batteria.
Tutti sogniamo di poter conversare o navigare con lo smartphone per almeno una giornata senza interruzioni, con un prodotto che sia non solo pratico e leggero, ma anche efficace e dal bel design.
Prodotti in evidenza:
Dispositivi IoT (Internet of Things) connessi tramite tecnologia wireless
Mentre gli smartphone di sicuro continueranno a guidare lo sviluppo delle tecniche più avanzate per la gestione dei consumi e la tecnologia delle batterie, una nuova classe di dispositivi connessi metterà ancora a più dura prove i progettisti. Infatti, si prevede che entro il 2020 ci saranno 24 miliardi di dispositivi IoT (Internet of Things) connessi tramite tecnologia wireless. E dovranno tutti consumare pochissimo per far durare a lungo la batteria.
Soluzioni per la gestione e la misura dei consumi
Determinare il consumo di potenza dei dispositivi IoT
Molti dispositivi progettati per le applicazioni IoT non hanno accesso alla rete elettrica e tutti hanno la necessità di essere sempre accesi, almeno per il supporto di alcune delle loro funzionalità. È questo rimanere sempre acceso tipico delle apparecchiature IoT che richiede nuove soluzioni per la gestione e la misura dei consumi.
Si pensi al progetto di un sensore IoT che andrà a finire su una piattaforma petrolifera. Lì non ci sarà una rete elettrica convenzionale e il sensore probabilmente sarà alimentato a batteria per tutta la sua vita. Le scelte progettuali sul consumo di potenza per i dispositivi IoT sono molto critiche. Ad esempio, in modalità ‘deep sleep’ i consumi tipicamente scendono a valori misurabili su una scala tra il nanoampere ed il picoampere, ma quando passano in uno stato attivo o trasmettono dei dati possono passare rapidamente ad assorbire una frazione di ampere.
Ovviamente, determinare il consumo di potenza di questi dispositivi è assolutamente critico, ma la grande dinamica delle correnti assorbite nei vari stati di un sensore IoT rende la caratterizzazione del loro profilo di consumo molto impegnativa e praticamente impossibile da effettuare con strumenti tradizionali.
Servono strumenti di nuova generazione, come gli oscilloscopi delle famiglie MSO5 e MSO6 di Tektronix, che con la loro elevata dinamica, sensibilità e risoluzione, consentono di analizzare accuratamente anche le più piccole variazioni sovrapposte a segnali di grande intensità. Inoltre, grazie alla disponibilità di sonde di corrente e sonde specifiche sulle linee di alimentazione, gli oscilloscopi Tektronix MSO5 e MSO6 permettono di visualizzare e analizzare la forma d’onda della corrente assorbita nei vari stati di funzionamento del dispositivo.
Altri strumenti molto utili per la caratterizzazione di assorbimenti e consumo sono ad esempio il multimetro digitale da banco alta precisione Keithley DMM7510 e il simulatore di carica e scarica batteria Keithley modello 2281S.
Le sonde capaci di rivelare dettagli altrimenti nascosti
Il collaudo è un’attività che diventa sempre più importante in ogni applicazione dell’elettronica di potenza, in quanto la ricerca ossessiva di maggiore densità di potenza ed efficienza energetica obbliga allo sviluppo di dispositivi sempre più piccoli per applicazioni di conversione dell’energia.
Dispositivi per applicazioni di conversione dell’energia
Strumenti di misura e sonde digitali di nuova generazione
La strumentazione e gli accessori per la misura e collaudo diventano allora degli elementi cruciali. Diventa routine porsi domande come: “tuo gate si accende proprio quando si desidera”, “il duty cycle è esattamente quello che serve per ottenere la migliore efficienza energetica?”, “il dispositivo di potenza dissipa tanto calore quanto potrebbe senza il bisogno di raffreddamento o dissipatori?”, e si potrebbe continuare a iosa.
Oltre al singolo dispositivo diventa fondamentale controllare le numerose relazioni reciproche tra i segnali, in altre parole la temporizzazione. È fondamentale sapersi coordinare e destreggiarsi in mezzo ad un mucchio di differenti segnali per controllare che tutti abbiano un comportamento corretto e, ad esempio, non accendano per sbaglio un dispositivo di potenza che dovrebbe rimanere spento.
Gli strumenti e le tecniche di misura tradizionali non sempre sono sufficienti per affrontare lo sviluppo di sistemi di potenza di nuova generazione, in particolare per la conversione di energia. Non basta certo guardare una coppia di segnali e cercare di indovinare quello che sta succedendo altrove nel circuito. Non è solo una cattiva idea, è un’ idea pericolosa perché si rischia letteralmente di far esplodere il dispositivo.
Servono allora strumenti di misura e sonde di nuova generazione, con la sensibilità e la funzionalità adatta per misurare segnali di piccola intensità sovrapposti a segnali di modo comune elevate, correnti che possano variare velocemente e sonde digitali che possono correlare protocolli e comandi che gestiscono la sezione di potenza.
