Was Sie bei der Stromversorgung industrieller IoT-Anwendungen beachten sollten

Die Nachfrage nach professionellen IoT-Anwendungen für industrielle Umgebungen hat rapide zugenommen. Aber bei der Auswahl der passenden Stromversorgungen sind einige Aspekte zu beachten.

Neuen Ideen und möglichen Geschäftsmodellen auf der Basis von sich kontinuierlich weiterentwickelnden Technologien und Lösungen für das Internet der Dinge (IoT, Internet of Things) scheinen keine Grenzen gesetzt zu sein und die Nachfrage nach professionellen IoT-Anwendungen für industrielle Umgebungen hat deutlich zugenommen. Allgemeine Eigenschaften umfassen die Fähigkeit zur Nutzung von verteilter Intelligenz durch die Verbindung verschiedener Sensoren und Aktoren mit einer dezentralisierten Steuerung.

Die Fähigkeit, sie mit „Intelligenz“ auszustatten, rührt daher, dass diese Sensoren und Aktoren Daten erfassen und weitergeben können und so konzipiert sind, dass sie intelligent verwaltet werden können. Der Markt für industrielle IoT-Anwendungen wird aufgrund von immer mehr Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie häusliche Krankenpflege, Infrastruktur, Versorgungsunternehmen, Heimautomatisierung und Smart Homes, Fahrzeugbau, Mobilität und mehr weiter wachsen. Diese professionellen IoT-Trends werden zweifelsohne auch die Miniaturisierung, die Mobilität, die Widerstandsfähigkeit, den Wirkungsgrad und die Vernetzung elektronischer Geräte umfassen.

Sicherheitsrelevante industrielle IoT-Anwendungen unterliegen strengen regulatorischen Vorgaben, die sowohl für den Entwickler als auch für die verwendeten Komponenten gelten. Für die Entwickler von industriellen IoT-Anwendungen stellt dies eine enorme Herausforderung dar. Die Verwendung zertifizierter, zuverlässiger und langfristig verfügbarer Elektronikkomponenten ist sehr wichtig, da sie häufig in sicherheits- und funktionskritischen Anwendungen zum Einsatz kommen. Die professionelle Unterstützung seitens der Komponentenhersteller spielt eine überaus wichtige Rolle.

AC- oder DC-Eingang für professionelle IoT-Geräte

Auswahl und Strategie für das in professionellen IoT-Geräten verwendete Leistungsmodul stellen ohne Zweifel eine wichtige Entscheidung für das Gesamtsystem bzw. das Produkt dar. Miniaturisierung, niedriger Stromverbrauch, Größe und ein hoher Wirkungsgrad spielen eine immer wichtigere Rolle für diese Produkte. Vermutlich sind Halbleiter diejenigen Komponenten, die den höchsten Innovationsgrad bieten. Eine zweite Schlüsseltechnologie, die es wert ist, erwähnt zu werden, sind die Komponenten für die Stromumwandlung und die Isolation. Hier muss für die Produkte zwischen einem AC- oder DC-Eingang gewählt werden. Da es sich hierbei häufig um batteriebetriebene IoT-Systeme handelt, die sich die meiste Zeit über im Standby-Modus und nur kurzzeitig im Aktivmodus befinden, müssen die integrierten DC/DC-Wandler außerdem einen großen Lastbereich mit hohem Wirkungsgrad abdecken.

An Sicherheit und gesetzliche Bestimmungen denken

Für die Entwicklung, Zertifizierung und Vermarktung solcher professioneller IoT-Geräte müssen nicht nur technische Produktmerkmale berücksichtigt werden. Wenn diese professionellen IoT-Geräte zertifiziert und verkauft werden sollen, müssen sie vollumfänglich den zunehmend strengeren Vorschriften im Rahmen von weltweit harmonisierten Standards und Richtlinien entsprechen, die die Entwickler elektrischer IoT-Geräte vor eine große Herausforderung stellen. Wenn kritische Anwendungen wie etwa in der Medizintechnik IoT-Funktionen erfordern, müssen die Elektronikkomponenten so konzipiert sein, dass sie entsprechend verwendet werden können und den branchenspezifischen Vorschriften entsprechen.

Nehmen Sie als Beispiel ein für medizinische Geräte zugelassenes, drahtloses, batteriebetriebenes Bedienfeld mit Zugriff auf die Patientenakte über das Internet. Drahtlos mit diesem Bedienfeld verbunden ist ein weiteres Gerät, das mit dem Patienten in Kontakt kommen kann (z.B. ein Gerät zur Blutdrucküberwachung). Zu den wichtigsten sicherheitsbezogenen Bedenken in Bezug auf medizinische Geräte gehört, dass Patienten häufig elektrisch mit einem bestimmten Teil des Geräts verbunden sind. Aus diesem Grund müssen die Spannungsversorgung und die DC/DC-Wandler dieser IoT-Anwendung sicherheitskritischen Vorschriften genügen, z.B. der BF-Compliance und den 2xMOPP-Standards in der dritten Fassung der IEC/EN 60601-1.

Weitere gute Beispiele sind industrielle IoT-Anwendungen für „intelligente“ Haustechnik und Gebäude. Ein hoher Wirkungsgrad und eine geringe Leistungsaufnahme im Leerlauf (ErP-kompatibel), geringe Größe, hohe Zuverlässigkeit und ein günstiger Preis sind wichtige Punkte für alle diese IoT-Anwendungen zur Heim- und Gebäudeautomatisierung. Gleiches gilt für die immer größer werdende Anzahl an Compliance-Anforderungen und Standards einschließlich IEC/EN 60335-1.

Sorgfältige Planung der gesamten Lieferkette

Wir wissen, dass hohe Zuverlässigkeit, Qualität, lange Lebensdauer, Zertifizierungen und – zu guter Letzt – nahtlose Verfolgbarkeit wichtiger elektronischer Komponenten für neue Technologien in sicherheits- und funktionskritischen Anwendungen äußerst wichtig sind.

Hersteller benötigen immer häufiger Hilfsmittel, die in der Automobilindustrie seit Jahren etabliert sind und perfektioniert wurden, z.B. Fehlerquellenanalysen, Korrekturmaßnahmen, 8D-Berichte, DFMEA, PFMEA, Gesamtqualitätsmanagement und kontinuierliche Verbesserungen.

Heutzutage muss die Gesamtqualität bereits in der absoluten Frühphase beinahe jeder Entwicklung berücksichtigt werden. Hierfür muss ein Entwickler mehr leisten, als lediglich eine funktionierende Lösung bereitzustellen. Während ein Mobiltelefon früher lediglich ein hilfreicher Begleiter war, müssen wir uns heutzutage zunehmend mit Redundanzen durch andere Funktionen befassen. Bargeldloses Bezahlen, Kamera, Adressbuch und Abonnements, alles das ist in das Smartphone integriert. Smartphones sind in der heutigen Zeit daher ein wichtiger Bestandteil des alltäglichen Lebens.

Der Produktentwickler ist in einem sehr viel höheren Maße für die Qualität seiner Entwicklung verantwortlich, als dies noch vor 10 Jahren der Fall war. Dieser Trend setzt sich nicht nur fort, sondern wird sich noch weiter beschleunigen. Des Weiteren sollten die Hersteller die digitale Transformation bei den einzelnen Komponenten und Vertriebskanälen als eine überaus bedeutende Entwicklung betrachten. Durch die Erfassung, Analyse und Verarbeitung relevanter Daten kann eine schnelle, zuverlässige und wirtschaftliche Verfügbarkeit der Komponenten zu einer höheren Produktivität am Kundenstandort beitragen.

Zusammenfassend heißt das, dass die Komponenten in IoT-Anwendungen für kritische Anwendungsbereiche – z.B. die Medizintechnik, die Gebäudeautomation oder den Bereich der Mobilität – nicht nur einen hohen Wirkungsgrad, eine geringe Größe und einen extrem niedrigen Stromverbrauch im Standby-Modus haben müssen, sondern außerdem über Jahrzehnte hinweg verfügbar, verfolgbar und vollumfänglich mit den einschlägigen Standards und Vorschriften konform sein müssen.

Dieser Beitrag ist erschienen in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 5/2020 (Download PDF)

* Florian Haas ist Director of Marketing bei der TRACO Power Groupund schreibt für die ArticleLibrary von Digi-Key.

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