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Neue Herausforderungen bei der Stromversorgung industrieller IoT-Anwendungen

Von Florian Haas, Director of Marketing, TRACO Power Group

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. Die Nachfrage nach professionellen IoT-Anwendungen für industrielle Umgebungen hat rapide zugenommen. Allgemeine Eigenschaften umfassen die Fähigkeit zur Nutzung von verteilter Intelligenz durch die Verbindung verschiedener Sensoren und Aktuatoren mit einer dezentralisierten Steuerung. Die Fähigkeit, sie mit „Intelligenz“ auszustatten, rührt daher, dass diese Sensoren und Aktuatoren 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.

Stromversorgung professioneller IoT-Anwendungen – AC- oder DC-Eingang

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.

Bild: Stromversorgungen von TRACO für IoT-AnwendungenAbbildung 1: Stromversorgungen für IoT-Anwendungen sollten im Standby-Modus nur einen extrem geringen Stromverbrauch haben. (Bildquelle: TRACO Power)

Größe und Wirkungsgrad sind wichtig, aber Sicherheit und Einhaltung gesetzlicher Bestimmungen dürfen nicht vergessen werden

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.

Abbildung eines medizinischen IoT-GerätsAbbildung 2: Alle Komponenten eines medizinischen IoT-Geräts müssen den einschlägigen Normen entsprechen. (Bildquelle: TRACO Power)

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.

Bild: Hutschienennetzteile der TBLC-Serie von TRACO Power mit Leistungen von 6 bis 90 WAbbildung 3: Hutschienennetzteile der TBLC-Serie von TRACO Power mit Leistungen von 6 bis 90 W für die Heim- und Gebäudeautomatisierung. Merkmale: hoher Wirkungsgrad und geringer Standby-Verbrauch > Einhaltung des ECO-Standards; Zulassung gemäß UL 1310 Klasse II und UL-508-gelistet; konform mit NEC Klasse 2 und IEC/EN 60335-1 für Haushaltsgeräte; Zuverlässigkeit von einer berechneten MTBF >1,9 Millionen Stunden. (Bildquelle: TRACO Power)

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.

Haftungsausschluss: Die Meinungen, Überzeugungen und Standpunkte der verschiedenen Autoren und/oder Forumsteilnehmer dieser Website spiegeln nicht notwendigerweise die Meinungen, Überzeugungen und Standpunkte der Digi-Key Electronics oder offiziellen Politik der Digi-Key Electronics wider.

Über den Autor

Florian Haas, Director of Marketing, TRACO Power Group

Florian Haas ist seit über 10 Jahren in der Medizintechnikbranche tätig. In verschiedenen Funktionen im Produktmanagement hilft er, die Anforderungen (und Wünsche) der Ingenieure und des Gesundheitswesens für die Produktentwicklung in seine Konstruktionsabteilung zu „übersetzen“. Florian und sein Team sind bei TRACO Power (einem führenden Unternehmen für Leistungswandlungsprodukte) für Produktmanagement, Marketing und Kommunikation verantwortlich.

Vor seiner Marketing-Position bei TRACO Power leitete Florian das Produktmanagement-Team von Belimed (Schweiz und Charleston, North Carolina), einem führenden Medizintechnik-Unternehmen für Krankenhausgeräte, das auf die Aufbereitung und Sterilisation von Endoskopen spezialisiert ist. Florian war darüber hinaus Global Product Manager bei Ziemer Ophthalmic Systems (Schweiz) und verantwortlich für die Entwicklung und Markteinführung von zwei Femtosekunden-Lasersystemen für die Augenchirurgie.

Florian verfügt über zwei Abschlüsse, einen in Betriebswirtschaft mit den Schwerpunkten Marketing/Kommunikation und einen Abschluss in Informationstechnologie von der Universität Luzern (Schweiz).