Leistungsmessungen und Metriken von Systemen mit geringem Energieverbrauch

Ein Verständnis der Grundlagen von Low-Power-Leistungsmessungen ist der Schlüssel zu genauen und aussagekräftigen Beurteilungen des Stromverbrauchs von Systemen mit geringem Stromverbrauch. Die Kenntnis dieser Grundlagen ermöglicht es Ingenieuren, die Leistungsmerkmale genau zu untersuchen, Verbesserungsmöglichkeiten zu ermitteln und den Stromverbrauch zu optimieren, was zu einer verbesserten Energieeffizienz und einer längeren Batterielebensdauer führt.

Die Bewertung des Stromverbrauchs und der Effizienz von Systemen oder Geräten mit geringem Stromverbrauch erfordert ein solides Verständnis der Leistungsmetriken. Diese Metriken geben Einblicke in die Energieressourcennutzung eines Systems und helfen bei der Optimierung des Stromverbrauchs. Gängige Leistungsmetriken umfassen:

• Leistungsverbrauch — Misst den gesamten Stromverbrauch eines Systems oder Geräts. Der Leistungsverbrauch ist von entscheidender Bedeutung für die Bewertung des Gesamtenergieverbrauchs und die Identifizierung potenzieller Bereiche für die Leistungsoptimierung. Ein reduzierter Stromverbrauch ist gleichbedeutend mit einer längeren Batterielebensdauer, geringeren Energiekosten und mehr Nachhaltigkeit.
• Leistungseffizienz — Gibt an, wie effizient ein System die Eingangsleistung in nutzbare Arbeit umwandelt. Die Maximierung der Leistungseffizienz ermöglicht eine bessere Nutzung der verfügbaren Energieressourcen, wodurch die Wärmeabgabe reduziert und die Batterielebensdauer verlängert wird.
• Energieeffizienz — Berücksichtigt den Gesamtenergieverbrauch über einen bestimmten Zeitraum, also den Stromverbrauch und die Dauer der Aktivität. Diese Variable ist besonders wichtig für batteriebetriebene Geräte, bei denen die Optimierung des Energieverbrauchs von entscheidender Bedeutung ist.
• Leistungsdichte — Ermittelt die Menge der pro Flächen- oder Volumeneinheit verbrauchten Leistung. Die Minimierung der Leistungsdichte ist in Niedrigenergie-Systemen unerlässlich, um eine Überhitzung zu vermeiden, die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern und die Zuverlässigkeit zu verbessern.
• Netzqualität — Bewertet die Stabilität und Zuverlässigkeit der Stromversorgung. Bei Anwendungen mit geringem Stromverbrauch ist eine stabile Stromversorgung entscheidend, um Probleme mit der Systemleistung wie Spannungseinbrüche oder -spitzen zu vermeiden.
• Leistung im Ruhezustand — Misst den Stromverbrauch, wenn sich ein System im Stromspar- oder im Ruhezustand befindet. Bei Geräten mit geringem Stromverbrauch, die viel Zeit im Ruhezustand sind, ist die Minimierung der Leistung im Ruhezustand unerlässlich, um Energie zu sparen und die Batterielebensdauer zu verlängern.

Durch das Verständnis und die Optimierung dieser Leistungskennzahlen können Ingenieure stromsparende Systeme entwickeln, die die Energieeffizienz maximieren, die Batterielebensdauer verlängern und eine nachhaltige und zuverlässige Leistung gewährleisten.

Bei der Messung der Leistung berücksichtigen Ingenieure üblicherweise mehrere Schlüsselparameter:

• Leistungsverbrauch — Die von einem Gerät oder System verbrauchte elektrische Leistung. Der Leistungsverbrauch ist ein grundlegender Parameter für die Beurteilung der Energieeffizienz eines Geräts. Der Leistungsverbrauch gibt an, wie viel Energie zu einem bestimmten Zeitpunkt verbraucht wird (z. B. in Watt).
• Spannung — Die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten einer Schaltung. Die Überwachung von Spannungspegeln ist von entscheidender Bedeutung, um den Systembetrieb aufrechtzuerhalten und Probleme wie Spannungsschwankungen zu erkennen.
• Stromstärke — Der Fluss elektrischer Ladung durch einen Schaltkreis. Die Überwachung der Stromstärke hilft bei der Beurteilung des Stromverbrauchs und der Systemlast.
• Oberschwingungen — Unerwünschte elektrische Frequenzen, die aufgrund nicht linearer Lasten in einem Energiesystem auftreten. Die Messung von Oberschwingungen ist für die Beurteilung der Netzqualität und die Erkennung potenzieller Probleme von entscheidender Bedeutung.
• Effizienz — Gibt an, wie effektiv ein Gerät die Eingangsleistung in Ausgangsleistung umwandelt. Die Überwachung und Optimierung der Effizienz ist für Energieeinsparungen und Kostenreduzierungen von entscheidender Bedeutung.
• Netzqualität — Die Eigenschaften der elektrischen Leistung, die den Systembetrieb und die angeschlossenen Geräte beeinflussen.
• Energieverbrauch — Gibt den gesamten Energieverbrauch eines Geräts über einen bestimmten Zeitraum an. Der Energieverbrauch gibt den gesamten Verbrauch von Energie über einen längeren Zeitraum an (z. B. in Kilowattstunden).

Diese Parameter sind von wesentlicher Bedeutung, um Einblicke in die Leistung, Effizienz und Qualität von Energiesystemen zu erhalten. Durch die effektive Überwachung und Analyse dieser Schlüsselparameter können Ingenieure den Stromverbrauch optimieren, potenzielle Probleme erkennen und die Gesamtleistung verbessern.

Leistungsmessungen spielen eine tragende Rolle in der Elektronik- und Halbleiterbranche und tragen zur Effizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit von Energiesystemen und -geräten bei. Durch das Verständnis und die Optimierung der wichtigsten Leistungskennzahlen können Ingenieure die Energieeffizienz verbessern, die Batterielebensdauer verlängern und eine nachhaltige und zuverlässige Leistung sicherstellen. Darüber hinaus liefert die effektive Überwachung wichtiger Parameter unschätzbare Einblicke in die Leistung, Effizienz und Qualität von Energiesystemen. Letztendlich ermöglichen diese strategischen Messungen und Analysen eine fundierte Optimierung des Stromverbrauchs, die Früherkennung potenzieller Probleme und erhebliche Verbesserungen der Gesamtleistung.

In der heutigen Welt sind genaue Leistungsmessungen von Systemen mit geringem Stromverbrauch unerlässlich, um die Zufriedenheit der Kunden und die Zuverlässigkeit der Produkte zu gewährleisten. Wenn die Leistung bei Systemen mit geringem Stromverbrauch nicht richtig gemessen wird, kann dies greifbare Folgen für die Endnutzer haben und sich auf ihr tägliches Leben und ihr wirtschaftliches Wohlergehen auswirken. Um diesen entscheidenden Aspekt der Produktevaluierung zu veranschaulichen, werden wir zwei Beispiele aus der Unterhaltungselektronik und aus dem Bereich der Haushaltsgeräte betrachten. Dabei beleuchten wir die potenziellen Diskrepanzen zwischen Marketingaussagen und der realen Leistung. Außerdem die sich daraus ergebenden Auswirkungen auf Kunden, die mit einer verkürzten Akkulaufzeit von Smartphones oder unerwarteten Energiekosten bei Haushaltsgeräten konfrontiert sind. Diese Beispiele unterstreichen die Bedeutung präziser Low-Power-Leistungsmessungen, um Effizienz und Benutzerzufriedenheit zu erreichen.

Beispiel 1: Unterhaltungselektronik – Batterielebensdauer

Stellen Sie sich einen Smartphone-Hersteller vor, der die Leistung seines Geräts im Standby- oder Energiesparmodus nicht genau misst. Infolgedessen wird die Energieeffizienz des Geräts überschätzt. Kunden, die sich auf diese Angaben verlassen, können das Smartphone in der Erwartung einer verlängerten Akkulaufzeit kaufen. In der Realität kann sich jedoch im Standby-Modus der Akku des Telefons schnell entladen, was zu Frustration und Unannehmlichkeiten führt. Genaue Leistungsmessungen bei Niedrigenergie-Systemen sind entscheidend, um sicherzustellen, dass Kunden realistische Erwartungen haben und eine zufriedenstellende Benutzererfahrung erzielen.

Beispiel 2: Haushaltsgeräte – Energieeffizienz

Stellen Sie sich einen Hersteller von Haushaltsgeräten vor, der es versäumt, die Leistung eines Kühlgeräts während des Ruhezustands zu messen. Der Hersteller könnte angeben, dass das Gerät sehr energieeffizient ist. Das Gerät könnte daher ein Energie-Effizienz-Label tragen. Wenn der Kühlschrank jedoch im Ruhezustand mehr Strom verbraucht als angegeben, entstehen den Kunden höhere Stromrechnungen, und das Gerät entspricht hinsichtlich Energieeinsparungen möglicherweise nicht den Erwartungen der Kunden. Korrekte Leistungsmessungen sind unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Effizienz von Geräten auch in der Praxis mit den Marketingangaben übereinstimmt.

In beiden Fällen können ungenaue oder unvollständige Leistungsmessungen zu Unzufriedenheit beim Kunden, erhöhten Betriebskosten und einem Vertrauensverlust in das Produkt oder die Marke führen. Kunden verlassen sich auf die Genauigkeit dieser Messungen, um fundierte Entscheidungen zu treffen, und erwarten, dass die Produkte die angegebene Leistung erbringen, insbesondere in Bezug auf Energieeffizienz und Leistungsverbrauch.

In der Halbleiterbranche ist Genauigkeit von entscheidender Bedeutung. NI bietet Hardware- und Softwarelösungen an, die für die hohe Genauigkeit und Effizienz optimiert sind, die für Low-Power-Leistungsmessungen erforderlich sind. Die Datenerfassungshardware (DAQ) von NI wird durch spezielle Module wie NI-9246 und NI-9247 realisiert. Dieser Spezialisierungsgrad gewährleistet nicht nur genaue und präzise Messungen, sondern bietet auch Schutz vor Überstromszenarien. Die FlexLogger™-Software ist beispielsweise eine Datenerfassungssoftware ohne Programmcode, mit der Ingenieure Validierungs- und Verifizierungstestapplikationen erstellen können, während LabVIEW die Einrichtung von Hardware rationalisiert und eine benutzerfreundliche grafische Programmierschnittstelle bietet. Diese Software unterstützt Ingenieure dabei, sich auf die Problemlösung zu konzentrieren, und stellt gleichzeitig ausgefeilte Tools zur Messung und Datenanalyse zur Verfügung.

Die Bedingungen und Anforderungen in der Halbleitertechnik entwickeln sich ständig weiter. Der modulare Aufbau der NI-PXI-Plattform bietet enorme Flexibilität und ermöglicht die Anpassung an wechselnde Testanforderungen. Diese Integration beschleunigt die Testzeiten und verbessert die Leistung – Schlüsselfaktoren auf dem schnelllebigen und kostensensitiven Halbleitermarkt. Dieser integrierte Ansatz verbessert nicht nur die Messleistung, sondern reduziert auch die Testzeit und die Gesamtkosten, wodurch sich die Produkte von NI besonders für Low-Power-Leistungsmessungen eignen. Ein Beispielmodul ist das Datenerfassungsmodul PXIe-4309, das über eine integrierte Signalmittelwertbildung und -filterung, ein automatisches Messumschalten mit Nullabgleich und einen Amplitudenbegrenzungsmodus verfügt, der ein Kanalpaar verwendet, um eine hohe Ebene der Rauschunterdrückung zu gewährleisten und genaue und wiederholbare Nano-Volt-Messungen zu ermöglichen. Da sich die Halbleiterbranche ständig weiterentwickelt, werden Anpassungsfähigkeit und Präzision bei Leistungsmessungen immer wichtiger.

^{Beispiel für eine PXI-Low-Power-Hardwarekonfiguration}

In der schnelllebigen Welt der Elektronik- und Halbleiterbranche sind genaue Leistungsmessungen für Effizienz und Zuverlässigkeit entscheidend. Anhand wichtiger Messwerte und Parameter können Ingenieure den Energieverbrauch optimieren und die Batterielebensdauer verlängern. Die Hardware- und Softwarelösungen von NI veranschaulichen, wie wichtig Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit in diesem anspruchsvollen Bereich sind. Durch die Nutzung dieser Tools und Erkenntnisse ist die Branche besser positioniert, um ihre Leistungs- und Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und zu übertreffen.

• Messung von Spannung, Strom und Leistung mit computergestützten Messgeräten