Chiphersteller Maxim rettet jedes Volt

Simuliertes Laden zweier gleich aussehender Handys Eine lange Batterielaufzeit ist eine der zentralen Anforderungen an mobile Endgeräte: Nutzer sind unzufrieden, wenn das Smartphone schlapp macht, bevor der Tag vorbei ist. Genau hier setzt der Chiphersteller Maxim an und hilft den Geräteherstellern, Verbrauchslecks zu finden und zu optimieren.

Besonderes Augenmerk liegt dabei auf den unterschiedlichen Spannungen, die die einzelnen Komponenten benötigen bzw. liefern: Das Ladegerät liegt nach EU-Norm bei 5 Volt, der Akku je nach Ladezustand zwischen 3,5 und 4,2 Volt, die Display-Hintergrundbeleuchtung je nach Hellligkeit zwischen 3,0 und 3,3 Volt, die Prozessoren in der Gegend von 1 Volt, der Leistungsverstärker für die Sendeantenne in der Mitte.

Oft genug werden nun so genannte Linearregler eingesetzt, die die Spannungsdifferenz einfach verheizen. Mit diesen billigen Chips kommt man zwar einfach von den 5 Volt Netzteilspannung auf die aktuelle Akkuspannung, das Handy wird dabei aber warm und der Strom aus dem Netzteil nicht optimal genutzt. Teurere, aber effizientere Schaltregler wirken hingegen ähnlich einem Transformator: Wird die Spannung verringert, steigt der Strom; nur ein kleiner Teil der eingesetzten Energie geht verloren.

Deutlich zeigt das Bild der Wärmekamera in den nebenstehenden Fotos, dass das Innenleben des rechten Handys beim Laden viel kühler bleibt. Der heiße rote Fleck beim linken Handy ist der Laderegler-Chip herkömmlicher Bauart. Dessen unnötige Hitzeproduktion verlängert die Ladezeit (oder erhöht den Stromverbrauch des Ladegeräts) und verkürzt auch die Lebensdauer des Akkus, falls sich dieser mit aufheizt: Gerade beim Laden ist es wichtig, dass Li-Ion-Akkus kühl bleiben.
Verheizte Energie beim Akku-Laden Ganz analog arbeitet ein Schaltregler, der zwischen Akku und den LEDs der Hintergrundbeleuchtung sitzt. Obwohl auch hier der typische Spannungsunterschied unter einem Volt liegt, hat Maxim für ein typisches Tablet eine Laufzeitverlängerung von knapp 20 Prozent berechnet, entsprechend einer guten Stunde Extra-Laufzeit: 70 Prozent des Gesamt-Stromverbrauchs geht bei dieser Geräteklasse in die Hintergrundbeleuchtung, und entsprechend drastisch wirkt sich das nicht verheizte, sondern durch gesparten Batteriestrom gerettete halbe Volt aus.

Ein spezieller Schaltregler kann schließlich auch den Leistungsverstärker der Sendeeinheit mit der jeweils optimalen Spannung versorgen. Dadurch steigt bei niedrigen und mittleren Sendeleistungen die Effizienz deutlich. Bis zu zwei Stunden zusätzliche Gesprächszeit sollen drin sein.

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