Towards Zero Power Electronics

Elektronik mit geringstem Energieverbrauch

Towards Zero Power Electronics (ZEPOWEL)

Fraunhofer-Leitprojekt für Elektronik mit geringstem Energieverbrauch

Im Rahmen des Projektes „Towards Zero Power Electronics“ wird eine Technologie- und Methodikplattform zur Realisierung von hochintegrierten, extrem energieeffizienten Modulen für das „Internet der Dinge“ (IoT) und die damit verbundene Vision einer hochvernetzten Gesellschaft entwickelt. Hierfür werden Innovationen auf Komponentenebene von Funktransceivern, Sensoren und Energiespeichern sowie in der Zusammenführung zu einem System (Modularisierung) bis hin zu den verwendeten Netzwerktechnologien und einem ganzheitlichen Methodenansatz genutzt, um den Energie- und Ressourcenbedarf der Vision einer vernetzten Gesellschaft nachhaltig zu beeinflussen.  

Am Projekt ZEPOWEL beteiligen sich neun Fraunhofer-Institute, die jeweils spezifische Technologien beitragen:

 

Fraunhofer EMFT

Produktionsnahe Mikrotechnologien, innovative Sensorlösungen und Mikrodosierung gehören zu den Kernkompetenzen der Fraunhofer EMFT. Im Projekt ZEPOWEL entwickelt die Einrichtung einen hochintegrierten gravimetrischen CMOS Partikelsensor und integriert Mikroaktorik zur bedarfsgesteuerten Medienzufuhr mit dem Sensor. Die Aktorik, Treiberelektronik und Sensorik werden als System-In-Package (SIP) im IoT-Knoten modular verwendet.  

 

Fraunhofer ESK

In der industriellen Automatisierung können bisher nur wenige drahtlose Technologien die hohen QoS Anforderungen erfüllen. Deswegen arbeitet das Fraunhofer ESK im Projekt ZEPOWEL an der energieeffizienten Multi-Hop-Kommunikation unter Berücksichtigung von Latenzanforderungen. Der Ansatz garantiert die geforderte QoS bei gleichzeitiger optimaler Anpassung der Sendeleistung des Radio Transceivers.

 

Fraunhofer IAF

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF zählt zu den führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Verbindungshalbleiter. Unsere Expertise reicht von Hochfrequenz-Schaltungen für die Kommunikationstechnik über Spannungswandler aus Galliumnitrid für mehr Energieeffizienz und Infrarot- und UV-Detektoren bis hin zu Halbleiterlasern zur Gefahrstoffdetektion oder Sensoren für die Gas- und Flüssigkeitsanalytik.

 

Fraunhofer IIS

Drahtlose IoT-Anwendungen müssen gegen unerlaubte Zugriffe Dritter sicher sein. Im Fraunhofer-Leitprojekt ZEPOWEL entwickelt das Fraunhofer IIS einen kryptographisch abgesicherten Ultra-Low-Power-Funkempfänger. Dieser wehrt bei extrem niedrigem Stromverbrauch Angriffe ab, ohne weitere stromintensive Elektronik zu aktivieren, und gewährleistet damit die Langlebigkeit von funkbasierten IoT-Knoten.

 

Fraunhofer IIS/EAS

Die Wissenschaftler des Fraunhofer IIS/EAS arbeiten im Projekt ZEPOWEL an leistungsfähigen und effizienten Modulen für Multi-Sensor-Auswertung und Energieversorgung des IoT-Knotens. Der Analog-Frontend-Schaltkreis dient der Signalkonditionierung und -wandlung von Umweltsensorik bei geringster Leistungsaufnahme. Das Power-Management des Knotens wird durch Energy-Harvesting unterstützt.

 

Fraunhofer IISB

Für Kognitive Leistungselektronik in Industrie-4.0-Anwendungen entwickelt das Fraunhofer IISB intelligente Leistungsmodule mit SiC und GaN Bauelementen. Diese sind mit integrierten Gatetreibern ausgestattet, haben geringste Schalt- und Durchlassverluste und lassen sich modular mit dem IoT-Core zu hoch effizienten intelligenten Systemen koppeln.

 

Fraunhofer IPMS

Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS arbeitet im Rahmen des Leitprojekts an zwei verschiedenen Komponenten. Zur Aufbereitung der gewonnen Leistung von MEMS Energy Harvestern wird eine integrierte Schaltung designt. Weiterhin wird eine Technologie entwickelt, mit der miniaturisierte Lithiumionen-Akkus mit Feststoffelektrolyt für on-chip Anwendungen realisiert werden können.

 

Fraunhofer ISIT

Das Fraunhofer ISIT entwickelt in dem Projekt „Towards Zero Power Electronics“ einen Breitband-„Energy-Harvester“ für die Wandlung von mechanischer und magnetischer Umgebungsenergie in nutzbare elektrische Energie. Die Entwicklung der piezoelektrischen MEMS-Bauteile trägt somit zum modularen Aufbau der energieeffizienten Systeme des Gesamtprojektes bei.  

 

Fraunhofer IZM

Das Fraunhofer IZM entwirft und realisiert eine skalierbare, modulare Low-Power Plattform (IoT-Core) mit intelligent schaltbaren Schnittstellen zur Anbindung von Sensoren, Aktuatoren und Infrastrukturen und führt als Systemintegrator Komponenten zu miniaturisierten Modulen zusammen, die anschließend – je nach Einsatzzweck – im Sinne eines Baukastens zusammengestellt werden können.

Kontakt

 

Prof. Dr. Klaus-Dieter Lang

Projektleitung

Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM
Gustav-Meyer-Allee 25
13355 Berlin

Telefon +49 30 46403-179

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Prof. Dr. Martin März

Stellv. Projektleitung

Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB
Schottkystraße 10, 91058 Erlangen

+49 9131 761 - 310

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