Präzise Strom- und Energiemessung – Intelligente Messlösungen mit Silergy für die Leistungselektronik von morgen

Strom präzise zu messen ist heute weit mehr als eine reine Überwachungsaufgabe. Ob industrielle Automatisierung, Batteriespeicher, Elektromobilität oder intelligente Stromversorgungen – die exakte Erfassung von Strom- und Energiedaten bildet die Grundlage für effiziente Regelung, zuverlässige Schutzfunktionen und ein optimiertes Energiemanagement. Silergy bietet hierfür ein umfassendes Portfolio an hochintegrierten Analog- und Power-Management-ICs, das von der Stromsensorik über die Signalaufbereitung bis zur Ansteuerung moderner Leistungshalbleiter reicht. Dieser Artikel stellt die wichtigsten Produktfamilien vor, erläutert ihre Aufgaben innerhalb der Messkette und zeigt, wie sich mit ihnen leistungsfähige und energieeffiziente Systemlösungen realisieren lassen.

^{[1]  di/dt bezeichnet die Stromanstiegsgeschwindigkeit (Änderung der Stromstärke i pro Zeiteinheit t, Einheit: A/s). In der schnell schaltenden Leistungselektronik führen hohe di/dt-Werte an parasitären Induktivitäten (L) zu kritischen Spannungsspitzen (u = L x di/dt) und erhöhten elektromagnetischen Störungen (EMI).}

Eine leistungsfähige Strom- und Energiemessung besteht heute aus weit mehr als einem einzelnen Sensor. Erst das Zusammenspiel von Stromsensorik, hochauflösender Signalaufbereitung, präziser Digitalisierung und einer zuverlässigen Ansteuerung der Leistungshalbleiter ermöglicht effiziente, sichere und intelligente elektronische Systeme. Silergy bietet hierfür ein umfassendes Portfolio, dessen Bausteine optimal aufeinander abgestimmt sind und sich sowohl für industrielle Anwendungen als auch für Energieversorgung, Batteriesysteme und Leistungselektronik eignen.

Die Energy Measurement ICs von Silergy bilden das Herzstück moderner Energiemonitoring-Systeme. Sie erfassen Strom, Spannung sowie die daraus resultierende Wirkleistung, Blindleistung und Scheinleistung mit hoher Genauigkeit und berechnen daraus den Energieverbrauch in Echtzeit. Moderne integrierte DSP-Funktionen übernehmen dabei einen Großteil der Signalverarbeitung direkt im Baustein und entlasten den Mikrocontroller erheblich.

Besonders hervorzuheben sind die hohe Messgenauigkeit über einen großen Dynamikbereich, integrierte Kalibrierfunktionen, digitale Schnittstellen sowie die Unterstützung mehrerer Messkanäle. Dadurch eignen sich die ICs sowohl für einfache Energieüberwachungen als auch für komplexe Mehrkanal-Messsysteme.

Typische Einsatzgebiete sind intelligente Stromverteilungen, industrielle Energiemanagementsysteme, Smart Buildings, Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge, USV-Anlagen sowie die Energieüberwachung einzelner Maschinen oder Produktionslinien.

Während Energy Measurement ICs häufig innerhalb industrieller Systeme eingesetzt werden, wurden die Electricity Metering ICs speziell für eichfähige oder hochpräzise Energiezähler entwickelt. Sie erfüllen die hohen Anforderungen moderner Smart-Meter-Lösungen hinsichtlich Genauigkeit, Langzeitstabilität und Temperaturverhalten.

Die Bausteine integrieren hochauflösende Messkanäle, präzise Referenzen und umfangreiche Berechnungsfunktionen für Leistungs- und Energieparameter. Dadurch können Entwickler den Hardwareaufwand deutlich reduzieren und gleichzeitig internationale Genauigkeitsanforderungen erfüllen.

Zu den wichtigsten Anwendungen zählen Smart Meter, digitale Haushaltsstromzähler, Gewerbe- und Industriezähler, Unterzähler in Gebäuden sowie intelligente Energieverteilsysteme innerhalb moderner Smart Grids.

Die magnetischen Stromsensoren von Silergy erfassen den Strom mithilfe eines integrierten Hall-Elements, das das Magnetfeld einer im Baustein integrierten Primärleiterbahn misst.

Dieses Messprinzip ermöglicht eine inhärent galvanisch getrennte Strommessung und eignet sich besonders für Anwendungen mit hohen Strömen oder erhöhten Sicherheitsanforderungen. Da die integrierte Leiterbahn einen sehr geringen Innenwiderstand besitzt, werden die Leistungsverluste gegenüber klassischen Shunt-basierten Messverfahren deutlich reduziert.

Zu den Produkthighlights zählen eine hohe Messgenauigkeit ²  über den gesamten Temperaturbereich, schnelle Ansprechzeiten, eine hohe Bandbreite sowie eine ausgezeichnete Störfestigkeit. Gleichzeitig vereinfacht die hohe Integration das Leiterplattendesign und reduziert den Bedarf an zusätzlichen Isolationskomponenten.

Typische Einsatzgebiete sind Batteriemanagementsysteme (BMS), Ladegeräte für Elektrofahrzeuge, Photovoltaik-Wechselrichter, Energiespeicher, industrielle Motorantriebe, Robotik sowie leistungsstarke Stromversorgungen.

^{[2] Laut Application Note verwendet Silergy nicht nur einen Hall-Sensor, sondern eine Closed-Loop-/Magnetic-Balance-Architektur. Das Hall-Element detektiert das Magnetfeld, eine interne Kompensationsschleife sorgt jedoch dafür, dass Nichtlinearitäten und Temperatureinflüsse reduziert werden. Das ist einer der Gründe, weshalb diese Sensoren eine deutlich höhere Genauigkeit erreichen als einfache Open-Loop-Hall-Sensoren. Dieser Vorteil ist ein wichtiges Differenzierungsmerkmal des Silergy-Portfolio.}

Current Sense Amplifiers gehören zu den wichtigsten Bausteinen jeder elektronischen Strommessung. Sie verstärken den geringen Spannungsabfall über einem Shunt-Widerstand mit hoher Genauigkeit und ermöglichen dadurch selbst kleinste Stromänderungen zuverlässig zu erfassen.

Silergy bietet hierfür Verstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung, geringer Offsetspannung, niedrigem Driftverhalten und großem Common-Mode-Eingangsbereich. Entwickler profitieren dadurch von einer präzisen Strommessung sowohl auf der High-Side als auch auf der Low-Side einer Stromversorgung.

Diese Verstärker finden sich in nahezu allen Bereichen moderner Elektronik wieder – von DC/DC-Wandlern und Netzteilen über Batteriemanagementsysteme und Motorsteuerungen bis hin zu Industrie-PCs, Telekommunikationssystemen und medizinischen Geräten.

Power Monitors kombinieren Strom-, Spannungs- und Leistungsüberwachung in einem einzigen Baustein. Sie liefern kontinuierlich Informationen über den aktuellen Betriebszustand einer Stromversorgung und ermöglichen damit sowohl Energieoptimierung als auch vorbeugende Wartung.

Silergy integriert hierfür präzise Messverstärker, ADCs und digitale Schnittstellen in kompakten ICs. Entwickler erhalten dadurch vollständige Telemetriedaten für ihre Stromversorgung, ohne zusätzliche Analogschaltungen entwickeln zu müssen.

Typische Anwendungen reichen von Server-Netzteilen über Rechenzentren und Telekommunikationsanlagen bis hin zu Industriecomputern, KI-Beschleunigern, Batteriespeichern und komplexen Embedded-Systemen.

Jede intelligente Strommessung endet letztlich in einer digitalen Auswertung. Die Analog-Digital-Wandler von Silergy übernehmen diese Aufgabe mit hoher Auflösung, geringem Rauschen und hoher Wandlungsgeschwindigkeit.

Je nach Anwendung stehen unterschiedliche Architekturen mit optimierter Auflösung, Abtastrate und Leistungsaufnahme zur Verfügung. Zusammen mit Stromsensoren und Messverstärkern bilden sie die Grundlage präziser Messketten für Regelungs- und Überwachungssysteme.

Typische Einsatzbereiche sind Datenerfassungssysteme, Messgeräte, Industrieautomatisierung, intelligente Sensorik, Leistungselektronik sowie Embedded-Steuerungen.

Eine präzise Strommessung entfaltet ihren vollen Nutzen erst in Verbindung mit einer schnellen und effizienten Leistungsregelung. Die nicht isolierten Gate Driver von Silergy übernehmen die optimale Ansteuerung von MOSFETs und anderen Leistungshalbleitern in kompakten Stromversorgungssystemen.

Kurze Schaltzeiten, hohe Treiberströme und geringe Verzögerungen sorgen für niedrige Schaltverluste und ermöglichen hohe Wirkungsgrade moderner DC/DC-Wandler und synchroner Gleichrichter. Gleichzeitig tragen sie dazu bei, Überstromsituationen schnell zu erkennen und geeignete Schutzmechanismen umzusetzen.

Zu den typischen Anwendungen gehören Point-of-Load-Wandler, Industrie-Stromversorgungen, Telekommunikationssysteme sowie Server- und Embedded-Netzteile.

Wo hohe Spannungen und höchste Sicherheitsanforderungen zusammentreffen, kommen isolierte Gate Driver zum Einsatz. Sie gewährleisten eine sichere galvanische Trennung zwischen Steuer- und Leistungsebene und ermöglichen gleichzeitig eine schnelle, störungsarme Ansteuerung moderner SiC- und GaN-Leistungshalbleiter.

Die isolierten Gate Driver von Silergy bieten hohe Gleichtaktfestigkeit ³, kurze Propagationszeiten (Propagation Delay oder Signallaufzeit) ⁴, integrierte Schutzfunktionen und hohe Störsicherheit – Eigenschaften, die insbesondere bei schnell schaltender Leistungselektronik entscheidend sind.

Typische Anwendungen finden sich in Photovoltaik-Wechselrichtern, Energiespeichern, Schnellladegeräten für Elektrofahrzeuge, industriellen Motorantrieben, USV-Systemen sowie Hochleistungs-Stromversorgungen.

^{[3] Gleichtaktfestigkeit (engl. Common-Mode Transient Immunity, CMTI) beschreibt die Fähigkeit eines elektronischen Bauteils, extrem schnelle Spannungsänderungen zwischen zwei verschiedenen Massepotenzialen (Bezugspotenzialen) zu widerstehen, ohne dass es dabei zu Fehlfunktionen oder Signalstörungen kommt.
[4] Kurze Propagationszeiten sorgen dafür, dass die Leistungselektronik exakt, verlustarm und sicher den Befehlen der Steuerung folgt.}

Der besondere Mehrwert des Silergy-Portfolios liegt im Zusammenspiel aller Produktfamilien. Von der Stromerfassung über die Signalaufbereitung und Digitalisierung bis hin zur intelligenten Leistungsregelung erhalten Entwickler nahezu alle Schlüsselkomponenten aus einer Hand. Dadurch lassen sich Entwicklungszeiten verkürzen, das Schaltungsdesign vereinfachen und hochpräzise sowie energieeffiziente Lösungen realisieren – unabhängig davon, ob es sich um ein Smart Meter, ein Batteriemanagementsystem, einen Industrieantrieb oder eine moderne Stromversorgung handelt.

Der Markt für Bausteine zur Strom- und Energiemessung ist geprägt von einer Reihe etablierter Analog- und Power-Halbleiterhersteller mit technisch ausgereiften Produktportfolios. Unterschiede ergeben sich heute daher weniger durch die grundlegende Funktionalität als vielmehr durch Messgenauigkeit, Integrationsgrad, Energieeffizienz, Baugröße, Kosten und die einfache Integration in moderne Schaltungsdesigns.

Genau hier setzt Silergy an. Das Unternehmen bietet Entwicklern eine durchgängige Lösungskette – von magnetischen Stromsensoren und Current Sense Amplifiers über Power Monitors, ADCs sowie Energy- und Electricity-Metering-ICs bis hin zu Gate-Treibern und Power-Management-ICs. Die aufeinander abgestimmten Produktfamilien ermöglichen die Entwicklung kompletter Mess- und Leistungsregelungssysteme mit geringerem Entwicklungsaufwand und einer optimierten Stückliste (BOM).

Ein weiterer Vorteil liegt im hohen Integrationsgrad vieler Bausteine. 

Funktionen wie Signalaufbereitung, Analog-Digital-Wandlung, Leistungsberechnung oder Diagnosefunktionen sind häufig bereits im IC integriert. Das reduziert die Anzahl externer Komponenten, spart Leiterplattenfläche und vereinfacht das Schaltungsdesign. Gleichzeitig überzeugen die Bausteine durch niedrigen Eigenstromverbrauch, geringe Offset- und Driftfehler sowie hohe Präzision über einen weiten Temperaturbereich – Eigenschaften, die insbesondere in energieeffizienten Industrie-, Batterie- und Leistungselektronikanwendungen gefragt sind.
Besonders im Umfeld moderner SiC- und GaN-Leistungselektronik spielt Silergy seine Stärken aus. Hohe Bandbreiten, schnelle Reaktionszeiten und eine robuste Signalverarbeitung ermöglichen die präzise Erfassung dynamischer Stromverläufe und unterstützen damit effiziente Regel- und Schutzkonzepte auch bei hohen Schaltfrequenzen.

Anstatt mit einzelnen Alleinstellungsmerkmalen zu werben, überzeugt Silergy durch die Kombination aus einem breiten Analog- und Power-Portfolio, hoher Integration, moderner Technologie, präziser Messtechnik und einem attraktiven Preis-Leistungs-Verhältnis. Für Entwickler bedeutet dies eine leistungsfähige und wirtschaftliche Plattform, um anspruchsvolle Strom- und Energiemesssysteme schnell und zuverlässig zu realisieren.

Eine präzise Strom- und Energiemessung ist nur ein Baustein moderner elektronischer Systeme. Erst im Zusammenspiel mit weiteren analogen und leistungselektronischen Komponenten entsteht eine effiziente, sichere und intelligente Gesamtlösung. In typischen Zielanwendungen wie Industrieautomatisierung, Batteriespeichern, Ladegeräten, Photovoltaik-Wechselrichtern oder Robotik arbeiten Stromsensoren daher eng mit Power-Management-ICs (PMICs), DC/DC-Wandlern, AC/DC-Netzteilen, Spannungsreferenzen, Analog-Digital-Wandlern (ADCs), Mikrocontrollern und Gate-Treibern zusammen. Während die Strommessung die erforderlichen Messdaten liefert, übernehmen PMICs und Spannungsregler die stabile Versorgung der Elektronik, ADCs digitalisieren analoge Sensorsignale und Mikrocontroller werten die Messdaten aus, regeln den Energiefluss und realisieren Schutz- sowie Diagnosefunktionen.

Besonders in modernen Leistungselektronik-Anwendungen kommen zudem nicht isolierte und isolierte Gate Driver zum Einsatz, um MOSFETs sowie SiC- und GaN-Leistungshalbleiter effizient anzusteuern. Kommunikationsschnittstellen wie Ethernet oder IO-Link ermöglichen anschließend die Übertragung der Messdaten an übergeordnete Steuerungen oder Cloud-Plattformen und schaffen die Grundlage für Condition Monitoring, Predictive Maintenance und Energiemanagement nach Industrie-4.0-Konzepten.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich daraus, dass Silergy neben den Bausteinen für die Strom- und Energiemessung auch ein umfangreiches Portfolio an Power-Management-Lösungen, Spannungsreglern, DC/DC- und AC/DC-Wandlern sowie Gate-Treibern anbietet. Entwickler erhalten damit zahlreiche Schlüsselkomponenten für die Energieversorgung, Signalverarbeitung und Leistungsregelung aus einer Hand. Das vereinfacht die Auswahl kompatibler Bauteile, verkürzt Entwicklungszeiten und ermöglicht die Realisierung leistungsfähiger, kompakter und energieeffizienter Gesamtsysteme.

Ein besonderer Mehrwert für Entwickler entsteht durch das Lösungsportfolio der TOPAS electronic AG. Als technologieorientierter Distributor unterstützt TOPAS nicht nur mit den Strom- und Energiemesslösungen von Silergy, sondern bietet darüber hinaus zahlreiche weitere Schlüsselkomponenten für komplette Systemlösungen – darunter Power-Management-ICs, DC/DC- und AC/DC-Wandler, Gate-Treiber, Embedded-Module, Wireless-Konnektivität, Sensorik sowie weitere aktive Halbleiter. Ergänzt wird das Portfolio durch technische Beratung, Design-in-Unterstützung und Applikations-Know-how, sodass Entwickler bereits in der Konzeptphase optimal bei der Auswahl aufeinander abgestimmter Komponenten begleitet werden. Das Ergebnis sind leistungsfähige, kompakte und energieeffiziente Gesamtsysteme mit verkürzten Entwicklungszeiten und einem reduzierten Integrationsaufwand.

Die Anforderungen an moderne Strom- und Energiemesssysteme steigen kontinuierlich. Höhere Wirkungsgrade, zunehmende Elektrifizierung, intelligente Energiemanagementsysteme und leistungsfähige SiC- und GaN-Technologien verlangen nach präzisen, schnellen und zuverlässigen Messlösungen. Mit seinem breit aufgestellten Portfolio aus Energy Measurement ICs, Electricity Metering ICs, magnetischen Stromsensoren, Current Sense Amplifiers, Power Monitors, ADCs sowie Gate-Treibern bietet Silergy Entwicklern alle wesentlichen Bausteine für die Realisierung moderner Mess-, Regel- und Leistungselektronik. Die hohe Integration, ausgezeichnete Messgenauigkeit und die optimale Abstimmung der Produktfamilien tragen dazu bei, Entwicklungszeiten zu verkürzen, die Schaltungskomplexität zu reduzieren und energieeffiziente Systeme zu realisieren.

Gemeinsam mit dem ergänzenden Portfolio der TOPAS electronic AG entstehen daraus durchgängige Systemlösungen – von der Strommessung über die Energieversorgung und Signalverarbeitung bis hin zur Embedded-Steuerung und drahtlosen Kommunikation. Entwickler profitieren dabei nicht nur von einem breiten Angebot hochwertiger Komponenten, sondern auch von fundierter technischer Beratung und Design-in-Unterstützung während des gesamten Entwicklungsprozesses.

Sie planen ein neues Projekt zur Strom- oder Energiemessung oder möchten eine bestehende Lösung optimieren? Die Spezialisten der TOPAS electronic AG unterstützen Sie bei der Auswahl der passenden Silergy-Bausteine und ergänzender Komponenten für Ihre Anwendung. Von der ersten Konzeptidee über die Bauteilauswahl bis hin zur Serienentwicklung erhalten Sie kompetente technische Unterstützung – damit aus einer guten Schaltung eine überzeugende Gesamtlösung wird.

Transparenzhinweis: Bei der Erstellung dieses Beitrags kam KI-Unterstützung für die Texterstellung und -optimierung zum Einsatz. Der Artikel wurde vor der Veröffentlichung von unserer Redaktion sorgfältig geprüft und freigegeben.