RECOM und Künstliche Intelligenz in der Leistungselektronik

23.02.2024
Glasfaser – Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung
Auf den ersten Blick scheinen Künstliche Intelligenz (KI) und die Entwicklung von Stromversorgungen nur wenig gemeinsam zu haben. RECOM nutzt jedoch bereits in mindestens drei verschiedenen Bereichen aktiv KI, um unsere Produkte und Dienstleistungen im Bereich der Leistungselektronik gezielt zu optimieren. Lesen Sie weiter, um zu sehen, wie künstliche Intelligenz, Stromversorgungsdesign und RECOM zunehmend miteinander verschmelzen.

Inhaltsverzeichnis

Intelligenter Datenblattvergleich für Komponenten

RECOM stellt etwa 33.000 Standardprodukte her. Der Grund für diese große Produktvielfalt liegt in der Vielzahl von Permutationen und Kombinationen, die erforderlich sind, um die spezifischen Anforderungen unserer Kunden im Bereich Stromversorgungsdesign zu erfüllen.

Nehmen wir als Beispiel einen einfachen 5W DC/DC-Wandler – die REC5-Serie von RECOM. Es stehen standardmäßig sechs verschiedene Eingangsspannungen und neun verschiedene Ausgangsspannungen zur Verfügung. Das ergibt auf Anhieb 54 Eingangs-/Ausgangskombinationen. Zusätzlich ist die Serie mit vier unterschiedlichen Isolationsspannungen und sechs Pinning-Optionen erhältlich. Rechnet man Optionen wie Metall- statt Kunststoffgehäuse, Fernsteuerungsfunktion (Ein/Aus) sowie die Verpackung in Kunststoffröhren oder Tape-and-Reel hinzu, übersteigt die Anzahl der verfügbaren Standardvarianten schnell 3.000 – und das allein bei einer einzigen Serie von DC/DC-Wandlern.

All diese Kombinationen sind notwendig, um die unterschiedlichen Anforderungen unserer Kunden zu erfüllen. Einige benötigen möglicherweise SMD-Pinning, damit ein einheitlicher Produktionsprozess für alle Komponenten auf der Platine verwendet werden kann, während andere Through-Hole-Pinning bevorzugen – etwa für zusätzliche Robustheit gegenüber Stößen und Vibrationen oder um Pin-kompatibel mit einer zweiten Quelle eines anderen Herstellers zu sein. Die Vielzahl dieser Kombinationen ist also funktional notwendig.
Parametrische Suchfunktion auf der RECOM-Website
Abb. 1: Beispiel für eine parametrische Suchfunktion auf der Website eines Herstellers
Das Problem ist die Komplexität einer so großen Auswahl. Wenn ein Kunde eine bestehende DC/DC-Wandlerlösung durch ein RECOM-Produkt ersetzen möchte, kann es entmutigend sein, alle verfügbaren Optionen zu durchsuchen. Eine parametrische Suche auf der RECOM-Website nach einem 1W-Wandler mit 5V-Eingang und 5V-Ausgang liefert fünf Seiten mit Ergebnissen (Abbildung 1). Die Suchmaschine eines Mitbewerbers zeigt 19 Treffer an, eine andere sogar 122 Ergebnisse. Sind diese Produkte gleichwertig? Und worin bestehen die Unterschiede?

An dieser Stelle kann KI unterstützen. RECOM arbeitet aktiv mit einer lokalen Universität zusammen, um ein KI-System zu entwickeln, das Daten aus PDF-Datenblättern verschiedener Hersteller extrahieren kann, um sie vergleichbar zu machen. Dies ist keine triviale Aufgabe – jeder Hersteller verwendet einen eigenen Stil, unterschiedliche Schriftarten und individuelle Layouts für seine Datenblätter.

Außerdem werden numerische Angaben häufig unterschiedlich dargestellt (z.B. 1A oder 1000mA), auf verschiedene Weise gemessen (z.B. Lastregelung über 10–100% oder 25–100% Last) oder mit unvollständigen Informationen angegeben (z.B. „2kV Isolation“ statt „2kVDC für 60 Sekunden“). Die Software muss nicht nur ähnliche Informationen erkennen, die an unterschiedlichen Stellen in den jeweiligen Datenblättern erscheinen, sondern auch den technischen Kontext verstehen, in dem diese Angaben gemacht wurden – um zu bewerten, ob die Daten tatsächlich gleichwertig sind.

Solche Bewertungen sind derzeit Aufgabe eines qualifizierten und erfahrenen Bauteilingenieurs. KI wird diese Expertise nicht ersetzen, kann aber den Prozess erheblich beschleunigen. Im Idealfall ersetzt sie das zeitaufwendige Durchforsten von Hunderten von Datenblättern, um eine erste Vorauswahl kompatibler Komponenten zu erstellen.

KI-optimierte Stromversorgungsarchitektur für AGV-Systeme

Illustration eines AGVs von außen und dessen Stromversorgung von innen
Abb. 2: Typische AGV-Subsysteme (Quelle: Hirose Electric)
Viele Schaltkreisdesigns erfordern mehrere geregelte Versorgungsspannungen auf Platinebene. Nehmen Sie zum Beispiel ein autonomes oder fahrerloses Fahrzeug (AGV, Automated Guided Vehicle), das selbstständig über Bürgersteige in Städten fahren kann, um Pakete oder Lebensmittel auszuliefern. Ein solches fahrerloses Transportsystem (FTS) benötigt verschiedene Funktionsblöcke – etwa Sensoreingänge wie Videokameras, Objekterkennung über Ultraschall-, Radar- oder Lidar-Entfernungsmesser, ein GPS-Orientierungssystem, einen Mikrocontroller sowie mehrere Motortreiber – die alle von einer einzigen wiederaufladbaren 48V-Lithium-Ionen-Batterie versorgt werden (Abbildung 2).

All diese funktionalen Subsysteme benötigen Strom, der von dem 48V-Akkupack geliefert wird. Die Batteriespannung variiert je nach Belastung und Ladezustand – von 24V, wenn sie leer ist, bis zu 54V, wenn sie vollständig geladen ist, mit einem transienten Eingangsbereich von 20V bis 60V¹. Die geregelten Spannungen auf Board-Ebene könnten beispielsweise +15V für die Motorsteuerungen, +12V für die Kamera und die Ultraschallsensoren, +300V für das LiDAR-System, 3,4V für das GPS-Subsystem sowie +5V, +3,3V, 1,8V und 1,2V für Mikrocontroller, Schnittstellen- und Speicher-ICs betragen. Die Antriebe der Radmotoren werden direkt von der Batterie versorgt.

Natürlich werden diese Board-Level-Stromversorgungen von verschiedenen Spannungsreglern und DC/DC-Wandlern gespeist – aber welche Anordnung ist die optimale? Eine individuelle Versorgung direkt über die 48V-Batterie? Oder über einen Hochstrom-DC/DC-Wandler mit anschließender Regelung über LDO-Regler für jedes Teilsystem? Oder eine Kombination aus beidem? (Abbildung 3).
Grafiken von zwei Stromversorgungslösungen für das AGV-Board
Abb. 3: Zwei mögliche verteilte Stromversorgungslösungen für das AGV-Board: zentralisiert und verteilt
Beide in Abbildung 3 gezeigten Stromversorgungslösungen liefern die gleichen Endergebnisse. Die obere, verteilte Architektur verwendet mehr DC/DC-Wandlermodule, was sehr effizient, aber auch kostenintensiv ist. Die untere, zentrale Lösung setzt stärker auf kostengünstige Low-Dropout (LDO)-Regler, verursacht jedoch höhere Umwandlungsverluste. Ist also die maximale Gesamteffizienz entscheidend für eine möglichst lange Batterielebensdauer? Oder sind die Systemkosten das ausschlaggebende Kriterium? Oder gibt es eine alternative Power-Tree-Anordnung, die einen guten Wirkungsgrad bei vertretbaren Kosten bietet? Zwar unterstützen CAD-Softwareprogramme erfahrene Entwickler bei der Auswahl geeigneter Konfigurationen im Stromversorgungsbaum anhand technischer Spezifikationen, doch KI kann diesen Prozess deutlich verbessern – insbesondere für weniger erfahrene Stromversorgungstechniker –, um die optimalste Lösung mit bester Leistung und geringsten Kosten zu finden.

RECOM arbeitet mit einem KI-Softwareunternehmen zusammen, das eine solche automatisierte Designplattform entwickelt, um gezielte Stromversorgungslösungen anzubieten. Der KI-Algorithmus wird die funktionalen Anforderungen der Anwendung intuitiv erfassen, automatisch das Projektdesign, die Schaltpläne und die Dokumentation erstellen sowie die optimalen Komponenten auswählen, um das Design so zu optimieren, dass die Projektparameter bestmöglich erfüllt werden.

Einsatz von KI für Marketinginhalte

Videostandbild eines KI-generierten Avatars mit Audio- und Videokommentar
Abb. 4: Videostandbild eines von der KI-generierten synthetischen Avatars mit Audio- und Videokommentar. Die Produktionszeit betrug ein paar Stunden
Die meisten werden bereits von ChatGPT gehört haben, einem sogenannten „großen Sprachmodell“, das maschinelles Lernen nutzt, um intelligente Antworten auf schriftliche Fragen zu liefern. Als es Ende 2022 veröffentlicht wurde, entwickelte es sich zur am schnellsten wachsenden Softwareanwendung aller Zeiten – innerhalb weniger Monate zählte es über 100 Millionen Nutzer. Aufbauend auf dem Erfolg der ursprünglichen kostenlosen Version haben die aktuellen kostenpflichtigen Varianten die Fähigkeiten der KI erweitert: Sie können nun nicht nur Texte, sondern auch Bilder basierend auf Benutzereingaben generieren. Andere KI-Plattformen ermöglichen inzwischen die Erstellung von Avatarvideos mit gesprochenem Kommentar auf Basis von Text- und Bildinhalten.

RECOM hat begonnen, diese KI-Tools zu nutzen, um einfache Blogbeiträge und kurze Videos zu erstellen, mit denen neue Produktveröffentlichungen beworben werden (Abbildung 4). RECOM ist ein sehr innovatives Unternehmen, das im Durchschnitt jede Woche ein neues Produkt auf den Markt bringt. Wir müssen diese neuen Entwicklungen unserem großen Kundenstamm (>100.000 Kunden) schnell und einfach mitteilen, ohne ihn mit wöchentlichen Texten und Pressemitteilungen zu überfluten.

Ein kurzer Blog, ein Podcast oder ein YouTube-Video ist daher eine ideale Möglichkeit, unsere Kunden auf dem Laufenden zu halten, ohne aufdringlich zu wirken. Allerdings sind herkömmliche Videoproduktionen, Audioaufnahmen oder Bildanimationen sehr teuer und zeitaufwändig, sodass wir bei der Auswahl der Produkte, die diese zusätzliche Investition in Zeit und Ressourcen rechtfertigten, sehr wählerisch sein mussten.

Die automatisierte Text-, Audio- und Videogenerierung mit Hilfe von KI hat es uns ermöglicht, informative Videobeiträge, Podcasts und Blogs zu erstellen, die auf Abruf verfügbar sind und so sowohl die Zeit als auch die Postfächer unserer Kunden entlasten, dabei jedoch weiterhin aktuelle Informationen über unser ständig wachsendes Produktportfolio liefern. Das bedeutet auch, dass wir schnell neue Videos in verschiedenen Sprachen produzieren können, um lokale Märkte zu unterstützen, und unsere Kundenkommunikation kurzfristig mit Korrekturen oder neuen Funktionen aktualisieren können. Selbstverständlich wird sämtliches Material vor der Veröffentlichung stets von RECOM-Experten sorgfältig geprüft.

In dem Maße, wie sich die Möglichkeiten der von der KI generierten Videos, Texte und Audiospuren weiterentwickeln, wächst auch die Möglichkeit, unsere Kreativität im Marketing zu steigern. So können wir beispielsweise umfassendere Informationen in der Landessprache unserer Kunden bereitstellen oder mehrschichtige Produktmarketingstrategien umsetzen. Dieser Ansatz umfasst eine prägnante Einführung in die wichtigsten Vorteile für ein breiteres Publikum und eine detaillierte Erkundung der technologischen Fortschritte und Funktionen, die auf anspruchsvollere Benutzer zugeschnitten sind. Als Technologieunternehmen, das sich auf die Bereitstellung von Lösungen und nicht nur von Produkten konzentriert, spielt Software für künstliche Intelligenz eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung unserer Zukunft. Sie kann zwar nicht das fundierte Wissen, die Fähigkeiten und die Erfahrung unserer Ingenieure und Vertriebssupport-Teams ersetzen, aber sie dient als wertvolles Werkzeug, um unsere Dienstleistungen für Kunden zu erweitern. Durch den Einsatz von KI wollen wir die Gesamtqualität unserer Angebote verbessern und unseren Kunden eine persönlichere und effizientere Erfahrung bieten.

Hinweis: Der letzte Absatz wurde von KI geschrieben.

1Spezifikation gemäß LV148 Automobilstandard