Maailmanlaajuisen väestönkasvun vuoksi sähkönkulutus on edelleen kohtuuttoman korkea. Tämä rasittaa käytettävissä olevia energiavaroja ja vaikuttaa myös vakavasti ympäristöön suurempina kasvihuonekaasupäästöinä. Onneksi kehitykseen voidaan vaikuttaa uusilla tehoelektroniikan ratkaisuilla.
Kaksi tärkeintä aloitetta päästöjen vähentämisessä ovat uusiutuvan energian tuotantolaitosten laaja käyttöönotto ja ajoneuvojen sähköistäminen. Lähivuosina sähköajoneuvojen odotetaan kymmenkertaistuvan nykyisestä. Esimerkiksi Euroopan unioni pyrkii saamaan yli 30 miljoonaa sähköautoa teilleen tämän vuosikymmenen loppuun mennessä.
Sähköautojen, teollisuuskäyttöjen ja uusiutuvan energian asettamat vaatimukset edellyttävät jatkuvaa sähköjärjestelmän innovaatiota. Laajan kaistaeron (WBG, wide bandgap) tekniikka on ollut avainasemassa tehokomponenttien suorituskyvyn parantamisessa ja mahdollistanut järjestelmän kokonaiskoon pienentämisen.
Esimerkiksi piikarbidin (SiC) käyttö piin sijaan on johtanut paljon nopeampiin kytkentänopeuksiin, minkä ansiosta muunnoksen tehokkuutta voidaan parantaa dramaattisesti. SiC MOSFET - piirit korvaavat nyt suuria piipohjaisia IGBT-piirejä, ja sekä käynnistys- että sammutushäviöt ovat vähentyneet merkittävästi. Hyöty nähdään sekä sähköautoissa että uusiutuvan energian järjestelmissä käytettävissä DC/DC- muuntimissa.
Samoin SiC MOSFET -moduulien suuremmat tehotiheydet merkitsevät sitä, että uusiutuvan energian invertterit, teollisuuskäytöt ja moottorin ohjausjärjestelmät voidaan tehdä paljon pienemmiksi samalla kun ne toimivat tehokkaammin. Ne pystyvät työskentelemään korkeammissa lämpötiloissa kuin piipohjaiset vastineisiinsa, joten myös luotettavuus paranee.
UUSIA INNOVAATIOITA
Toshiban uusimmat lisäykset suosittuun M4K-mikro-ohjainperheeseen, joissa jokaisessa on 32-bittinen Arm Cortex-M4 -ydin ja liukulukuyksikkö, voivat parantaa moottorin ohjausta. Uusien TXZ+ -piirien A-VE+-tekniikka (advanced vector engine plus) tarkoittaa, että ne soveltuvat erittäin hyvin AC- ja harjattomien DC-moottoreiden kenttä- orientoituneeseen ohjaukseen sekä servokäyttöihin.
Äskettäin julkistetussa TPHR7404PU- MOSFETissa on matalapiikkiominaisuus, joka lieventää kytkimen ylityksen vaikutuksia. 40 V:n N-kanavainen virtalähde käyttää Toshiban omaa U-MOSIX-H- prosessitekniikkaa. Se soveltuu erittäin hyvin toisiopuolen synkroniseen oikaisuun kytkentävirtalähteen sovelluksissa, mikä pienentää huomattavasti EMI- päästöjä.
Toshiban 3-vaiheinen 400 VAC:n tehokertoimen korjauksella varustettu referenssisuunnittelu on suunniteltu helpottamaan sähköautojen latauslaitteistojen käyttöönottoa ja helpottamaan siirtymistä piistä laajan kaistaeron komponentteihin. 750 VDC:n lähdöllä se on täysin linjassa sähköautojen latauksessa nyt vaadittujen korkeampien jännitetasojen kanssa.
Muuntotehokkuudessa siinä päästään 97 prosenttiin ja ja tehokertoimeen 0,99. Yhtiön kaksisuuntaisen DC/DC-referenssisuunnittelun avulla voidaan ottaa käyttöön sähkö- järjestelmä, jossa verkko voi käyttää akkureserviin varastoitua energiaa suurimman kysynnän aikana.
Se perustuu TW070J120B SiC MOSFET- ja TLP5214A-ohjainkomponenttien käyttöön, kun piipohjainen TK49N65W5- MOSFET sijaitsee pienjännitepuolella. Tämä referenssimalli pystyy tuottamaan 5 kilowattia tehoa molempiin suuntiin. Ratkaisu sisältää ylivirtasuojauksen ja alijännitesulkusuojausmekanismit turvallisuuden takaamiseksi.
Yhteistyössä MikroElektronikan kanssa Toshiba pystyy tarjoamaan suunnittelijoille sarjan Click-kortteja, jotka auttavat heitä luomaan tehokkaita moottorin ohjausjärjestelmiä. DC MOTOR 14 Click on pulssileveys- moduloitu (PWM) katkaisutyyppinen ratkaisu harjattujen tasavirtamoottoreiden ajamiseen. Kortin ytimessä on TB67H450FNG-ohjainpiiri, jonka maksimivirta on 3,5 ampeeria. Alhainen vastuksen MOSFETit ja PWM-toiminta takaavat tehokkaan moottorikäytön vain vähäisellä lämmöntuotannolla.
Kirjoittaja Peter Lieberwirth toimii Toshiba Electronics Europe GmbH:ssa markkinoinnista ja vastaavana johtajana.
