LEM ilmoitti äskettäin uudesta yhteistyöstä TDK:n kanssa seuraavan sukupolven TMR:een eli tunnelimagneettiresistanssiin perustuvien integroitujen virta-anturien kehittämiseksi sähköistyssovelluksiin. LEM:n tuotehallinnasta globaalisti vastaava Thomas Hargé selventää, mitkä ovat virranmittauksen uudet trendit ja miten kumppanuus TDK:n kanssa voisi lisätä arvoa asiakkaille.

Miten nykyinen sähköistystrendi on vaikuttanut nykyisiin virranmittauksen markkinoihin ja -teknologioihin?

- Maailmanlaajuinen hiilidioksidipäästöjen vähentäminen on tärkeä tekijä, ja maat ympäri maailmaa aloittavat sähköistysvallankumouksen. Olemme väistämättä matkalla kohti sähköistettyä planeettaa, ja tällä on vaikutusta monille markkinoille.

- Tietysti yksi suurimmista aloista kaikessa tässä on henkilöautojen sähköistys. Liikenne on aiheuttanut valtavasti liiallisia CO2-päästöjä, ja autoteollisuuden ennustetaan edustavan puolet koko nykyisistä anturimarkkinoista seuraavan viiden vuoden aikana. Se on mullistavasta uudesta tekniikasta, joka on kehitettävä hyvin lyhyessä ajassa.

Miten LEM on mukauttanut tuotteitaan tai strategioitaan vastaamaan sähköistystrendiä?

- Tehoelektroniikan alusta lähtien LEM on kehittänyt nykyisiä anturitekniikoita rautatie-, auto- ja teollisuussektoreille. Yritys on aina työskennellyt erittäin tiiviisti asiakkaiden kanssa ja keskeisillä markkinoilla optimoiden olemassa olevia teknologioita ja suunnittelemalla ratkaisuja yhdessä loppukäyttäjien kanssa.

- Ainakin viimeisen vuosikymmenen ajan LEM on kehittänyt sovelluskohtaisia virta-antureita sähkö- ja hybridiautoihin. Markkinoiden kiihtyessä LEM on keskittynyt työskentelemään asiakkaiden kanssa parantaakseen näiden antureiden integrointia inverttereihin, sisäisiin latureihin - jotka muuntavat vaihtovirran tasavirtaan ajoneuvon akun lataamiseksi - ja akunhallintajärjestelmiin (BMS).

Voitko tarkentaa virrantunnistuksen teknisiä vaatimuksia eri sovelluksissa ja mitä suuntauksia on tulossa?

- Koko on aina tekijä sähköauton rajallisen tilan vuoksi. Lisäksi kaikkien komponenttien on oltava minimaalisen kokoisia, jotta ajoneuvosta tulee mahdollisimman kevyt energiankulutuksen minimoimiseksi ja autojen latausten välisen ajomatkan pidentämiseksi.

- Parempi integraatio asiakkaiden järjestelmiin voi usein johtaa läpimurtoihin puolijohderatkaisuissa. Siksi LEM on vuodesta 2017 lähtien investoinut merkittävästi puolijohteiden kehityskykyyn kehittääkseen integroituja virta-antureita (ICS). Nämä ovat pohjimmiltaan "virta-antureita sirulla", ja niiden avulla käyttäjät voivat rakentaa pienempiä järjestelmiä.

- Pienempiä tehonmuunnosjärjestelmiä voidaan kehittää myös käyttämällä piikarbidia (SiC) tai galliumnitridiä (GaN). Nämä uudet transistorit kytkevät nopeammin ja antavat suunnittelijoille mahdollisuuden pienentää magneettisten komponenttien (eli kuristimien) kokoa. Tämän seurauksena virta-anturien on oltava paljon nopeampia ja älykkäämpiä kuin aiemmin vaadittiin, samalla kun ne mahdollistavat korkeampien taajuuksien virtojen mittaamisen.

- Jälleen integrointi on avain kompakteihin malleihin, joten nykyinen tunnistustoiminto pienenee ja pienenee. Ohjelmistoja integroidaan yhä enemmän, mikä yksinkertaistaa toimintaa, tarjoaa lisäominaisuuksia ja minimoi sähköauton laitteiston määrän.

- Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä, mutta yhtä tärkeänä on se, että useat autoteollisuuden sovellukset vaativat "turvallisen" virranmittauksen. Siksi LEM on kehittänyt ISO26262-yhteensopivia antureita, joiden turvallisuustasot sisältävät laadunhallinnan (QM) ja Automotive Safety Integrity Level (ASIL) C:n.

Miten LEM pysyy edellä eri sovellusten kehittyvien teknisten vaatimusten täyttämisessä?

- Yhteistyö avainasiakkaiden kanssa ja innovatiivisten ratkaisujen kehittäminen on elintärkeää markkinoiden kärjessä pysymiselle ja kysyntään vastaamiselle. Kuten aiemmin on käsitelty, LEM:n panostus puolijohdeteknologiaan on mahdollistanut yrityksen antureidensa miniatyrisoinnin nopeuttamisen.

- Investoimalla uusiin mittausteknologioihin, kuten tunnelimagnetoresistanssiin (TMR) yhteistyössä TDK:n kanssa, yritys pystyy kehittämään nopeampia, tarkempia ja pienemmän tehon antureita. Samaan aikaan LEM on investoinut merkittävästi ohjelmisto-osaamiseen, jotta sen kehittämät järjestelmät olisivat edeltäjiään älykkäämpiä. Esimerkkejä tällaisista investoinneista ovat tarkoitukseen rakennettu T&K-keskus Lyoniin, Ranskaan, ja oman tiimin perustaminen Bulgariaan.

Miten LEM arvioi tämän päivän maisemaa nykyisillä mittausmarkkinoilla?

- LEM on viime vuosina havainnut, kuinka automarkkinoiden kasvu lisääntyneen sähköistyksen myötä on houkutellut useita puolijohdeteollisuuden yrityksiä, jotka laajentavat panostaan alalla. Myös autonvalmistajille komponentteja kehittävien valmistajien määrä on kasvanut jonkin verran, jotka tarjoavat joitain ratkaisuja.

Mitä strategioita LEM käyttää säilyttääkseen kilpailukykynsä ja mukautuakseen muuttuvaan markkinadynamiikkaan?

- Edellä kuvattujen teknologiapuolen ponnistelujen lisäksi LEM on alan ainoa toimija, joka keskittyy pelkästään nykyantureihin. Tämä on johtanut siihen, että yrityksellä on nykyään laajin valikoima nykyisiä antureita, minkä ansiosta se on pystynyt valitsemaan oikean tekniikan jokaiseen uuteen haasteeseen. TMR on toinen teknologia, joka laajentaa tätä ratkaisuvalikoimaa. Lisäksi LEM on kerännyt valtavasti tietotaitoa virranmittauksen alalla. Tällä on ollut keskeinen rooli siinä, että LEM:n insinöörit ovat pystyneet kehittämään tarkkoja ja luotettavia antureita asiakkaiden sovelluksiin.

Miten integroidut virta-anturit ratkaisevat "pienempien, älykkäämpien ja halvempien" laitteiden haasteen?

- LEM katsoo, että ICS:t ovat luonnollinen kehitys virran antureille. Itse asiassa integroidut anturit ovat itse asiassa vain pienempiä versioita edeltäjistään. Asia, jota usein ei ymmärretä, on se, että kaikki virran mittaamiseen liittyvät haasteet voimistuvat miniatyrisoinnilla. Tämän takia on ehdottoman tärkeää, että tällä alalla toimivilla yrityksillä on syvä ymmärrys ja kokemus kriittisistä parametreista, kuten di/dt, dV/dt ja osittaiset purkaukset muutamia mainitakseni.

Voitko antaa esimerkkejä siitä, kuinka ICS-tekniikka vastaa markkinoiden erityisiin haasteisiin?

- Yksi ICS:n parhaista ominaisuuksista on niiden koko. Esimerkiksi tyypillinen sovellus, jossa perinteinen LEM-anturi olisi liian suuri, olisi sähköpyörissä. ICS-tekniikan ansiosta 8-SOIC-anturit (leveys 3,90 mm), kuten GO 20 SME Hall -virtamuuntimet, ovat nyt tarpeeksi pieniä mahtumaan sähköpyörän moottoriin samalla kun ne tarjoavat tarkan vääntömomentin hallinnan. Erittäin matalaprofiilisissa antureissa on galvaaninen erotus primääri- ja toisiopiirien välillä, eristetty testijännite 2500 V RMS ja alhainen virrankulutus. Niillä on myös korkea sietokyky ulkoisia häiriöitä vastaan, erinomainen eristyskyky, ei magneettista hystereesiä ja pieni sähkövastus (0,9 mΩ).

Miten TMR-teknologian käyttö integroitujen piirien anturivalikoimassa vastaa erityisesti sovellusten haasteisiin?

- Useimmat ICS:t käyttävät nykyään Hall-elementtejä mitattavan virran synnyttämän magneettikentän havaitsemiseen. Käytettyään monta vuotta Hall-anturien parantamiseen LEM oli saavuttanut pisteen, jossa yhden parametrin (kuten nopeuden) parantaminen merkitsi kompromisseja muissa (mukaan lukien tarkkuus ja virrankulutus). TMR:n kauneus on, että se tarjoaa kaikki kolme – nopeuden, tarkkuuden ja pienemmän virrankulutuksen - samanaikaisesti. Kompromissit on poistettu, ja se on pitkä matka kohti kykyä vastata tiettyjen sovellusten haasteisiin.

Mitkä sovellukset hyötyvät eniten TMR-tekniikasta ja miksi?

- Sähköajoneuvojen sisäänrakennetut laturit ovat ensimmäinen sovellus, joka hyötyy TMR-tekniikasta, koska ne vaativat erittäin nopean virranmittauksen. Toisena tulevat aurinkoinvertterit, joissa integroidut virta-anturit tarjoavat erinomaisen lämpötilan poikkeaman (mikä on välttämätöntä AC-puolella).

Miten kumppanuus TDK:n kanssa parantaa LEM:n kykyä toimittaa ratkaisuja markkinoille?

- TDK on kehittänyt ajan myötä erittäin syvällistä TMR-teknologian osaamista. Yrityksen TMR-osaamisen ja LEM:n kokemuksen ICS-kehityksestä yhdistelmä mahdollistaa uuden standardin ICS-suorituskyvyssä integroiduille latureille, aurinkoinverttereille ja muille sovelluksille, kuten autonomisiin ajoneuvoihin. LEM valitsi TDK:n kumppanikseen luokkansa parhaan teknologian suorituskyvyn sekä luotettavan toimituksen, autoteollisuuden laadun ja prosessin kypsyyden perusteella. Yhteistyöllä on luotu TMR-pohjainen anturi, joka on nopeampi, tarkempi ja kohinaltaan alhaisempi kuin olemassa olevat ratkaisut.

Miten yhteistyö TDK:n kanssa edistää LEM:n ratkaisujen markkinoilletuloaikaa ja luotettavuutta/laatua?

- Hyvän TMR:n ja huippulaadukkaan ICS:n kehittäminen kestää useita vuosia. Yhdistämällä voimansa yhtiöt käyttävät olemassa olevia teknologioitaan lyhentääkseen merkittävästi aikaa, joka olisi kestänyt, ennen kuin jompikumpi heistä olisi tuonut huippuluokan mullistavan tuotteen markkinoille. TDK kehittää TMR-siruja LEM:lle, joka yhdistää ne integroituihin virta-antureihin aiemmin mainittuja sektoreita varten. Nykyiset anturimarkkinat vaativat suuria määriä ja kustannustehokkaita tuotteita, ja tämä yhteistyö varmasti tuottaa niitä.