logotypen
 
 

IN FOCUS

Suojaa datasi kunnolla

SSD-levyt tarjoavat luontaisesti korkean luotettavuuden kaikentyyppisiin sovelluksiin, aina aloitustason kuluttajalaitteista kriittisiin järjestelmiin. Asianmukaiset tietosuojamekanismit voivat maksimoida levyn käyttöiän toteuttamalla ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä tarpeen mukaan, kertoo Silicon Motion artikkelissaan.

Lue lisää...

Tehonsyötön voi toteuttaa joko valmiilla, kokonaisella moduulilla tai erilliskomponentein. Niiden väliin asettuu japanilaisen Muratan teholohko, joka tuo suunnittelijalle lisää vaihtoehtoja ja skaalautuvuutta.

Artikkelin kirjoittaja Bill Smith toimii markkinointijohtajana Murata Power Solutionsissa. Hänellä on insinööritutkinto Roger Williamsin yliopistosta Bristolista, Rhode Islandista USA:sta. Bill vastaa Muratan kaikista piirikorteille asennettavista teholähteistä ja työskennellyt tehoelektroniikan parissa lähes 10 vuoden ajan.

Teholohkoihin (power block) nojaava suunnittelu on ideaalinen valinta tämän päivän tehosyöppöihin FPGA- ja ASIC-piireihin sekä tietotekniikkapiireille. Teholohko on periaatteessa eristämätön buck-tyyppinen muunnin ilman PWM-ohjainta. Se sisältää tehofetit, tehonsyötön piiristön, tulo- ja lähtökondensaattorit, lähtöinduktorin, lämpötila-anturin ja virran tunnistusverkon. Kokonaisen POL-teholähteen toteuttaminen vaatii lisäksi tyypillisesti PWM-ohjaimen, jännitteen ja joidenkin lisäkondensaattorien lisääminen suunnitteluun.

POL- (point of load) ja jännitteen regulointisovelluksiin (VRM, voltage regulator module) teholohko tuo useita etuja, jos sitä verrataan erillispiireistä koostuvaan ratkaisuun tai integroituihin POL-muuntimiin.

Erillisratkaisuun verrattuna teho lohko voi tehdä tehojärjestelmän suunnittelusta paljon yksinkertaisempaa. Yhtenä valmiina komponenttina se voi säästää kehitykseen kuluvaa aikaa ja rahaa. Sijoittelun haasteet , lämpösuunnittelun hankaluudet ja EMI-suorituskyky on jo ratkaisut teholohkon kotelossa. Teholohkot on myös suunniteltu vastaamaan korkeisiin laatu- ja luotettavuusstandardeihin, joita on kehitetty tietotekniikka- ja tietoliikenneteollisuudessa. Nämä teholohkot on suunniteltu vastaamaan tai ylittämään IPC-9592B-määritysten luotettavuusvaatimuksiin ja lisäksi ne ovat jo täyttäneet kaikki ympäristö- ja mekaanisen yhdenmukaisuuden vaatimukset.

Kokonaiseen POL-moduuliin verrattuna teholohko on joustavampi. Erilaisia ohjaimia voidaan käyttää saman lohkon kanssa, joten suunnittelijan on helpompi löytää tasapaino kustannusten, koon, ominaisuuksien (kuten PMBus-väylän) ja suorituskyvyn suhteen. Lohkon kanssa voi käyttää analogista tia digitaalista ohjainta, mikä tuo laajan valikoiman toimintoja ja suorituskykyvaihtoehtoja. Suunnittelija saa valita toimintataajuuden tai muunnin voidaan synkronoida ulkoisen kellosignaalin kanssa, mikäli tälle on tarvetta. Teholohkot yltävät myös parempaan hyötysuhteeseen kuin matalaprofiiliset erilliset IC-tyyppiset ratkaisut, joiden täytyy operoida korkeammilla kellotaajuuksilla (tehokkuuden kustannuksella), jotta ne voivat olla riittävän pieniä kooltaan.

Tehotiheys

Uskokaa tai älkää, mutta teholohkoilla voi säästää piirilevyalaa verrattuna sekä erillispiireihin että integroituihin POL-muuntimiin verrattuna. Lohkon optimoidussa koteloinnissa induktorit on nostettu piirilevyn yläpuolelle ja fetit ja tehonsyöttöpiiristö on asennettu alapuolelle. Koko blokki ei sen takia vie enemmän tilaa kuin itse induktorit. Koska ohjauspiiristö koostuu vain matalaprofiilisista komponenteista, se voidaan sijoittaa piirikortin alapinnalle, millä säästetään vielä enemmän tilaa. Tuloksena on hyvin kompakti sijoittelu, jolla päästään suurempiin virtoihin ja tehotiheyteen kuin integroiduilla moduuleilla tai erillispiireihin pohjautuvilla ratkaisuilla.

Kuva 1 esittää demokorttia toiselle kahdesta PWM-ohjaimesta, joita käytettiin 45 ampeerin teholohkon kvalifiointitestaamisessa. Suunnittelun koko on 25,0 x 25,6 milliä piirilevyllä, mikä vastaa 665 neliömilliä tai yhtä neliötuumaa, I/O-kondensaattorit mukaan lukien. Piirilevyn alapuolella ohjauspiiristä vie puolet tästä alasta. Tämä tarkoittaa, että suunnittelun tehotiheys on noin 30 prosenttia suurempi kuin tämän päivän parhaassa tarjolla olevassa integroidussa moduulissa. Tilanne paranee entisestään, sillä Murata Power Solutionsilla on tuotteesta 60, 80 ja 100 ampeerin versiot, joiden avulla teho- ja virtatiheyttä aiotaan nostaa kaikissa uusissa suunnitteluissa.

Kuva 1. Kaksivaiheinen PWM-ohjain, joka käyttää 45 ampeerin teholohkoa, vie alle neliötuuman verran korttialaa. Piirikortin yläpuolen sijoittelu näkyy vasemmalla ja alapuoli oikealla.

Lämpöominaisuudet

Hyvä tehomuunninsuunnittelu varmistaa, ettei yksikään komponentti ylitä omia lämpötilan raja-arvoaan, ja että koko järjestelmä pidetään mahdollisimman viileänä luotettavuuden maksimoimiseksi. Lämmöntuoton suurimpia syyllisiä ovat kytkinfetit ja tehoinduktori. Toisaalta jotkut muut komponentit (PWM-ohjaimet, ESR-kondensaattorit ja integroidut fettiajurit) eivät aiheuta paljon lämpöhävikkiä, mutta voivat silti vaikuttaa järjestelmän sisäisen lämpötilan nousuun.

Hyvä lämpösuunnittelun hallinta voi pitää sisällään tekniikoita kuten komponenttien strateginen sijoittelu piirilevyllä, kuparin paino ja kerrosten kulumäärä isäntäkortilla sekä läpivientien strateginen sijoittelu niin, että komponenteista saadaan johdettua lämpöä pois. Tiukka kotelointi on yleensä lämmönhallinnan vihollinen: itse asiassa, lämpösuunnittelu tällä hetkellä määrittelee rajata tämän päivän tehomuuntimien koolle.

Nämä suunnitteluhaasteet on ratkaistu täysin teholohkossa. Sen kotelointi on huolellisesti suunniteltu, testattu ja verifioitu koko toiminta-alueella, jotta suunnittelu vastaa komponenttien antotehon alentumisen IPC-9592-standardissa määriteltyjä ohjeita (ks. kuva 2). Verrattuna erillispiirien käyttöön tämä säästää suuresti kehitysaikaa ja kustannuksia.

Kuva 2. Teholohko on validoitu lämpöominaisuuksiltaan koko toiminta-alueella (ylh.). Lämpötestaus toteutettiin myös useille toistensa lähelle asennetulle yksikölle, jolla simuloitiin tilannetta, jossa useita teholohkoja tarvitaan tuottamaan suurempi virta tai useita jännitteitä yhdelle laitteelle (alh.).

Verratkaamme esimerkiksi standardin 50 ampeerin SIP-moduulia Murata Power Solutionsiin 45 ampeerin teholohkoon. Teholohkon tehotiheys on suurempi, koska komponentit voidaan sijoittaa sovelluspiirilevyn alapuolella, kuten aiemmin mainittiin. SIP:n alapuolella ei voida sijoittaa mitään. Se myös vaatii jäähdytyselementin parantamaan jäähdytystä, mitä Muratan teholohko ei tarvitse.

SIP:n antotehon alentumista kuvaava käyrä (kuva 3) osoittaa, että vielä 500 lfm:n tuuletuksella antoteho putoaa noin 45 ampeeriin 70 asteessa. Samaan aikaan teholohkon virta ei laske koko lämpötila-alueella, vaikka ilmavirta on vain 200 lfm (linear feet per minute), kun lähtöjännitteet ovat 800 millivoltista 1,8 volttiin. 45 ampeerin teholohkon antoteho heikkenee 35 ampeeriin 2,5-3,3 voltin lähtöjännitteillä, mikä vastaa 50 ampeerin SIP-moduulin antotehon heikkenemistä 1,8 voltilla ja samalla ilmavirralla.

Kuva 3. Lämpötilasta johtuvat antotehon heikkenemistä kuvaavat käyrät standardilla 50 ampeerin SIP-moduulilla osoittavat, että se menettää tehoaan jo 70 asteen lämpötilassa, vaikka tuuletukseen käytetään 500 lfm ilmavirtaa. Muratan teholohko ei 200 lfm:n viilennyksellä menetä antotehoaan yhtään.

Uusia ideoita

Muratan 45 ampeerin teholohko on jo markkinoilla, mutta yhtiö kehittää suuremman virran tuotteita. Nämä uudet konspetit on esitetty kuvassa 4. Ylhäällä vasemmalla on 60 ampeerin teholohkon konsepti, joka on kaksivaiheinen ratkaisu, jossa hyödynnetään kahta induktoria ytimen ympärillä. Tämä säästää sekä tilaa että kustannuksia, mutta sen ansiosta jäähdytyselementti voidaan littää suoraan fetteihin. 60 ampeerin toteutus vastaa kooltaan (1 x 0,5 tuumaa) ja nastoitukseltaan 45 ampeerin lohkoa, eli teho- ja virtatiheydessä päästään 33 prosentin parannukseen.

Kuvan oikeassa yläkulmassa on kaksivaiheinen 80 ampeerin konsepti, jonka koko on sama kuin 45 ja 60 ampeerin lohkoissa. Tässä teho- ja virtatiheys kasvaa 78 prosenttia 45 ampeerin lohkoa paremmaksi.

Kuva 4. Murata Power Solutionsin uusien, suurempivirtaisten teholohkojen konseptit. Alkaen vasemmalta ylhäältä: 60 ampeerin yksivaiheinen teholohko jäähdytyselementillä, 80 ampeerin kaksivaiheinen teholohko ja 120 ampeerin nelivaiheinen lohko alimpana.

Jänniteregulaattorimoduulin rakennuspalikat

Kuvan 4 alareunassa näkyvä 120 ampeerin yksikkö on nelivaiheinen ratkaisu, jonka mitat ovat hieman suuremmat eli 0,5 x 1,2 tuumaa. Tämä konsepti on erityisen kiinnostava monivaiheisten VRM- eli jänniteregulaattorimoduulien (voltage regulator module) toteutuksen kannalta.

Teholohkoja on tällä hetkellä tarjolla yksi- ja kaksivaiheisina konfiguraatioina, joissa kaksivaiheinen malli tuottaa kaksi itsenäistä, yksittäisesti ohjattavaa lähtöä. Vaihtoehtoisesti kaksi vaihetta voidaan limittaa, millä voidaan kaksinkertaistaa virta- ja tehotasot ja tuottaa alhaisempi lähtövirran väreily ja parempi vaste virranvaihteluihin (transient). Useita teholohkoyksiköitä voidaan operoida rinnakkain monivaiheohjaimilla, millä päästään 90, 135, 180 ja jopa tätä suurempiin virtoihin. Tällainen järjestely tuottaisi skaalattavan VRM-ratkaisun huomattavasti standardeja VRM-moduuleja joustavammassa kotelossa. Nelivaiheinen moduuli, joka tuottaisi 80 ampeeria vain 0,6 neliötuuman koossa haastaisi todella perinteiset, erillispiireihin pohjaavat VRM-toteutukset.

Kaksi nelivaiheista 80 ampeerin teholohkoa voidaan tuottaa 160 ampeeria cain 1,2 neliötuumassa. Tämä tekniikka on edelleen vasta idea-asteella, mutta teholohkojen räätälöinnillä idea on täysin toteutettavissa.

Lopuksi

Teholohko tuo suurten virtojen tehosovelluksissa monia etuja sekä suhteessa erillispiireihin pohjaavaan suunnitteluun että integroituihin POL-moduuleihin nähden, erityisesti korttialassa. Tuotteita on jo tarjolla 45 ampeeriin asti ja 60, 80 ja 120 ampeerin tuotteen ovat kehityksen alla. Räätälöidyt teholohkot ovat erityisen kiinnostavia VRM-sovellusten kannalta, sillä niissä voidaan saavuttaa erillisratkaisujen kanssa kilpailevia virtatiheyksiä samalla kun kehitykseen kuluva aika ja sen kustannukset, sekä riskit pienenevät. Tällä lähestymistavalla voidaan myös toteuttaa skaalautuvia ratkaisuja, joissa yleisiä emolevyjä voidaan käyttää erilaisten prosessorien kanssa erilaisten suorituskykyvaatimusten täyttämiseksi.

MORE NEWS

Pii on edelleen voimissaan sähköautoissa

Sähköautojen yleistyminen kiihtyy kovaa vauhtia, ja samalla kasvaa tarve tehokkaille ja luotettaville tehoelektroniikkaratkaisuille. Vaikka markkinoilla on viime vuosina puhuttu paljon piikarbidin (SiC) ja galliumnitridin (GaN) kaltaisista uusista puolijohdemateriaaleista, Infineon Technologies osoittaa, että myös perinteisellä piillä on edelleen merkittävä rooli sähköajoneuvojen voimansiirroissa.

Canatu haluaa kalvonsa laajemmille markkinoille

Canatu haluaa viedä läpinäkyvät, johtavat kalvonsa uusille markkina-alueille. Toimitusjohtaja Juha Kokkosen mukaan yhtiön tavoitteena on laajentaa hiilinanoputkikalvojen käyttöä ADAS-sovellusten ulkopuolelle kohti uusia, korkean lisäarvon markkinoita. - Tämä yhteiskehityshanke DENSOn kanssa on merkittävä askel kohti parempaa suorituskykyä, ja se avaa ovia aivan uudenlaisiin käyttökohteisiin, kuten esimerkiksi aurinkokennoihin, Kokkonen sanoo.

Varo Bluetoothin piilotettuja vaaroja!

Bluetooth on monelle tuttu ja kätevä tapa yhdistää laitteita langattomasti, olipa kyse sitten kuulokkeista, kaiuttimista tai älykodin laitteista. Mutta harva tietää, että tämä arkipäiväinen teknologia voi myös altistaa käyttäjänsä vakaville tietoturvauhkille.

Claude yrittää Google-käyttäjien Copilotiksi

OpenAI:n entisten työntekijöiden perustama Anthropic tuo tekoälyavustajansa syvälle Google Workspace -ympäristöön. Käytännössä Claude-tekoäly pyrkii tarjoamaan saman, mitä Microsoftin Copilot tekee 365-käyttäjille.

6,9 miljardin dollarin kauppa peruuntui

Amerikkalainen puolijohdevalmistaja onsemi on vetäytynyt yritysostoaikeistaan Allegro MicroSystemsin suhteen. Yhtiö ilmoitti tänään, ettei se enää jatka 6,9 miljardin dollarin arvoisen yrityskaupan tavoittelua. Tarjouksen mukaan onsemi olisi maksanut 35,10 dollaria käteisellä jokaisesta Allegron osakkeesta.

Jo 1800 laajennuskorttia mikroBUS-väylään

Sulautettujen ratkaisujen kehittäjä MIKROE on saavuttanut merkittävän virstanpylvään julkistamalla järjestyksessään 1800. Click-laajennuskortin mikroBUS-väylään. Uutuus on Stephano-I Click, ja se tuo WiFi- ja Bluetooth Low Energy -yhteydet helposti liitettäväksi mihin tahansa sulautettuun sovellukseen.

Ledivalojen hallinta täysin yhdelle sirulle

Novosense Microelectronics on julkaissut uuden NSUC1500-Q1 -piirin, joka integroi autojen ledipohjaisten valaistusjärjestelmien hallinnan täysin yhdelle sirulle. Uutuus tuo merkittäviä etuja autonvalmistajille ja moduulikehittäjille, jotka hakevat entistä pienempiä, älykkäämpiä ja energiatehokkaampia ratkaisuja sisä- ja ulkovalaistukseen.

Windows 10 -tuen loppuminen tuo kissanpäivät verkkorikollisille

Microsoftin ilmoitus Windows 10 -käyttöjärjestelmän tuen päättymisestä lokakuussa 2025 merkitsee suurta murroskohtaa tietoturvassa – mutta ei pelkästään käyttäjien näkökulmasta. Verkkorikollisille luvassa on nimittäin todelliset kissanpäivät, mikäli yritykset eivät nopeuta siirtymistä uudempiin järjestelmiin.

Auto tunnistaa digiavaimen pian pidemmän matkan päästä

STMicroelectronics on julkaissut uuden sukupolven NFC-lukijat, jotka mahdollistavat auton oven avaamisen digitaalisella avaimella jopa 70 % pidemmältä etäisyydeltä kuin aiemmat ratkaisut. Uudet ST25R500- ja ST25R501-vastaanottimet ovat suunniteltu erityisesti autoteollisuuteen, ja ne täyttävät Car Connectivity Consortiumin (CCC) Digital Key -standardin tiukat vaatimukset.

Piirisuunnittelun työkalujen myynti kasvoi lähes 5 miljardiin dollariin

Elektroniikkasuunnittelun (Electronic System Design, ESD) työkalujen maailmanlaajuinen myynti nousi ennätykselliseen 4,93 miljardiin dollariin vuoden 2024 viimeisellä neljänneksellä, kertoo SEMI-teknologiayhteisöön kuuluva ESD Alliance tuoreessa EDMD-raportissaan. Kasvua edellisvuoden vastaavaan ajanjaksoon nähden kertyi 11 prosenttia.

Intel myy yli puolet Alterasta, tekee isot tappiot

Intel on ilmoittanut myyvänsä 51 % omistuksestaan FPGA-valmistaja Alterassa pääomasijoitusyhtiö Silver Lakelle. Kaupan arvo perustuu 8,75 miljardin dollarin kokonaisarvostukseen Alteralle. Tämä tarkoittaa, että Intelin osuus myynnistä on noin 4,46 miljardia dollaria – huomattavasti vähemmän kuin yhtiö maksoi koko Alterasta vuonna 2015.

Eurooppalaiset autonvalmistajat lopettivat viennin Yhdysvaltoihin

Yhdysvaltojen autokauppa koki järistyksen, kun useat eurooppalaiset ja japanilaiset autonvalmistajat, kuten Audi, Jaguar Land Rover ja Mitsubishi, ilmoittivat keskeyttävänsä ajoneuvojen viennin Yhdysvaltoihin. Syynä on Trumpin hallinnon 2. huhtikuuta voimaan astunut 25 prosentin tullimaksu tuontiautoille ja osille.

Linux sopii kriittiseen sulautettuun laitteeseen

Yhä tiiviimmin verkottuneessa maailmassa, jossa kyberuhat ovat jatkuvasti läsnä, yritykset kohtaavat yhä enemmän haasteita suojellessaan järjestelmiään ja tietojaan kyberhyökkäyksiltä. KontronOS on IoT-turvallisuuteen kehitetty käyttöjärjestelmä.

FakeUpDates jatkaa riesojen kärjessä

Check Pointin tietoturvatutkijoiden mukaan FakeUpdates ja RansomHub hallitsivat haittaohjelmatilastoja maaliskuussa 2025. Samalla Lumma Stealer levisi ympäri maailmaa PDF-tiedostojen ja väärennettyjen Robloxpelien kautta.

Lisää huonoja uutisia Nokialle: verkkoihin investoidaan entistä vähemmän

Televerkkoinvestoinnit jatkoivat laskuaan vuonna 2024, mikä tuo lisää paineita alan laitevalmistajille – myös suomalaiselle Nokialle. Markkinatutkimusyhtiö Dell’Oro Groupin mukaan maailmanlaajuinen operaattoreiden langattomiin ja kiinteisiin verkkoihin tekemien investointien kokonaismäärä putosi viime vuonna 8 prosenttia. Samalla tietoliikennelaitteiden valmistajien tulot laskivat 11 prosenttia.

Uusi akku taipuu mihin muotoon tahansa

Linköpingin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet pehmeän, venyvän ja muotoiltavan akun, joka toimii jopa nestemäisenä. Akkua voi puristaa, venyttää tai muotoilla haluamaansa muotoon – ja se säilyttää silti toimivuutensa. Uusi materiaali mahdollistaa esimerkiksi sen, että akku voidaan pursottaa ulos 3D-tulostimesta ja valaa suoraan osaksi laitteen muotoilua.

OnePlus toi Watch 3:n “uudelleen”

OnePlus aloitti Watch 3 -älykellonsa virallisen myynnin Suomessa ja muualla Euroopassa viime viikolla, hieman yllättävästi uudelleen. Julkaisun alkuperäinen aikataulu helmikuussa meni uusiksi, kun kellon takakannesta löytynyt kirjoitusvirhe viivästytti toimituksia. Nyt korjattu versio on saapunut jälleenmyyjille.

Ruotsalaisyritys tuo Rust-kielen Volvoon

Ruotsalainen teknologiayritys Grepit on auttanut Volvoa ja Polestaria tuomaan uuden ohjelmointikielen, Rustin, osaksi sähköautojensa sisäisiä järjestelmiä. Kyseessä on maailman ensimmäinen sarjatuotannossa käytettävä ECU (ajoneuvon ohjausyksikkö), joka on ohjelmoitu kokonaan Rustilla.

GaN voittaa taistelun tehomarkkinoista

SiC vai GaN vai MOSFET vai IGBT:t? Jokaisella on oma paikkansa. Power Integrations uskoo galliumnitridiin teknologiana. Lopulta se valtaa markkinat aina satojen kilowattien teholuokkiin asti.

Aurinkosähkö hiipui alkuvuonna

Sähköteknisten tuotteiden tukkumyynnin arvo laski alkuvuonna 1,1 prosenttia verrattuna vuoden takaiseen ajanjaksoon, kertoo Sähköteknisen Kaupan Liitto ry (STK) tuoreessa tilastossaan. Tammi–maaliskuussa 2025 tukkumyynnin arvo oli 255 miljoonaa euroa.

Linux sopii kriittiseen sulautettuun laitteeseen

Yhä tiiviimmin verkottuneessa maailmassa, jossa kyberuhat ovat jatkuvasti läsnä, yritykset kohtaavat yhä enemmän haasteita suojellessaan järjestelmiään ja tietojaan kyberhyökkäyksiltä. KontronOS on IoT-turvallisuuteen kehitetty käyttöjärjestelmä.

Lue lisää...

Joskus yksittäinen komponentti voi olla vaarallinen takaovi

Yritykset investoivat valtavasti kyberturvallisuuteen suojatakseen verkkojaan ja sovelluksiaan. Silti, kaikista suojaustoimista huolimatta, verkkorikolliset onnistuvat vuosi vuodelta entistä paremmin. Miten tämä on mahdollista, kysyy Lenovon tietoturva-asiantuntija Steven Antoniou?

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
R&S -seminaari: 6G
Oulussa 13.5.2025 (rekisteröidy)
Espoossa 14.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Aerospace & Defence Testing
Tampereella 5.6.2025. Tiedustelut asiakaspalvelu@rohde-schwarz.com
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 
 
article