ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ECF26 infobanner

IN FOCUS

AI-agentit tuovat älykkään automaation piirien ja piirilevyjen suunnitteluun

Puolijohde- ja piirilevysuunnittelun seuraavaa vaihetta määrittävät kaksi rinnakkaista tavoitetta. Ensinnäkin halutaan kasvattaa suunnittelutyökalujen suorituskykyä. Lisäksi on tärkeää parantaa suunnittelijoiden tuottavuutta.

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

ETN

top top square
top top square
TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

TECHNICAL ARTICLES

Piikarbidi tuo lisää tehoa energian varastointiin

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 14.08.2023
  • Devices
  • Power

Akkuihin voidaan varastoida uusiutuvista lähteistä, kuten auringosta ja tuulesta tuotettua energiaa huippuaikoina, jolloin energiaa voidaan käyttää silloin, kun ympäristöolosuhteet ovat epäsuotuisat energiantuotannon kannalta. Yksi varastoinnin suorituskykyä parantava tekniikka on piikarbidi eli SiC.

Artikkelin on kirjoittanut Kane Jia, joka toimii sovellusmarkkinointi-insinöörinä onsemillä.

Tässä artikkelissa tarkastellaan asuin- ja kaupallisten akkuenergian varastointijärjestelmien (BESS, battery energy storage systems) topologioita ennen kuin esittelemme onsemin EliteSiC-ratkaisuja, jotka voivat parantaa BESS:n suorituskykyä silikoni-MOSFET- tai IGBT-kytkimien tilalle.

Kuva 1: Akkutallennusjärjestelmän toteutuksen yleiskuva.

Energian varastoinnin edut

Neljä yleisimmin käytettyä energian varastointimenetelmää ovat sähkökemiallinen, kemiallinen, lämpö ja mekaaninen. cakut, joka on tunnetuin sähkökemiallinen varastointijärjestelmä, ovat tehotiheydeltään ja energiatehokkuudeltaan korkeita, kooltaan kompanteja ja modulaarisia. Lisäksi kyse on kypsästä akkutekniikasta, mikä tekee siitä luotettavan ja edullisen. Litiumioniakkujen jatkuvasti laskeva hinta lisää niiden käyttöä energian varastointijärjestelmissä. Verkkoon liitettynä tai ei, aurinkoinvertterijärjestelmien käyttö yhdessä akkuvaraston kanssa tarjoaa monia etuja koti- ja yrityskäyttäjille. Näitä ovat:

  • Hinnoittelu: energian varastointi alentaa sähkökustannuksia, kun sähkön tuottajien hinta on korkeampi.
  • Omavaraisuus: energian varastointi vähentää (tai poistaa) riippuvuutta verkosta.
  • Varavirtalähde: varastoitu sähkö tarjoaa vaihtoehdon verkkovirtakatkon sattuessa.

Varastointijärjestelmä sisältää tyypillisesti neljä päärakennusosaa:

  • Ladattava akkumoduuli koostuu telineeseen asennetuista akkukennoista, joiden nimellisjännite on 50 V - yli 1000 V.
  • Akunhallintajärjestelmä (BMS) suojaa ja hallitsee ladattavia akkuja varmistaen, että ne toimivat turvallisten käyttöparametrien sisällä.
  • Virranmuunnosjärjestelmä (PCS) yhdistää akun verkkoon ja kuormaan ja on merkittävä tekijä järjestelmän kustannusten, koon ja yleisen suorituskyvyn suhteen.
  • Energianhallintajärjestelmä (EMS) on ohjelmisto valvoo, ohjaa ja optimoi tuotanto- tai siirtojärjestelmää.
Asuinalueen akkuvarasto

Varastojen kanssa käytetyt tehonmuunnosjärjestelmät luokitellaan sen mukaan, miten ne kytkevät energiaa (AC tai DC) ja myös tehotason mukaan (asuinalue tai kaupallinen). DC-kytketty järjestelmä tai hybridi-invertteri vaatii vain yhden tehonmuunnosvaiheen. Vaikka vaihtovirtaan kytketty energiavarasto on helppo päivittää olemassa oleviin aurinko- tai tuulijärjestelmiin, se vaatii ylimääräisen virranmuunnosvaiheen akun lataamiseksi ja purkamiseksi, ja siksi enemmän tehoa voidaan menettää. Esimerkiksi asuinrakennuksen sähkönmuuntojärjestelmä voidaan lisätä olemassa olevaan aurinkoinvertterijärjestelmään, jotta tuotettua energiaa voidaan käyttää vara-akun lataamiseen tai kodinkoneiden virransyöttöön.

Kuva 2. Asuinalueen AC- (vasemmalla) ja DC-kytkentäinen (oikealla) varasto.

Kaksisuuntainen DC-DC-muunnin yhdistää akun ja DC-linkin. Yksivaiheisen järjestelmän väyläjännite on yleensä alle 600 V, eikä lataus- ja purkausteho ylitä 10 kW. Tässä buck-boost-muunnin on yleisin kaksisuuntainen DC-DC-topologia, koska se vaatii vähemmän komponentteja ja on helppo hallita. Kaksi 650 V IGBT:tä tai MOSFETia rinnakkaisilla diodeilla riittää tämän tyyppiseen kaksisuuntaiseen järjestelmään. Esimerkiksi onsemin FGH4L75T65MQDC50 650 V FS4 IGBT integroidulla SiC-diodilla tarjoaa alhaiset johtavuus- ja kytkentähäviöt tässä sovelluksessa.

Kuva 3: Kaksisuuntaisen DC-DC:n buck-boost.

Eristäminen voi varmistaa akkuvaraston käyttäjien turvallisuuden, ja kaksoisaktiivinen siltamuunnin (DAB) tai CLLC-topologiat tarjoavat eristettyjä kaksisuuntaisia DC-DC-muunninratkaisuja alustoille. Kaskadikäyttöinen etupään buck-boost-piiri voi tarjota laajemman valikoiman tulo- ja lähtöjännitteitä, jos akun jännitteessä tapahtuu merkittävää vaihtelua. Tämä lähestymistapa alentaa myös loistehoa ja suurentaa pehmeän kytkentävyöhykkeen kokoa. Onsemin komponenteista 150 voltin NTP5D0N15MC N-kanavan mosfet (Shield Gate PowerTrench MOSFET) on ihanteellinen näille topologioille.

Kolmivaiheinen on vakiovirtalähde liike- ja liiketiloissa sekä kodeissa, joissa tehotarve on korkeampi. Kolmivaiheisten sovellusten tehokytkimien on kestettävä käyttöjännite ja virrat, jotka pystyvät toimittamaan jopa 15 kW:n ja korkeamman DC-välipiirin jännitteen kuin asuinrakennuksissa (jopa 1000 V). Tämä voidaan toteuttaa korvaamalla aiemmin tarkastelut 650 V kytkimet 1200 V laitteilla mahdollisesti osana kolmitasoista symmetristä buck-boost -topologiaa. Näin saadaan pienemmät kytkentähäviöt, koska vain puolet lähtöjännitteestä näkyy kytkimissä ja diodeissa. Tällä on myös se etu, että se vaatii pienempiä keloja ja parantaa EMI-suorituskykyä. Valitettavasti tämä lähestymistapa vaatii enemmän komponentteja, mikä lisää suunnittelun monimutkaisuutta, ohjausta ja järjestelmäkustannuksia.

Kaupalliset varastot

Kaupallisen energian varastointijärjestelmän syöttö- ja lähtötehoalue on tyypillisesti 100 kW ja 2 MW välillä. Nämä suuret laitokset voivat koostua useista kolmivaiheisista osajärjestelmistä, joiden teho vaihtelee kymmenistä kilowateista yli 100 kilowattiin. Näissä järjestelmissä kriittinen määritys on suurin DC-jännite, joka riippuu olemassa olevan aurinkojärjestelmän väyläjännitteestä tai akun jännitteestä. Tavallisten kaupallisten aurinkoinvertterien DC-väyläjännite on tyypillisesti 1100 V, mutta se voi olla jopa 1500 V sähkölaitosluokassa. Tietyllä tehotasolla DC-väylän jännitteen lisääminen vähentää virtaa ja siten alentaa liitäntäkaapelin kustannuksia.

AC-kytkentäisiä järjestelmiä käytetään yleisemmin kaupallisissa akkuvarastoissa, koska ne voidaan helposti lisätä olemassa olevaan suunnitteluihin. DC-kytkentäisissä järjestelmissä on suhteellisen korkeat vaatimukset sähköasennukselle erityisesti kaupallisissa tapauksissa, koska ne on kytkettävä DC-väylään, joka on yleensä alkuperäisen järjestelmän sisällä ja jolla on korkea jännite ja virta. Kolmitasoinen I-NPC on topologia, jota käytetään yleisesti invertterien kanssa suuritehoisissa teollisuussovelluksissa. Siinä on neljä kytkintä, neljä käänteisdiodia ja kaksi kuristindiodia, joiden läpilyöntijännite on pienempi kuin todellinen DC-välipiirin jännite. Näin 650 V kytkimet ovat riittävät 1100 V järjestelmässä.

Kuva 4: Kolmivaiheinen I-NPC -topologia.

Kolmitasoisten topologioiden käytöllä on useita etuja. Ensinnäkin niillä on pienemmät kytkentähäviöt (suhteessa kytkimiin ja diodeihin syötetyn jännitteen neliöön). Toiseksi niissä on pienempi virran aaltoilu (ripple) ja huipusta huippuun -jännite on puolet kokonaislähdöstä, mikä helpottaa suodatusta pienemmällä ja halvemmalla kelalla. Lopuksi johdettu EMI, joka liittyy virranaaltoiluun vähenee, samoin kuin säteilypäästöt. Päivitys A-NPC-topologiaan tarjoaa entistä paremman suorituskyvyn, koska se korvaa kaksi puristusdiodia kahdella pienemmän häviön aktiivisella kytkimellä. Tässä rakenteessa ajurien pariliitos ja viiveen sovitus ovat kuitenkin kriittisiä, mikä voi olla haitta joissakin sovelluksissa.

SiC-ratkaisut parantavat akuston suorituskykyä

SiC tarjoaa ylivoimaiset suorituskykyominaisuudet piihin verrattuna: leveämmän kaistaeron, suuremman läpilyöntikentän voimakkuuden ja korkeamman lämmönjohtavuuden. Nämä ominaisuudet mahdollistavat piikarbidi- eli SiC-laitteiden toiminnan korkeammilla taajuuksilla ilman, että lähtötehoa on laskettava induktorin koon kasvaessa. SiC:n käytön tehostaminen voi joissain tilanteissa mahdollistaa myös luonnollisen jäähdytyksen puhaltimen sijaan.

Onsemin 650 V NTH4L015N065SC1 ja NTBL045N065SC1 EliteSiC MOSFETit ovat erinomaisia valintoja piipohjaisten kytkimien korvaamiseen energian varastointijärjestelmäsovelluksissa, kun käytetään 1200 V NXH40B120MNQ0 (dual boost), NP2H40B120MNQ0 (half boost), NP2H40B120MNQ0 (half boost) ja NP2H40Pack10M-piirejä. Integroitu EliteSiC-moduuli voi tuottaa vielä suurempia tehotiheyksiä suuremmissa järjestelmissä. Onsemi tarjoaa myös useita muita komponentteja, mukaan lukien hilaohjaimet, virtatunnistinvahvistimet ja ethernetin MACPHY-ohjaimet, joita voidaan käyttää akkuvarastointisovelluksissa.

MORE NEWS

Tekoäly ei mahdu yhteen rautamuottiin

ETN - Technical articleTekoäly siirtyy pilvestä koneisiin, kameroihin, antureihin ja robotteihin. Reunalla yksi laitteistoratkaisu ei kuitenkaan sovi kaikkeen, vaan suorituskyky on sovitettava mallin, datan ja käyttökohteen mukaan.

Oskilloskooppi ryhtyy tehoanalysaattoriksi

Rohde & Schwarz tuo kolmivaihetehon analyysin suoraan MXO-sarjan oskilloskooppeihin. Uusi ohjelmisto näyttää tehon lisäksi myös sen, mitä jännite- ja virtakäyrissä todella tapahtuu – eikä vian syytä tarvitse enää metsästää kahdella eri mittalaitteella.

Tekoäly nosti Nokian kasvuun

Nokian liikevaihto kasvoi toisella neljänneksellä yhdeksän prosenttia ilman valuuttakurssien vaikutusta. Kasvun moottoriksi nousivat tekoäly- ja pilvipalveluasiakkaat, joille suuntautunut myynti yli kaksinkertaistui vuodessa. Samalla Nokia sai näiltä asiakkailta uusia tilauksia 2,8 miljardilla eurolla.

Samsungin Fold8 yrittää korvata kolme laitetta

Samsungin uusi Galaxy Z Fold8 on suunniteltu toimimaan puhelimena, tablettina ja lukulaitteena samassa paketissa. Yhtiö on muuttanut näytön mittasuhteita sen mukaan, miten laitetta käytetään eri tilanteissa. Suomessa ajatus voi saada vastakaikua, sillä joka viides kuluttaja haluaisi älypuhelimensa korvaavan mahdollisimman monta muuta laitetta.

OnePlus sulaa Euroopassa OPPOksi myös ohjelmistotasolla

OnePlus lopettaa uusien tuotte-Amerikassa. Nykyinen käyttäjäkunta pyritään kuitenkin pitämään konsernin sisällä. OPPO ottaa vastuulleen tuen, houkuttelee suomalaisia Find-sarjan puhelimiin 200 euron alennuksella ja kansainvälisten tietojen mukaan siirtää OnePlus-laitteet vähitellen ColorOS-käyttöjärjestelmään.

USB-avain korvaa salasanan ja allekirjoittaa sähköisesti

Infineonin uusi turva-avain ei tyydy vain kirjautumaan käyttäjän puolesta. SECORA ID Key S USB yhdistää samaan USB- ja NFC-laitteeseen salasanattoman FIDO2-tunnistautumisen, PKI-varmenteet ja hyväksytyn sähköisen allekirjoituksen. Avoimen Java Card -ympäristön ansiosta valmistajat voivat lisäksi ohjelmoida avaimeen omia sovelluksiaan.

UWB-piiri korvaa erillisen läsnäoloanturin

Infineon yhdistää tarkkaan paikannukseen käytettävän UWB-radion ja läsnäolotunnistuksen samalle piirille. Uusi AIROC TSL100 voi esimerkiksi avata auton, päätellä käyttäjän olevan auton sisä- tai ulkopuolella sekä tunnistaa matkustajan, jalan liikkeen tai tunkeutujan ilman erillistä anturijärjestelmää.

Anturiton ohjaus valtaa autojen tehoelektroniikkaa

ETN - Technical articleBLDC-moottorien yleistyessä autoteollisuus etsii skaalautuvia ratkaisuja niiden hiljaiseen ja tehokkaaseen ohjaukseen. Toshiban SmartMCD-ohjainperhe kattaa nyt tehoalueet muutamista wateista kilowattiin.

Donut Labin kennon jännite on säädettävissä

Donut Lab on jatkanut I Donut Believe -videosarjaansa, jossa he avaavat CES-messuilla esitellyn kiinteän elektrolyytin akkutekniikkansa saloja. Tällä viikolla esiteltiin kennon bipolaarisuutta, jonka ansiosta kennon jännite on säädettävissä sovelluksen tarpeen mukaan.

Tekoäly muuttaa elektroniikkajakelun pelisääntöjä

ETN - Technical articleTekoäly on jo selkeästi ohittanut kokeiluvaiheen. Avnet Insights 2026 -selvityksen mukaan tekoäly on monilla elektroniikan aloilla jo mukana käytössä olevissa tuotteissa, ja sen soveltaminen yleistyy nopeasti kaikkialla EMEA-alueella.

Nokian AI-radio lupaa kaksinkertaistaa taajuuksien kapasiteetin

Nokia tuo tekoälykiihdyttimet osaksi radioverkon perustaajuuslaskentaa. Yhtiön mukaan uusi AI-RAN-alusta voi parantaa taajuuksien käytön tehokkuutta yli 100 prosenttia vuoteen 2028 mennessä. Käytännössä operaattori voisi siirtää samalla taajuuskaistalla jopa kaksinkertaisen määrän dataa ilman koko radioverkon uusimista.

Samsungin perus-SSD yltää lähes PCIe 4 -huippuihin

Samsung tuo lippulaivaluokan siirtonopeudet kuluttajille tarkoitettuun SSD-perusmalliinsa. Uusi Samsung 990 lukee dataa parhaimmillaan 7 250 megatavua sekunnissa eli yltää lähelle PCIe 4.0 x4 -liitännän käytännön suorituskykyrajaa.

Tekoälyagentti voidaan kaapata projektitiedostolla

Tekoälyagenttien kyky lukea projektin ohjeita ja liittää uusia työkaluja automaattisesti on samalla uusi ohjelmistojen toimitusketjuriski. Check Point Researchin mukaan tavallinen Markdown- tai JSON-tiedosto voi ohittaa agentin turvarajat, käynnistää komentoja ja liittää siihen haitallisen MCP-palvelimen ennen kuin kehittäjä ehtii nähdä varoitusta.

Joko tämä piiri tekee Teslasta täysautomaattisen?

Tesla on saanut valmiiksi seuraavan sukupolven AI5-tekoälyprosessorinsa suunnittelun. Piirin on määrä antaa yhtiön tuleville autoille moninkertaisesti nykyistä enemmän laskentatehoa, mutta yksin se ei tee Teslasta autonomista. AI5 voi kuitenkin poistaa robottiauton tieltä yhden keskeisen esteen, eli auton oman tietokoneen rajallisen suorituskyvyn.

Ensimmäiset HDMI 2.2 -laitteet tulevat markkinoille tänä vuonna

HDMI 2.2 -standardi julkistettiin jo viime vuonna, mutta ensimmäiset sitä tukevat kuluttajalaitteet ovat vasta tulossa markkinoille. Uusi liitäntä kaksinkertaistaa HDMI 2.1:n maksimikaistan 96 gigabittiin sekunnissa, mutta samalla televisioiden ja näyttöjen ominaisuuksien vertailusta tulee aiempaa hankalampaa.

Lämpösäteilyä voidaan ohjelmoida

Osaka Metropolitan Universityn johtama tutkijaryhmä on simuloinut rakennetta, jolla lämpösäteilyn suuntaa ja voimakkuutta voidaan ohjata ja valittu toimintatila säilyttää ilman jatkuvaa virransyöttöä. Kyse ei vielä ole valmistetusta komponentista, vaan laskennallisesti mallinnetusta GST–InAs-metamateriaalirakenteesta.

Yksi piiri vie jarrut kohti ohjelmistopohjaista ohjausta

Autojen jarrujärjestelmät ovat siirtymässä mekaanisista ja hydraulisista ratkaisuista kohti ohjelmiston ohjaamia brake-by-wire-arkkitehtuureja. Muutos näkyy nyt myös pyörän yhteyteen sijoitettavassa elektroniikassa, jossa tehonhallinta, anturidata ja turvatoiminnot integroidaan yhä tiiviimmin samalle piirille.

Natriumakku saavutti Teslan kennot valmistuksessa

Kiinalainen Hina Battery on ottanut natriumioniakuissa merkittävän kehitysaskeleen. Saksalaisen RWTH Aachenin tutkijoiden tekemä riippumaton analyysi osoittaa, että yhtiön kaupallinen natriumkenno on valmistuslaadultaan samalla tasolla kuin nykyiset litiumioniakut. Energiatiheydessä natriumakku jää kuitenkin vielä selvästi jälkeen Teslan ja muiden huippuluokan litiumakkujen kennoista.

Millimetriaallot tuovat 3D-tarkastuksen pakkauslinjalle

Rohde & Schwarz tuo laadunvalvontaan millimetriaaltoskannerin, joka näkee kartongin, muovin ja laminoitujen pakkausmateriaalien läpi ilman ionisoivaa säteilyä. R&S Imager muodostaa suljetusta pakkauksesta 3D-kuvan, jota voidaan käyttää tekoälypohjaisessa virheentunnistuksessa suoraan tuotantolinjalla.

Jolla iskee tekoälyn avaamaan rakoon kännykkämarkkinassa

Jolla ei yritä haastaa Applea ja Googlea vanhassa älypuhelinpelissä. Yhtiön mukaan tekoäly muuttaa koko kännykkämarkkinan, kun sovellukset siirtyvät taustalle ja käyttöjärjestelmästä tulee käyttäjän datan ja AI-agenttien portinvartija. Tässä muutoksessa Jolla näkee uuden mahdollisuutensa.

box mobil 1
box mobil 1
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Tekoäly ei mahdu yhteen rautamuottiin

ETN - Technical articleTekoäly siirtyy pilvestä koneisiin, kameroihin, antureihin ja robotteihin. Reunalla yksi laitteistoratkaisu ei kuitenkaan sovi kaikkeen, vaan suorituskyky on sovitettava mallin, datan ja käyttökohteen mukaan.

Lue lisää...

OPINION

Halpa koodi oli vain välivaihe

Tekoäly lupasi tehdä ohjelmistokehityksestä halvempaa. Nyt koodia syntyy enemmän kuin koskaan, mutta Gartner varoittaa toisesta suunnasta. Kun koodin generoimisen arvo lähestyy nollaa, todellinen kustannus siirtyy tokeneihin, katselmointiin ja vastuun kantamiseen.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Tekoäly ei mahdu yhteen rautamuottiin
  • Oskilloskooppi ryhtyy tehoanalysaattoriksi
  • Tekoäly nosti Nokian kasvuun
  • Samsungin Fold8 yrittää korvata kolme laitetta
  • OnePlus sulaa Euroopassa OPPOksi myös ohjelmistotasolla

NEW PRODUCTS

  • Bluetooth haastaa UWB:n etäisyysmittauksessa
  • 6 watin DC/DC-muunnin mahtuu tuuman koteloon
  • Lisäkortilla 10 megabitin 4G-yhteys IoT-laitteisiin
  • Yksi anturi korvaa neljä mikrokytkintä autossa
  • Murata kutisti 100 voltin autokondensaattorin 0805-kokoon
 
 

Section Tapet