logotypen
 
 

IN FOCUS

IP suojaan ulkoiseen muistiin

Monet markkinoilla olevat mikro-ohjaimet tarjoavat tallennuskapasiteettia muutamien megatavujen verran, mikä vaikuttaa merkittävästi tuotteen hintaan. Sopiva vaihtoehtoinen ratkaisu on käyttää ulkoista muistia, jota voidaan hankkia suuremmissa määrissä selvästi edullisempaan hintaan ja useilla eri kapasiteettivaihtoehdoilla – yleensä muutamasta megatavusta satoihin megatavuihin.

Lue lisää...

Piikarbidi eli SiC päihittää piipohjaiset ratkaisut huippunopeissa kytkentäsovelluksissa. Eri valmistajien SiC-MOSFETeilla on kuitenkin eroja eri parametrien suhteen. Onsemin kehittämä M3S-tekniikka tarjoaa erinomaisen suorituskyvyn ja alhaiset häviöt, mikä varmistaa koko järjestelmälle suuren tehotiheyden ja korkean hyötysuhteen.

Artikkelin kirjoittaja Fatih Cetindag toimii onsemi-yhtiön Automotive Power -divisioonassa sovellusinsinöörinä. 

Piikarbidilla (SiC) on korkeampi dielektrinen läpilyöntilujuus, energiakaistojen väli ja lämmönjohtavuus kuin piillä (Si). Näitä ominaisuuksia tehoelektroniikan suunnittelijat voivat hyödyntää kehittääkseen energiatehokkaampia muuntimia, joiden tehotiheys on suurempi kuin piipohjaisiin IGBT-kytkimiin perustuvilla muuntimilla. Näissä sovelluksissa johtavuus- ja kytkentähäviöiden minimointi suurilla taajuuksilla vaatii kytkintransistorin, jolla on alhainen RDS(on) -arvo ja pieni runkodiodin estosuunnan elpymisvaraus (Qrr).

Seuraavassa tarkastellaan kytkinkomponenttien karakterisointitestien ja -simulaatioiden tuloksia kolmivaiheisissa PFC-muuntimissa (Power Factor Correction), jotka on toteutettu käyttäen kahta erilaista SiC MOSFETia pakattuina TO247-4L-koteloon. Toinen testatuista komponenteista kuuluu onsemin uuteen EliteSiC M3S -perheeseen, joka on optimoitu toimimaan vähäisin kytkentähäviöin. Toinen taas on kilpailijan vastaava komponentti. Niiden datalehdistä poimitut perusparametrit nähdään taulukossa 1.

Tämän lisäksi käsitellään myös sitä, kuinka kytkintransistorien eri parametrit vaikuttavat niiden suhteelliseen suorituskykyyn.

MOSFETin tehohäviöiden merkitys

Kytkinkomponenttien tehohäviöt voidaan luokitella johtavuus- ja kytkentähäviöihin. Kytkentähäviöt aiheutuvat nousu- ja laskuajoista, koska virran tai jännitteen tasoa ei voida muuttaa välittömästi. Teho-MOSFETin jännitteen ja virran nousu- ja laskuajat määräytyvät sen mukaan, kuinka nopeasti kytkimen loiskapasitanssit varautuvat ja purkautuvat. Lisäksi runkodiodin estosuunnan elpymisvaraus vaikuttaa myös kytkentähäviöihin.

Sen sijaan johtavuushäviöt ilmenevät, kun kytkin on saatettu on-tilaan eli johtaa virtaa. Kytkintransistorin dynaamiset parametrit määräävät kytkentähäviöt, kun taas johtavuushäviöt liittyvät staattisiin parametreihin. Näitä parametreja tutkimalla suunnittelijat voivat saada käsityksen kytkinkomponentin suorituskyvystä suhteessa tehohäviöiden määrään.

Kytkentähäviöistä eniten vastuussa ovat kytkintransistorin hajakapasitanssit (Coss, Ciss ja Crss) sekä runkodiodin estosuuntainen elpymisvaraus (Qrr). Sitä vastoin merkittäviä johtavuushäviöitä aiheuttavia tekijöitä ovat RDS(on) ja VSD (runkodiodin jännitehäviö).

Dynaaminen karakterisointitestaus

Aluksi kaksoispulssia hyödyntävät dynaamiset karakterisointitestit suoritettiin kuvan 1 testauspiirillä eri olosuhteissa vertaamaan kummankin MOSFETin kriittisiä parametreja. Sen jälkeen suoritettiin kolmivaiheinen PFC-simulaatio, jolla verrattiin koko järjestelmän energiatehokkuutta kummallakin MOSFETilla.

Kuva 1. Kaksoispulssia hyödyntävän testauspiirin pelkistetty kaavio.

 

Taulukko 1. Kahden testatun SiC MOSFETin tekniset tiedot datalehdistä.

Staattisten parametrien vertailu

Resistanssiarvo RDS(on) ja jännitearvo VSD (runkodiodin jännitehäviö) ovat kriittisimmät staattiset parametrit ja testissä ne karakterisoitiin useissa eri olosuhteissa. Onsemin valmistama NVH4L022N120M3S testattiin kilpailijan A valmistamaa vaihtoehtoista SiC MOSFETia vastaan.

Taulukossa 2 nähtävät tulokset osoittavat, että onsemin SiC MOSFET saavutti erinomaisen suorituskyvyn pienemmällä VSD-arvolla kaikilla virroilla ja kaikissa lämpötiloissa. Nämä mittaustulokset takaavat sille alhaisemmat johtavuushäviöt.

Taulukko 2. Runkodiodin jännitehäviön (VSD) vertailu eri testausolosuhteissa.

Johtavan tilan resistanssiarvo RDS(on) on toinen kriittinen parametri, jota voidaan käyttää kytkinkomponentin johtavuushäviöiden ennustamiseen. Siksi tämä parametri on karakterisoitu kummallekin komponentille 25°C ja 175°C liitoslämpötiloissa. RDS(on)-arvon mittaukset on tehty kahdella eri hila-lähdejännitteellä (15 ja 18 V) käyttäen 300 mikrosekunnin pituista johtavuuspulssia. Testien tulokset osoittavat, että kilpailijalla A on hieman pienempi RDS(on) kaikissa testiolosuhteissa, mikä merkitsee näissä liitoslämpötiloissa hieman pienempiä johtavuushäviöitä kuin M3S:llä.

Kuva 2. Testattujen MOSFETien RDS(on)-arvojen vertailu 25°C (vas.) ja 175°C (oik.) liitoslämpötiloissa.

Dynaamiset parametrit

Vähemmistövarauksenkuljettajien puuttuminen SiC MOSFETista tarkoittaa, että häntävirrat (tail current) eivät haittaa sen suorituskykyä kuten IGBT-transistorilla. Tämän ansiosta sen kytkentähäviöt sammutusvaiheessa ovat merkittävästi pienemmät. Lisäksi SiC-kytkimellä on vähäisempi estosuunnan elpymisvaraus kuin pii-MOSFETilla, mikä tarkoittaa alhaisempia virtapiikkejä ja kytkentähäviöitä päälle kytkettäessä.

Tulokapasitanssi (Ciss), lähtökapasitanssi (Coss), estosuunnan siirtokapasitanssi (Crss) ja estosuunnan elpymisvaraus (Qrr) ovat ne parametrit, jotka pääasiassa vaikuttavat kytkentähäviöihin ja joiden alhaisemmat arvot johtavat yleensä pienempiin häviöihin.

Kytkentäsovelluksissa nielu-lähdejännite on merkittävästi yli 6 volttia kytkentätransienttien aikana, ja siksi korkeiden jännitteiden alue on kytkentää kuvaavien käyrien kriittinen osa. Onsemin MS3:n kapasitanssiarvot (Ciss, Coss ja Crss, kuva 3) ovat pienemmät silloin, kun VDS on yli 6 volttia. Tämä tarkoittaa, että sen käynnistys- ja sammutushäviötkin ovat pienemmät kuin kilpailijalla A.

Kuva 3. Kapasitanssien Ciss, Coss ja Crss vertailu.

 Kummankin transistorin kytkentäenergiahäviöt on mitattu käyttäen kaksoispulssitestiä useilla kuormitusvirroilla lämpötiloissa 25°C ja 175°C, kuten kuvista 4 ja 5 nähdään. Testaus suoritettiin seuraavissa olosuhteissa:

  • Vin = 800 V
  • RG = 4,7 Ω
  • VGS_on = +18 V
  • VGS_off = -3 V
  • ID = 5 – 100 A

Kilpailijaan A verrattuna M3S:n kytkentähäviöt olivat keskimäärin 5% pienemmät (25°C) ja 9% pienemmät (175°C), kun kuormitusvirrat vaihtelivat välillä 10 – 100 A. Suurin etu syntyy ylivoimaisesta suorituskyvystä EON-häviöiden suhteen, mikä taas on onsemin kehittämän M3S-prosessitekniikan ansiota.

Kuva 4. Kytkentäenergiahäviöiden vertailu 25°C lämpötilassa.

 

Kuva 5. Kytkentäenergiahäviöt 175°C lämpötilassa.

Kuten aiemmin mainittiin, MOSFETin estosuunnan elpymiskäyttäytyminen vaikuttaa myös kytkentähäviöihin. Tämä parametri on testattu olosuhteissa, joissa ID = 40 A ja di/dt = 3 A/ns (RG-arvot säädettyinä samalle di/dt-arvolle) 25°C lämpötilassa. Testitulokset osoittavat, että M3S:llä on parempi estosuunnan elpymisen suorituskyky kuin kilpailijalla A lyhyemmän elpymisajan, alhaisemman elpymisvarauksen ja vähäisemmän elpymisenergian ansiosta.

 

Kuva 6. M3S:n (vas.) ja kilpailijan A (oik.) estosuunnan elpymishäviöiden vertailu.

Simulointi autojen topologioissa

Boost-tyyppinen PFC-muunnin sekä kaksi kelaa ja kondensaattorin sisältävä LLC-piiri ovat suosittuja piiritopologioita ajoneuvojen sisäänrakennetuissa latureissa ja HV-luokan DC/DC-muuntimissa. Kolmivaiheinen boost-tyypin PFC-topologia sisältää kuusi kytkinkomponenttia, kun taas täyteen siltaan kytketyssä LLC-topologiassa on neljä kytkintransistoria sekä synkroninen tasasuunnin toisiopuolella.

Kuva 7. Vasemmalla boost-tyyppinen kolmivaiheinen PFC-muunnin ja oikealla täyssillaksi kytketty LLC-piiri.

Johtavuus- ja kytkentähäviöiden arvioimisen jälkeen seuraavaksi suoritettiin kolmivaiheisen boost-tyypin PFC-piirin simulointi (PSIM-ohjelmistoa käyttäen) koko järjestelmän energiatehokkuuden eli hyötysuhteen vertaamiseksi. Simulointi tehtiin käyttäen kumpaakin MOSFET-tyyppiä erikseen seuraavissa olosuhteissa:

  • VaLL = VbLL = VcLL = 400 V
  • fline = 50 Hz
  • RG = 4,7Ω
  • VOUT = 800 V
  • fSW = 100 kHz
  • POUT = 11 kW (max)

Simulaation tulokset osoittavat, että M3S-kytkintä hyödyntävä kolmivaiheinen boost-tyypin PFC-järjestelmä on energiatehokkaampi kaikissa toimintapisteissä kuin kilpailijan A valmistamaa kytkintä käyttävä, muilta osin samanlainen järjestelmä.

Kuva 8. Simuloitu estimaatio kertoo järjestelmän hyötysuhteen eri tehotasoilla.

Paras valinta kytkentäsovelluksiin

SiC-komponentit tarjoavat lukuisia etuja tehoelektroniikan sovelluksiin perinteisiin piipohjaisiin transistoreihin verrattuna: parempi hyötysuhde, pienemmät kytkentä- ja johtavuushäviöt sekä kyky toimia suuremmilla taajuuksilla. Tämä mahdollistaa suurempaan tehotiheyteen yltävän suunnittelun.

Vastaavaan kilpailevaan komponenttiin verrattuna onsemin SiC-transistoritekniikka M3S tarjoaa kytkentäsovelluksiin erinomaisen suorituskyvyn. Etuina ovat korkeatasoiset suoritusarvot ETOT, Qrr, VSD ja koko järjestelmän energiatehokkuus.

M3S-tekniikka on räätälöity vastaamaan sähköajoneuvojen suuritaajuisten kytkentäsovellusten vaatimuksia. Sovelluskohteita ovat esimerkiksi autojen sisäiset laturit sekä suurella jännitetasolla toimivat DC/DC-muuntimet. M3S-perheen MOSFETit on suunniteltu saavuttamaan optimaalinen tasapaino johtavuus- ja kytkentähäviöiden välillä, mikä tekee niistä oivan ratkaisun tehokerrointa korjaaviin PFC-muuntimiin ja muihin kovan luokan kytkentäsovelluksiin.

MORE NEWS

PDF:stä tuli suosittu tapa hyökätä sähköpostiin

Kyberrikolliset ovat löytäneet uuden, tehokkaan keinon kiertää tietoturvasuojaukset: PDF-tiedostot. Check Point Researchin tuoreen tutkimuksen mukaan jo 22 % haitallisista sähköpostiliitteistä on PDF-muodossa. Samalla 68 % kyberhyökkäyksistä alkaa edelleen sähköpostista, mikä tekee PDF:stä entistä houkuttelevamman hyökkäysvälineen.

Uuden sirun avulla kännykkä voi tietää sijaintinsa sentin tarkkuudella

Nykyisten GPS-järjestelmien tarkkuus on vain muutamia metrejä, mutta uusi teknologia voi viedä paikannuksen tarkkuuden senttimetriluokkaan. Purdue Universityn ja Chalmersin teknillisen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet sirupohjaisen aaltokampatekniikan, joka voi mullistaa navigoinnin, autonomiset ajoneuvot ja tarkat mittausjärjestelmät.

Uusi salaus suojaa jo tämän päivän kuituyhteyksiä kvanttikoneilta

Kvanttitietokoneiden uhka nykyiselle tietoturvalle on herättänyt huolta laajasti: tulevaisuudessa ne voivat murtaa laajasti käytössä olevat salausmenetelmät. Nyt Karlsruhen teknillisen instituutin (KIT) tutkijat ovat kehittäneet ratkaisun, joka tuo kvanttiturvallisen salauksen jo olemassa oleviin kuituyhteyksiin – ilman kalliita erikoislaitteita.

Tekoäly alkaa valvoa Pohjoismaihin tulevaa dataa

Tiedon valtaväylistä Pohjoismaissa vastaava GlobalConnect ottaa käyttöön kehittyneen tekoälypohjaisen valvontajärjestelmän. Yhtiö investoi ScienceLogicin alustan käyttöönottoon, jonka avulla voidaan reaaliaikaisesti seurata verkon toimintaa ja ratkaista ongelmia ennen kuin ne ehtivät vaikuttaa käyttäjiin.

Uusi fotonipiiri kiihdyttää tekoälyn prosessoinnin huippunopeuteen

Amerikkalainen teknologia-alan yritys Lightmatter on julkaissut uudenlaisen fotoniikkaan perustuvan superpiirin, joka lupaa mullistaa tekoälyn infrastruktuurin. Passage M1000 -niminen piiri mahdollistaa ennennäkemättömän nopean tiedonsiirron tekoälylaskennassa, avaten tien entistä suuremmille ja tehokkaammille AI-malleille.

Trumpin politiikka voi nostaa seuraavan iPhonen hintaa jopa 40 prosenttia

USA Todayn mukaan Applen iPhonet saattavat kallistua jopa 43 prosenttia Yhdysvaltain presidentin Donald Trumpin uusien tullien seurauksena. Trump ilmoitti keskiviikkona laajasta uudesta tullisuunnitelmasta, jonka tavoitteena on vauhdittaa yhdysvaltalaista tuotantoa. Tämä sisältää 34 prosentin lisätullit Kiinasta tuotaville tuotteille, mikä nostaa kokonaistullin 54 prosenttiin – korkeimmaksi Yhdysvaltain historiassa Kiinaa kohtaan.

Tänä vuonna jo joka viides uusi auto kulkee sähköllä

Sähköautojen suosio jatkaa kasvuaan haasteista ja epäilyksistä huolimatta. Uusimpien tilastojen mukaan vuonna 2025 jo 18 % maailmanlaajuisista autokaupoista kohdistuu sähköautoihin – kolme kertaa enemmän kuin viisi vuotta sitten.

Microsoft lähti liikkeelle 50 vuotta sitten BASIC-tulkista

Microsoft juhlii tänä vuonna 50-vuotista taivaltaan, ja juhlan kunniaksi yhtiön perustaja Bill Gates julkaisi alkuperäisen ohjelmakoodin, joka käynnisti koko teknologiayrityksen – Altair BASIC -tulkin. Gatesin mukaan kyseessä on "siistein koodi, jonka olen koskaan kirjoittanut".

Rohde lisäsi tehoa EMC-mittauksiin

Rohde & Schwarz on julkaissut päivitetyn version ELEKTRA-ohjelmistostaan, joka tuo lisää tehoa ja automaatiota EMC-mittauksiin. Uusi ohjelmistoversio tukee kaikkia ajankohtaisia EMC-standardeja eri toimialoilla – mukaan lukien kaupallinen elektroniikka, autoteollisuus, langattomat järjestelmät, puolustus ja ilmailu.

Tekoäly vaikuttaa lähes joka toiseen työpaikkaan

Tekoäly on nopeasti nousemassa maailman talouksien uudeksi moottoriksi – ja murroksen keskiössä ovat työmarkkinat. YK:n kauppa- ja kehitysjärjestön (UNCTAD) tuoreen Technology and Innovation Report 2025 -julkaisun mukaan jopa 40 prosenttia maailman työpaikoista on alttiina tekoälyn vaikutuksille. Se voi tarkoittaa joko työn automatisointia tai sitä, että työtehtävät muuttuvat perustavalla tavalla.

Tamperelaissiru purkaa useampia audiovirtoja kuin mikään muu prosessori

Tamperelainen VLSI Solution on julkaissut uuden sukupolven audioprosessorin, joka asettaa uudet standardit äänenkäsittelylle sulautetuissa järjestelmissä. VS1073-uutuuspiiri pystyy purkamaan ja käsittelemään enemmän äänenpakkausmuotoja kuin mikään muu prosessori markkinoilla – mukaan lukien uudet tuetut formaatit kuten ALAC, DSD, Opus ja AC-3.

Uusi LUMI-supertietokone yllättää: kylkeen tulee kvanttitietokone

Suomeen rakennetaan maailman tehokkainta tekoälysupertietokonetta, ja sen rinnalle kehitetään nyt myös täysin uusi kvanttilaskenta-alusta. LUMI AI Factory -hankkeen johtaja Pekka Manninen vahvistaa, että uusi huippuluokan laskentaympäristö käynnistyy keväällä 2027.

Samsungin uusin tuo tekoälyn jäässä oleville tablettimarkkinoille

Tablettimarkkinat hakevat suuntaa, mutta Samsung uskoo tekoälyyn. Yhtiö julkaisi 2. huhtikuuta uuden Galaxy Tab S10 FE -sarjan, joka tuo älykkäät ominaisuudet yhä useamman käyttäjän ulottuville. Vaikka markkina kokonaisuudessaan junnaa lähes paikallaan, Samsung pyrkii herättelemään sitä AI-pohjaisella tuottavuudella ja kevyellä muotoilulla.

Trumpin tullit aiheuttavat suurta epävarmuutta puolijohdealalla

Yhdysvaltain presidentti Donald Trump on ilmoittanut uusista tullipolitiikoista, jotka uhkaavat horjuttaa puolijohdeteollisuuden globaaleja toimitusketjuja. Trumpin hallinto on määrännyt 10 prosentin perustullin kaikkiin tuontituotteisiin ja jopa 32 prosentin tullit valikoiduille maille, kuten Taiwanille. Vaikka Taiwanin puolijohteet ovat toistaiseksi tullivapaita, alan toimijat elävät epävarmuudessa mahdollisista tulevista muutoksista.

Maailman ensimmäisessä MEMS-kompassissa ei ole liikkuvia osia

Ranskalainen teknologiayritys SBG Systems on esitellyt maailman ensimmäisen MEMS-pohjaisen gyrokompassin, joka kykenee määrittämään suunnan ilman GNSS-apua ja täysin ilman liikkuvia osia. Tämä inertianavigoinnin läpimurto avaa uuden luvun tarkassa ja kompaktissa paikannuksessa, erityisesti merenkulun ja robotiikan sovelluksissa.

Cadence demosi eurooppalaisvoimin kehitettyä ajoneuvojen SoC-piiriä

Euroopassa pitäisi vähentää riippuvuutta sekä kiinalaisesta että amerikkalaisesta tekniikasta. Muutaman viikon takaisilla Nürnbergin Embedded World -messuilla nähtiinkin tähän suuntaan kasvavia versoja. Esimerkiksi Cadence ja saksalainen Dream Chip Technologies esittelivät uuden sukupolven älykkään SoC-järjestelmäpiirin ajoneuvosovelluksiin.

LUMI-tekoälytehdas on yksi ensimmäisiä Euroopassa

LUMI-tekoälytehdas avaa uuden luvun eurooppalaisessa tekoälyn kehityksessä yhdistämällä huipputeknologian, asiantuntijuuden ja yhteistyön ainutlaatuiseksi kokonaisuudeksi. Tekoälyhubin fyysiset tilat sijoittuvat Espoon Otaniemeen Aalto-yliopiston yhteyteen, ja laskennan ydin toimii Kajaanissa, missä nykyinen LUMI-supertietokone tarjoaa maailmanluokan suorituskykyä tekoälykehitykselle.

Jyväskylän ylioppilaskylään maailman nopein opiskelijanetti

Kotimainen valokuituyhtiö Lounea toteutti Jyväskylän yliopiston ylioppilaskunnan Soihtu-asuntoihin huippumodernit nettiyhteydet. Opiskelijakylä nousi kerralla maailman kärkeen tarjoamalla asukkailleen poikkeuksellisen nopeat verkkoyhteydet. 

Painetun elektroniikan tutkija TactoTekin teknologiajohtajaksi

Oululaistaustainen elektroniikkayhtiö TactoTek on nimittänyt tekniikan tohtori Pälvi Apilon uudeksi teknologiajohtajakseen. Apilo on ollut osa TactoTekin asiantuntijatiimiä vuodesta 2018 ja toiminut viimeksi yhtiön ennakoinnin ja tutkimuksen johtajana.

Linuxista tulee parempi pelaajille

Linux-kernelin tuore 6.14-päivitys lupaa merkittäviä suorituskykyparannuksia Windows-pelejä pelaaville Linux-käyttäjille. Ytimeen on tuotu parannettu NTsync-ajuri, jonka ansiosta Wine- ja Proton-yhteensopivuuskerrosten kautta ajettavat pelit voivat hyötyä jopa satojen prosenttien teholisästä tietyissä tilanteissa.

Maksupäätteen kosketusnäyttö vaatii vahvan tietoturvan

Kosketusnäyttö on olennainen osa jokaista nykyaikaista maksujärjestelmää ja myyntipisteen POS-päätettä (point of sale terminal). Sen tietoturvaan on kiinnitettävä erityistä huomiota.

Lue lisää...

Tekoäly vaikuttaa lähes joka toiseen työpaikkaan

Tekoäly on nopeasti nousemassa maailman talouksien uudeksi moottoriksi – ja murroksen keskiössä ovat työmarkkinat. YK:n kauppa- ja kehitysjärjestön (UNCTAD) tuoreen Technology and Innovation Report 2025 -julkaisun mukaan jopa 40 prosenttia maailman työpaikoista on alttiina tekoälyn vaikutuksille. Se voi tarkoittaa joko työn automatisointia tai sitä, että työtehtävät muuttuvat perustavalla tavalla.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
 R&S -seminaari: 5G Advanced & Beyond
Oulussa 13.5.2025
Espoossa 14.5.2025
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025

Seminaareihin ilmoittautuminen ja tiedustelut:
asiakaspalvelu@rohde&schwarz
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 

ETNinsta

THIS SPACE TEMPORARILY LEFT BLANK
 
article