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...

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

Jättirahoitus GenAI-softakehitykseen

Business Finland on myöntänyt Jyväskylän yliopistolle merkittävän, 840 000 euron rahoituksen tutkimushankkeelle, jonka tavoitteena on tutkia generatiivisen tekoälyn (GenAI) hyödyntämistä ohjelmistokehityksen eri vaiheissa. Hanke kantaa nimeä Generative AI for the Software Development Life Cycle, ja sen kokonaisbudjetti Jyväskylän yliopiston osalta on 1,2 miljoonaa euroa, josta 30 prosenttia katetaan yliopiston omarahoituksella.

Raidejokerin lähestymisestä varoitetaan sanallisesti

Helsingin kaupungin innovaatioyhtiö Forum Virium Helsinki on käynnistänyt vuoden mittaisen pilottikokeilun, jossa testataan uudenlaista varoitusjärjestelmää Viikin pikaraitiotien ylityspaikalla. Järjestelmä varoittaa jalankulkijoita ja pyöräilijöitä sekä äänimerkein että sanallisesti lähestyvästä raidejokerin junasta.

Ensimmäistä kertaa grafiikka- ja AI-laskenta samalla RISC-V-prosessorilla

Imagination Technologies on esitellyt uuden E-Series-arkkitehtuurin, joka yhdistää grafiikka- ja tekoälylaskennan ensimmäistä kertaa samaan RISC-V-prosessoriin pohjautuvaan IP-lohkoon. Uutuus avaa tietä tehokkaammille, joustavammille ja energiaa säästäville reunalaitteille – älypuhelimista robottiautoihin.

Aurinkokennokalvo voi tehdä rakennuksista sähköntuottajia

Rakennusten ikkunat ja julkisivut voivat tulevaisuudessa toimia sähköntuottajina, kiitos Luulajan teknillisen yliopiston tutkimukselle. Uudenlainen ohut aurinkokennokalvo yhdistää sähköntuotannon, ympäristöystävällisyyden ja läpinäkyvyyden – ilman kompromisseja rakennusten estetiikassa tai luonnonvalon hyödyntämisessä.

Kenelle Samsungin veitsenterävä uutuus on tarkoitettu?

Samsungin odotettu Galaxy S25 Edge on virallisesti julkaistu, ja 5,8 millimetrin paksuisena se ottaa haltuunsa tittelin "maailman ohuimpana täysiverisenä älypuhelimena". Kyse on hienosta insinööritaidon näytöstä: titaanirunko, keraaminen lasi ja huipputason kamera- sekä tekoälyominaisuudet on mahdutettu hämmästyttävän solakkaan koteloon.

Selain on yritysten tietoturvan sokea piste

Yritykset nojaavat yhä enemmän verkkoselaimiin päivittäisessä työssään, mutta samalla altistuvat vakaville tietoturvauhille. NordLayerin kyberturva-asiantuntijan mukaan perinteiset selaimet muodostavat tietoturvan sokean pisteen, jota on vaikea valvoa ja suojata – erityisesti pienemmissä organisaatioissa, sanoo NordLayerin asiantuntija Edvinas Buinovskis.

FakeUpdates vaikutti 6 prosentissa organisaatioita

Tietoturvayritys Check Point Software Technologies on julkaissut huhtikuun 2025 haittaohjelmakatsauksensa. Raportin mukaan FakeUpdates jatkoi maailman yleisimpänä haittaohjelmana, vaikuttaen 6 prosenttiin organisaatioista maailmanlaajuisesti. Suomessa sen esiintyvyys oli 4,02 prosenttia.

Yksi ainoa molekyyli parantaa kennon suorituskykyä 0,6 prosenttia – ja sillä on merkitystä

Uusi kansainvälinen tutkimus osoittaa, että synteettinen molekyyli nimeltä CPMAC voi merkittävästi parantaa perovskiittipohjaisten aurinkokennojen tehokkuutta ja käyttöikää. Vaikka hyötysuhde parani vain 0,6 prosenttia, sillä on todellista merkitystä: suuressa mittakaavassa, kuten yhden gigawatin aurinkovoimalassa, se voi tuottaa tarpeeksi lisäenergiaa jopa 5000 kotitaloudelle.

Intel katkaisee linkin grafiikan ja CPU:n väliltä

Intel on virallisesti lopettanut Deep Link -teknologiansa kehityksen ja tuen, lopettaen näin kunnianhimoisen yrityksen yhdistää prosessorin ja näytönohjaimen voimat tiiviimmäksi kokonaisuudeksi.

Autojen tutkapiiri kutistui, teho kasvoi kaksinkertaiseksi

NXP Semiconductors on julkaissut uuden sukupolven tutkapiirin, joka mullistaa autonomisten ajoneuvojen tutkajärjestelmät. Uusi S32R47-imaging-tutkaprosessori tarjoaa jopa kaksinkertaisen suorituskyvyn edeltäjäänsä verrattuna ja mahtuu silti 38 prosenttia pienempään fyysiseen tilaan.

Vuoden lopulla jo 240 watin USB-lataus suoraan pistokkeesta

Pistorasiaan integroitava USB-lataus on siirtymässä täysin uudelle aikakaudelle. Brittiläinen tehoelektroniikkayritys Pulsiv on kehittänyt ensimmäisen valmiin ratkaisun, joka mahdollistaa jopa 240 watin USB-C-latauksen suoraan tavallisesta seinäpistokkeesta. Kyseessä on merkittävä tekninen läpimurto, joka voi muuttaa tapaa, jolla kannettavat tietokoneet, älypuhelimet ja jopa pienet kodinkoneet tai sähkötyökalut ladataan kotona ja työpaikoilla.

Omdia: Puolijohteet uuteen ennätykseen

Vuosi 2024 oli puolijohdeteollisuudelle historiallinen, sillä alan liikevaihto nousi Omdian mukaan 25 prosenttia edellisvuodesta ja ylsi ennätykselliseen 683 miljardiin dollariin. Kasvun moottorina toimi erityisesti tekoälyyn liittyvä kysyntä, joka nosti muistipiirien myynnin huikeaan 74 prosentin kasvuun.

Uusi standardi parantaa Bluetoothin tietoturvaa

Bluetooth-teknologia on saanut merkittävän päivityksen, joka parantaa käyttäjien yksityisyyttä ja laitteiden virrankulutusta. Bluetooth Special Interest Group (SIG) on julkaissut uuden Bluetooth Core Specification 6.1 -version, jossa keskeisenä uutuutena on satunnaistettu laiteosoitteiden päivitys – askel kohti vaikeammin jäljitettävää langatonta viestintää.

Tesla kiertää työsaartoa Ruotsissa suomalaisyrityksen kautta

Tesla on ajautunut erikoiseen selkkaukseen Ruotsin ay-liikkeen kanssa, ja yhtiö on nyt ryhtynyt kiertämään työtaistelutoimia suomalaislähtöisen yrityksen avulla. Kyseessä on ahvenanmaalainen ACS-konserni (Automation & Charger Solar), joka on aloittanut Teslan superlatureiden asennukset Ruotsissa kesken laajaa ay-liikkeen tukemaa saartoa.

Tehoelektroniikan PCIM oli suurempi kuin koskaan aikaisemmin

Nürnbergissä tällä viikolla järjestetty PCIM Expo & Conference 2025 ylitti odotukset niin laajuudeltaan kuin sisällöltään. Tapahtuma kasvoi tänä vuonna kuuteen näyttelyhalliin ja kattoi yhteensä 41 500 neliömetriä – enemmän kuin koskaan aiemmin. Näyttely houkutteli paikalle 685 näytteilleasettajaa ja noin 16 500 kävijää eri puolilta maailmaa.

Tuki uudelle USB4:lle laajenee

Testaus- ja simulaatiojärjestelmistään tunnettu Keysight Technologies on julkaissut päivitetyn version System Designer for USB -työkalustaan. Uusin versio tukee nyt USB4 v2-standardia, mikä mahdollistaa uusimpien USB-teknologioiden hyödyntämisen jo suunnitteluvaiheessa.

Python jyrää: Suosio ennätyslukemissa

Python ei ole vain suosituin ohjelmointikieli maailmassa – se on nyt suositumpi kuin yksikään kieli yli 20 vuoteen. Samalla kieli kehittyy entisestään, sillä toukokuussa julkaistu Python 3.14 -beta tuo mukanaan nipun merkittäviä uudistuksia, jotka tekevät kielen käytöstä entistäkin miellyttävämpää ja tehokkaampaa.

RedCap vie IoT:n todelliseen 5G-aikaan

5G RedCap -teknologia on suunniteltu kuromaan umpeen kuilua energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden verkkojen välillä, avaten tien uuden sukupolven IoT-laitteille. Tutustu, miten tämä teknologia mullistaa 5G-ekosysteemin ja vie IoT-sovellukset täysin uudelle tasolle.

Infineon sai vihreää valoa Dresdenin uudelle tehtaalle

Infineon Technologies on saanut Saksan liittovaltion talousministeriöltä lopullisen rahoituspäätöksen uuden, huipputeknologiaan keskittyvän puolijohdetehtaan rakentamiseksi Dresdeniin. Yritys investoi Smart Power Fab -nimiseen tuotantolaitokseen yli viisi miljardia euroa omia varojaan. Hanke tuo arviolta 1000 uutta työpaikkaa alueelle.

Nokian uusi kuituratkaisu korvaa kuparikaapelit

Nokia on julkistanut uuden Aurelis Optical LAN -ratkaisunsa, joka tarjoaa yrityksille kehittyneen ja pitkäikäisen vaihtoehdon perinteisille kuparipohjaisille lähiverkoille. Uusi kuitutekniikka vähentää merkittävästi kaapelointia ja energiankulutusta, tarjoten samalla huippunopeaa ja luotettavaa verkkoyhteyttä tulevaisuuden tarpeisiin.

RedCap vie IoT:n todelliseen 5G-aikaan

5G RedCap -teknologia on suunniteltu kuromaan umpeen kuilua energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden verkkojen välillä, avaten tien uuden sukupolven IoT-laitteille. Tutustu, miten tämä teknologia mullistaa 5G-ekosysteemin ja vie IoT-sovellukset täysin uudelle tasolle.

Lue lisää...

Selain on yritysten tietoturvan sokea piste

Yritykset nojaavat yhä enemmän verkkoselaimiin päivittäisessä työssään, mutta samalla altistuvat vakaville tietoturvauhille. NordLayerin kyberturva-asiantuntijan mukaan perinteiset selaimet muodostavat tietoturvan sokean pisteen, jota on vaikea valvoa ja suojata – erityisesti pienemmissä organisaatioissa, sanoo NordLayerin asiantuntija Edvinas Buinovskis.

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