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...

Piikarbidiin perustuvan SiC-tekniikan avulla sähköenergian siirtäminen verkosta sähköautoon voidaan suorittaa hyvällä hyötysuhteella erityisesti korkeilla jännitetasoilla. Piikarbidin ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta voidaan suunnitella entistä kevyempiä ja luotettavampia latausjärjestelmiä kompaktiin kokoon.

Artikkelin kirjoittaja Kevin Keller toimii tuotelinjapäällikkönä onsemi-yhtiössä.

Sähköautot ovat saamassa yhä laajempaa hyväksyntää eri muodoissa (hybridi, täyssähkö) niiden toimintasäteeseen edelleen liittyvästä ’ahdistuksesta’ huolimatta. Autoteollisuus jatkaa työskentelyä toimintamatkojen pidentämiseksi ja latausaikojen lyhentämiseksi vähentääkseen käyttöönoton kasvua hidastavia tekijöitä.

Sähköauton lataustapa vaikuttaa merkittävästi ajoneuvon käytettävyyteen ja mukavuuteen. Koska käytettävissä on vain rajallinen määrä suuritehoisia latausasemia, huomattava osa sähköautojen omistajista luottaa edelleen lataamisessa ajoneuvon omaan sisäiseen OBC-laturiin (On Board Charger). OBC:n suorituskyvyn parantamiseksi autonvalmistajat etsivät uusia lataustekniikoita muun muassa piikarbidikytkimistä (SiC).

Seuraavassa tarkastellaan OBC-laturin merkitystä ja sitä, kuinka puolijohdekytkimissä tapahtunut nopea kehitys on vienyt niiden suorituskyvyn aivan uudelle tasolle.

Käyttövoiman vaihtoehdot

Nykyään markkinoilla on laaja valikoima ajoneuvojen käyttövoimajärjestelmiä: yksinomaan polttomoottorilla (ICE) toimivista perinteisistä ajoneuvoista hybridimalleihin, jotka käyttävät polttomoottoria ja sähkövoimaa yhdistettynä (xHEV), aina täysin sähköisiin ajoneuvoihin (xEV) asti. XHEV-ajoneuvot jaetaan vielä kahteen ryhmään: kevythybrideihin (MHEV) ja täyshybrideihin (FHEV).

MHEV-autot luottavat ensisijaisesti polttomoottoriin, mutta niissä on myös pieni akku (yleensä 48 V). Ne eivät kuitenkaan voi toimia pelkästään sähköllä, mutta niiden sähkömoottori auttaa vähentämään hieman polttoaineenkulutusta.

Täyshybridit eli FHEV-autot tarjoavat parannettua joustavuutta, sillä ne voivat saumattomasti yhdistää polttomoottorin ja sähkömoottorin, joka saa virtansa akusta (toimii yleensä 100-300 voltin jännitealueella). FHEV-auto lataa myös akkujaan regeneratiivisen jarrutuksen avulla. Se kerää jarrutuksen aikana muuten hukkaan menevää energiaa talteen hyötysuhteen parantamiseksi.

Kaikki xEV-autot, mukaan lukien lataushybridit ja pelkästään akkua käyttävät sähköautot (BEV), on varustettu regeneratiivisella jarrujärjestelmällä. Suuren akkukapasiteetin vuoksi ne ovat kuitenkin vahvasti riippuvaisia OBC-lataustekniikasta.

Kuva 1. Nykyään on tarjolla monenlaisia sähköautoja: kevythybridi (MHEV), täyshybridi (FHEV), lataushybridi (PHEV) ja pelkästään akkua hyödyntävä täyssähköauto (BEV).

Latausjärjestelmät

Yksinkertaisimmillaan lataamiseen ei tarvita juuri muuta kuin kaapeli, jolla sähköauton OBC-laturi liitetään tavalliseen pistorasiaan (yleensä vaaditaan maasulkusuojaus). Vaikka nämä enimmäkseen asuinrakennuksissa käytettävät Level 1 -tason järjestelmät (tai SAE AC Level 1, kuten standardissa J1772 on määritelty) ovat käteviä, ne toimivat vain noin 1,2 kilowatin teholla ja kykenevät lisäämään ajomatkaa parhaimmillaan noin kahdeksan kilometriä lataustuntia kohden1).

Tason 2 (tai SAE AC Level 2) järjestelmät sen sijaan syöttävät yleensä kolmivaihevirtaa verkosta, ja niitä nähdään yleisimmin julkisissa rakennuksissa sekä erilaisten liiketilojen yhteydessä. Niiden jopa 22 kilowatin syöttöteholla auton ajomatkaa voidaan lisätä enimmillään yli 140 kilometriä lataustuntia kohden.

Sekä tason 1 että tason 2 laturit syöttävät vaihtovirtaa sähköautolle, joten OBC-laturi on välttämätön, jotta AC-syöttö saadaan muunnettua DC-lähdöksi akun lataamista varten. Suurin osa tällä hetkellä käytettävistä latureista on tason 2 laitteita.

Keskenään vaihtokelpoiset suuritehoiset DC-laturit, jotka tunnetaan nimellä Level 3, SAE Level 1 & 2 DC tai IEC Mode 4, syöttävät tasavirtaa ja voivat ladata akkua suoraan, joten OBC-laturia ei tarvita. Näiden DC-laturien tehotasot vaihtelevat 50 kilowatista yli 350 kilowattiin, mikä mahdollistaa tyhjän akun lataamiseen 80 prosenttiin täydestä varaustasosta jopa 15-20 minuutissa. Ottaen huomioon korkeat tehotasot ja sähköverkon edellyttämät inframuutokset, pikalatauspisteiden määrä on edelleen melko rajallinen, vaikka se kasvaakin nopeasti.

Monet autonvalmistajat ovat parhaillaan siirtymässä 400 voltin akuista 800 voltin akkuihin. Tämän muutoksen päämääränä on laajentaa sähköautojen toiminta-aluetta parantamalla niiden hyötysuhdetta, lisäämällä suorituskykyä, tarjoamalla nopeampaa latausta sekä vähentämällä kaapeleiden ja akkujen painoa.

OBC-laturin rakenne

Tyypillisesti OBC on kaksiasteinen tehomuunnin, jossa on tehokertoimen korjausaste (PFC), jota seuraa eristetty DC-DC-muunnin. On syytä huomata, että eristämätön kokoonpanokin on mahdollinen, mutta sitä käytetään harvoin. PFC-aste tasasuuntaa AC-syötön, varmistaa tehokertoimeksi yli 0,9 ja muodostaa reguloidun väyläjännitteen DC-DC-muuntimelle.

Muutaman viime vuoden aikana kaksisuuntaisten järjestelmien kysyntä on kasvanut merkittävästi. Näiden järjestelmien avulla sähköajoneuvot voivat kääntää tehonsyötön suunnan päinvastaiseksi eli akusta takaisin latauslähteeseen. Tämä tukee useita eri tarkoituksia kuten sähköverkon kuormituksen dynaamista tasapainotusta (V2G: ajoneuvosta verkkoon) tai sähkökatkosten hallintaa (V2L: ajoneuvosta kuormaan).

Perinteisessä PFC-lähestymistavassa käytetään tasasuuntaavaa diodisiltaa yhdessä boost-muuntimen kanssa. Diodisilta muuttaa vaihtojännitteen tasajännitteeksi, minkä jälkeen boost-muunnin nostaa jännitteen tasoa. Tämän peruspiirin paranneltu versio on lomitettu boost-rakenne, jossa useita muunninasteita on kytketty rinnakkain aaltoiluvirran vähentämiseksi ja hyötysuhteen parantamiseksi. Nämä PFC-topologiat hyödyntävät piipohjaisia ratkaisuja kuten superliitos-mosfettejä (SJ-MOSFET) ja alhaisen myötäjännitteen (Vf) omaavia diodeja.

Leveän energiakaistojen välin (WBG) omaavien, erityisesti piikarbidiin perustuvien tehokytkimien ilmestyminen saataville on mahdollistanut uusien suunnittelumenetelmien kehittämisen, koska SiC-kytkimien etuina ovat alhaisemmat kytkentähäviöt, pienempi RDS(on)-arvo ja nopean elpymisajan omaava runkodiodi.

Ilman siltakytkentää toimiva ns. toteemirakenne on saavuttanut suosiota keski- ja suuritehoisissa PFC-sovelluksissa (tyypillisesti 6,6 kW tai enemmän). Kuva 2 havainnollistaa tätä rakennetta, jossa hidas haara (Q5-Q6) kytkee verkkotaajuudella (50-60 Hz) ja nopea haara (Q1-Q4) muokkaa virtaa, nostaa jännitetasoa ja toimii korkeammalla taajuudella (yleensä 65-110 kHz) kovan kytkennän toimintamuodossa. Vaikka sillaton toteemirakenne parantaa merkittävästi hyötysuhdetta ja vähentää tehokomponenttien määrää, se lisää kytkennän monimutkaisuutta ohjauksen kannalta.

Kuva 2. Sillattomasti kytketty toteemirakenne.

DC-DC-asteessa hyödynnetään yleensä eristettyä topologiaa, jossa käytetään muuntajaa eristämiseen, ja päätavoitteena on säätää lähtöjännitteen tasoa akun varaustilan perusteella. Vaikka puolisilta-rakennetta voitaisiin hyödyntää, vallitsevat ratkaisut perustuvat nykyään pääasiassa DAB-muuntimiin (Dual-Active-Bridge). Näitä ovat esimerkiksi resonanssimuuntimet (LLC, CLLC) ja vaihesiirrettyyn täyssiltaan perustuvat PSFB-muuntimet (Phase-Shifted Full Bridge).

Resonanssimuuntimet ovat viime aikoina saaneet merkittävää huomiota lukuisten etujensa ansiosta. Näitä ovat muun muassa laaja pehmeän kytkennän toiminta-alue, kyky kaksisuuntaiseen toimintaan ja helposti muuntajan yhteyteen integroitava resonanssikela.

Kuva 3. Kaksisuuntainen DC-DC-muunnin mahdollistaa tehon palauttamisen akusta sähköverkkoon kysyntähuippujen aikana.

Piikarbidia OBC-sovelluksiin

Piikarbidipohjaiset 650 voltin SiC-kytkimet ovat ensisijainen valinta 400 voltin akuille. 800 voltin arkkitehtuureissa korkeammat jännitevaatimukset edellyttävät kuitenkin 1200 voltin nimellisjännitteelle suunniteltujen kytkimien käyttämistä.

Piikarbidin ottamista käyttöön OBC-latureissa voidaan perustella sen poikkeuksellisella suorituskyvyllä useiden eri tunnuslukujen suhteen. SiC-kytkimen ainutlaatuisia ominaisuuksia ovat erinomaiset arvot pinta-alaan suhteutetun RDS(on)-resistanssin, kytkentähäviöiden, runkodiodin elpymisen ja läpilyöntijännitteen suhteen. Näiden etujen ansiosta SiC-pohjaiset ratkaisut voivat toimia luotettavasti myös tavallista korkeammissa lämpötiloissa.

Näitä erinomaisia ominaisuuksia hyödyntämällä voidaan päästä entistä kevyempiin ja energiatehokkaampiin laiteratkaisuihin. Järjestelmissä voidaan yltää yhä korkeampaan tehotasoon (jopa 22 kW), jonka saavuttaminen perinteisillä piipohjaisilla ratkaisuilla (IGBT, SJ-MOSFET) olisi hyvin epäkäytännöllistä.

Vaikka sähköauton tehokkaammalla OBC-laturilla ei ole suoraa vaikutusta ajoneuvon toimintasäteeseen, sillä on tärkeä rooli toimintamatkan synnyttämän ’ahdistuksen’ lieventämisessä, kun latausaikoja voidaan lyhentää merkittävästi. Siksi OBC-laturien tehotasoja halutaan edelleen nostaa nopeamman latauksen saavuttamiseksi.

SiC-tekniikalla on tärkeä tehtävä näiden järjestelmien energiatehokkuuden parantamisessa, kun sähkön siirtäminen verkosta ajoneuvoon voidaan varmistaa hyvällä hyötysuhteella ilman energiahukkaa. Tämän ansiosta voidaan suunnitella entistä kevyempiä ja luotettavampia OBC-latureita kompaktiin kokoon.

 

Viitteet

1)Lataustuntia kohti pidentyvän ajomatkan arvioinnissa oletetaan, että ajoneuvon energiankulutus on noin 13 kWh/100 km.

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