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...

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

Traficom varoittaa: myös .fi-pääte voi viedä huijaussivulle

Suomalaiset verkkosivustot, joilla on .fi-pääte, koetaan usein turvallisiksi. Aika ajoin ilmenee kuitenkin tapauksia, joissa tätä luottamusta on pyritty hyväksikäyttämään. Kyberturvallisuuskeskus kehottaakin tarkkaavaisuuteen myös .fi-osoitteiden kanssa.

Haluatko murtautua yrityksen verkkoon? Se maksaa vain 500 dollaria

Pimeässä verkossa käydään vilkasta kauppaa yritysverkkoihin murtautumisesta ja hinnat ovat yllättävän edullisia. Tietoutrvayritys Check Pointin uunituoreen raportin mukaan rikolliset voivat ostaa pääsyn yritysten sisäverkkoihin jopa 500 dollarilla.

Maailman pienin lidar painaa vain 50 grammaa

Sony Image Sensing Solutions on julkistanut maailman pienimmän ja kevyimmän lidar-etäisyysanturin. Uusi AS-DT1-malli hyödyntää dToF-teknologiaa (Direct Time of Flight) ja painaa vain 50 grammaa. Moduulin mitat ovat vain 29 x 29 x 31 millimetriä.

Apple aikoo kiertää Trumpin tullimaksut

Apple pyrkii välttämään jopa 145 prosentin tullit Kiinasta tuoduista tuotteista siirtämällä iPhone-tuotantoaan Intiaan ja nopeuttamalla logistiikkaansa, kertovat Reuters ja MarketWatch. Yhtiö on Reutersin mukaan lennättänyt viime viikkojen aikana noin 600 tonnia iPhoneja – arviolta 1,5 miljoonaa kappaletta – Intiasta Yhdysvaltoihin. Tarkoituksena on kasvattaa Yhdysvaltain varastoja ennen kuin tullit nostavat laitteiden hintoja dramaattisesti.

Uusi anturi tuo elokuvatason kuvanlaadun huippupuhelimiin

Piilaaksolainen Omnivision on julkistanut uuden kuva-anturin, joka tuo ennennäkemättömän laajan dynaamisen alueen ja elokuvatason videokuvauksen älypuhelimiin. OV50X-uutuusanturi on suunnattu huippuluokan puhelimiin, jotka tavoittelevat parasta mahdollista kuvanlaatua kaikissa valaistusolosuhteissa.

Yllättävä tutkimus: ChatGPT tekee samanlaisia päättelyvirheitä kuin ihminen

Tuore kansainvälinen tutkimus paljastaa, että tekoäly ei ole niin rationaalinen kuin usein uskotaan. OpenAI:n kehittämä ChatGPT tekee monissa tilanteissa samanlaisia päättelyvirheitä kuin ihmiset – ja joskus vielä pahempia.

Näin Teslan ja BYD:n akut eroavat toisistaan

Saksalaisen RWTH Aachenin yliopiston tutkijat ovat tehneet perusteellisen purkuanalyysin kahdesta maailman johtavan sähköautovalmistajan, Teslan ja BYD:n, litiumioniakusta. Tutkimuksessa verrattiin Teslan 4680-sylinterikennoa ja BYD:n Blade-prismaattista kennoa kennotasolla.

Suomalaisyritys tuo yrityksille oman tekoälyn

Suomalainen konsulttitalo Y4 Works on lanseerannut uuden tekoälyratkaisun, Suunta.ai:n, joka tuo organisaatioille niiden oman, asiantuntijamaisen tekoälyn. Toisin kuin yleiset kielimallit, kuten ChatGPT, Suunta.ai oppii yrityksen omasta datasta, haastaa käyttäjäänsä ja toimii kuin digitaalinen liiketoimintakonsultti.

Piikarbidi vähentää tehohäviöitä datakeskuksessa

ON Semiconductor on julkaissut uuden sukupolven tehomoduulin, joka lupaa merkittävästi pienempiä tehohäviöitä ja energiatehokkaampaa käyttöä erityisesti datakeskuksissa ja teollisuussovelluksissa.

Boreo ostaa Elfa Distrelecin Suomen ja Baltian toiminnot

Boreo Oyj on allekirjoittanut sopimuksen Elfa Distrelecin myyntitoimintojen ostamisesta Suomessa, Latviassa, Virossa ja Liettuassa. Kaupan myötä Elfa siirtyy näissä samaan yritysryhmään kuin Yleiselektroniikan toiminnot. Kauppahinnaksi ilmoitetaan 5,5 miljoonaa euroa.

Ruotsalaistutkijoiden vahvistin nostaa kuidun kapasiteetin 10-kertaiseksi

Göteborgilaisen Chalmersin teknillisen korkeakoulun tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen optisen vahvistimen, joka voi moninkertaistaa kuituverkkojen tiedonsiirtokyvyn. Uusi vahvistin mahdollistaa jopa kymmenen kertaa enemmän dataa sekunnissa verrattuna nykyisiin teknologioihin.

Google siirtää sovelluskehityksen selaimeen – tekoäly isossa roolissa

Google esitteli Cloud Next -tapahtumassaan uuden sukupolven sovelluskehitysalustan, Firebase Studion, joka siirtää koko kehitysprosessin selaimeen – suunnittelusta julkaisuun. Uutuus rakentuu vahvasti tekoälyavusteisuuden ympärille ja hyödyntää Googlen omaa Gemini-mallia läpi koko kehityksen.

Trumpin tullit iskevät rankasti suuriin amerikkalaisiin autonvalmistajiin

Yhdysvallat asetti viime viikolla 25 prosentin tuontitullit useista maista tuotaville autoille ja varaosille. Presidentti Trumpin hallinnon ilmoittamat laajat tuontitullit ovat tuomassa autoalalle uudenlaisia haasteita. Vaikka toimenpiteet on nimellisesti suunnattu vahvistamaan kotimaista teollisuutta, tuoreen analyysin mukaan myös Yhdysvaltain omat jättivalmistajat – General Motors, Ford ja Stellantis – ovat merkittävästi alttiita tullien vaikutuksille.

Nokian ja Telian 5G-viipale kattoi kolme maata

Nokia, Telia ja Puolustusvoimat ovat saavuttaneet maailmanlaajuisesti merkittävän teknologisen virstanpylvään toteuttamalla ensimmäisen saumattoman 5G Standalone -verkkoviipaleen (slice) siirron kolmen eri maan välillä toimivassa verkossa. Kokeilu osoittaa, kuinka 5G-teknologiaa voidaan hyödyntää viranomaisviestinnässä myös kansainvälisesti.

Optinen liitäntä tuotiin ensimmäistä kertaa SSD-levylle

Tallennustekniikan kehityksessä saavutettiin merkittävä virstanpylväs, kun KIOXIA, AIO Core ja Kyocera julkistivat ensimmäisen toimivan SSD-levyn, jossa käytetään optista liitäntää. Uusi prototyyppi yhdistää PCIe 5.0 -väylän ja valoon perstuvan optisen tiedonsiirron, mikä tekee siitä maailman ensimmäisen laatuaan.

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?

Trump haluaa nopeuttaa miljardi-investointeja Yhdysvaltain puolijohdeteollisuuteen

Yhdysvaltain presidentti Donald Trump on antanut uuden presidentin asetuksen, jolla perustetaan United States Investment Accelerator -niminen virasto vauhdittamaan miljardiluokan investointeja maahan. Tavoitteena on houkutella sekä kotimaisia että ulkomaisia yrityksiä sijoittamaan erityisesti strategisesti tärkeisiin aloihin, kuten puolijohdeteollisuuteen.

Ethernet aikoo vallata autot

CAN-väylä on hallinnut autoja pitkään, mutta moni uskoo kaistatarpeen vaativan jatkossa Ethernetiä. Tätä silmällä pitäen Infineon on ostanut Marvellin aujoneuvojen Ethernet-liiketoiminnan 2,5 miljardilla dollarilla. Kauppa kattaa Marvellin Brightlane-tuotesarjan ja siihen liittyvät varat, ja sen odotetaan toteutuvan vuoden 2025 aikana.

STMicroelectronics julkisti kevyemmän version MP25-prosessorista

STMicroelectronics on tuonut markkinoille uuden STM32MP23-mikroprosessorisarjan, joka täydentää viime vuonna julkaistua MP25-sarjaa. Uutuusprosessori tarjoaa tehokkaan ja taloudellisen vaihtoehdon teollisuuden ja esineiden internetin (IoT) älykkäisiin reunalaitteisiin, koneoppimiseen ja kehittyneisiin käyttöliittymäratkaisuihin.

Androidin avustin voi muuttua vaaralliseksi takaoveksi

Androidin esteettömyyspalvelu – jonka tarkoitus on auttaa käyttäjiä käyttämään puhelinta paremmin esimerkiksi näkö- tai liikuntarajoitteiden kanssa – voi muuttua tietoturvariskiksi. Tuore Georgia Techin tutkimus esittelee uuden analyysityökalun, DVa:n, joka paljastaa, kuinka haittaohjelmat hyödyntävät tätä avustinta päästäkseen käsiksi käyttäjän tietoihin ja sovelluksiin.

Galvaaninen erotus on yhä tärkeämmässä roolissa

Teollisuus- ja ajoneuvosovelluksissa siirtyminen kohti kestävämpiä energiaratkaisuja ja tehokkaampia moottoreita tuo mukanaan uudenlaisia vaatimuksia elektroniikkasuunnittelulle. Järjestelmät yhdistävät yhä useammin laajan kaistaeron komponentteihin perustuvat suurjännitealijärjestelmät ja herkät pienjännitepiirit, kuten mikro-ohjaimet. Näiden yhdistäminen samassa kokonaisuudessa lisää sekä suorituskykyä että riskejä – galvaaninen erotus ja häiriösuojaus ovatkin nyt tärkeämpiä kuin koskaan, sanoo Toshiba Electronics Europe.

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: 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

 
 
article