ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
2026  # megabox i st f wallpaper

IN FOCUS

IoT-piireillä päästöt kuriin

IoT-teknologia on nousemassa keskeiseksi työkaluksi kestävän kehityksen ratkaisuissa. Vaikka laitteiden valmistus ja käyttöönotto vaativat energiaa, pitkän aikavälin säästöt ylittävät kulut moninkertaisesti. Tuoreiden analyysien mukaan IoT voi säästää jopa kahdeksankertaisesti sen energiamäärän, jonka se itse kuluttaa elinkaarensa aikana.

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

logotypen

bonus # recom webb
TMSNet  advertisement
ETNdigi
2026  # megabox i st f wallpaper
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

SiC-komponenteilla sähköauto 5 prosenttia pidemmälle

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 18.11.2024
  • Devices
  • Power

Moni uusi sähköauton omistaja kokee toimintasädeahdistusta. Tätä ongelmaa autonvalmistajat voivat helpottaa siirtymällä piipohjaista IGBT-piireissä piikarbidiopohjaisiin siruihin. auton vetoinvertterissä.

Artikkelin on kirjoittanut Jonathan Liao, joka toimii onsemin Automotive Traction Solutions -ryhmän tuotelinjapäällikkönä. 

Sähköajoneuvojen (EV) käyttöönotto on kasvussa, mitä vauhdittavat kuluttajien kasvavat vaatimukset, ympäristöhuolet, sääntely sekä saatavilla olevat vaihtoehdot. Goldman Sachsin tuoreen tutkimuksen mukaan sähköautojen osuus maailmanlaajuisista autokaupoista oli 10 prosenttia vuonna 2023. Vuoteen 2030 mennessä ennusteen odotetaan kasvavan 30 prosenttiin ja vuoteen 2035 mennessä sähköautojen osuus voisi olla puolet maailmanlaajuisesta automyynnistä.

Yksi suurimmista sähköautojen käyttöönoton esteistä on kuitenkin "toimintasädeahdistus", eli pelko siitä, ettei akkulatausten välillä voi matkustaa toivottua etäisyyttä. Ratkaisu tähän on ajoneuvon toimintasäteen kasvattaminen ilman merkittävää kustannusten nousua. Tämä artikkeli havainnollistaa, kuinka piikarbidi eli SiC-transistorien eli mosfetien käyttö vetoinvertterissä voi pidentää sähköauton toimintasädettä jopa 5 prosenttia. Lisäksi käsitellään, miksi jotkut laitevalmistajat ovat olleet haluttomia siirtymään piipohjaisista IGBT- transistoreista SiC-piireihin, sekä onsemin ponnisteluja lievittää näitä huolia ja lisätä luottamusta tähän kehittyvään laajan kaistaeron puolijohdeteknologiaan.

Auton vetoinvertterin trendit 

Vetoinvertteri (pääinvertteri) sähköajoneuvossa muuntaa akkujännitteen tasavirrasta (DC) vaihtovirraksi (AC), jota sähköinen vetomoottori tarvitsee ajoneuvon liikuttamiseen. Viimeaikaisia trendejä vetoinverttereiden suunnittelussa ovat: 

  • Tehon kasvattaminen: Mitä suurempi invertterin teho on, sitä nopeammin ajoneuvo kiihtyy ja reagoi kuljettajaan.
  • Hyötysuhteen maksimoiminen: Invertterin kuluttamaa tehoa on vähennettävä, jotta käytettävissä oleva teho vetoon lisääntyy.
  • Korkeampi jännite: Viime aikoihin asti 400 V akut ovat olleet yleisimpiä, mutta autoteollisuus siirtyy kohti 800 V järjestelmiä virran, kaapelipaksuuden ja painon vähentämiseksi. Sähköauton vetoinvertterin on pystyttävä käsittelemään tämä korkeampi jännitetaso ja käyttämään siihen sopivia komponentteja.
  • Painon ja koon vähentäminen: SiC:llä on suurempi tehotiheys (kW/kg) verrattuna piipohjaisiin IGBT:ihin. Suurempi tehotiheys voi pienentää järjestelmän kokoa (kW/litra), mikä auttaa vähentämään vetoinvertterin painoa ja vähentämään sähkömoottorin kuormitusta. Keveämpi ajoneuvo auttaa pidentämään toimintasädettä samalla akulla, pienentäen voimansiirtolinjaa ja lisäten tilaa matkustajille sekä tavaralle.

 

Kuva 1: Sähköautojen vetoinvertterin suunnittelun uusimpia trendejä.

SiC:n edut piihin verrattuna 

Piikarbidilla on materiaalina useita etuja piihin verrattuna, mikä tekee siitä paremman valinnan vetoinverttereiden suunnitteluun. Ensimmäinen on sen fyysinen kovuus – 9,5 Mohsia verrattuna piin 6,5 Mohsiin – mikä tekee siitä paremman korkeapaineisiin sintrausprosesseihin ja antaa sille suuremman mekaanisen lujuuden. Sen lämmönjohtavuus (4,9 W/cm.K) on yli nelinkertainen piihin (1,15 W/cm.K) verrattuna, mikä tarkoittaa, että se voi toimia luotettavasti korkeammissa lämpötiloissa siirtämällä lämpöä tehokkaammin.

Lisäksi SiC:llä on kahdeksankertainen läpilyöntijännite (2500 kV/cm vs 300 kV/cm), ja sen laajan kaistaeron ominaisuudet mahdollistavat sen kytkeytymisen päälle ja pois päältä nopeammin, mikä tekee siitä paremman valinnan sähköautojen yhä korkeamman jännitteen (800 V) arkkitehtuureihin. Lisäksi sen laaja kaistaero tarkoittaa, että SiC:n häviöt ovat pienemmät kuin piin.

Miksi SiC-piireihin siirtymistä epäröidään?

Huolimatta SiC:n ilmeisistä eduista jotkut autoteollisuuden laitevalmistajat ovat olleet hitaita siirtymään perinteisemmistä, piipohjaisista kytkentälaitteista, kuten IGBT:stä, vetoinverttereissä. Tähän on syynä monia SiC:tä koskevia käsityksiä:

  • ei ole kypsä teknologia
  • on vaikea toteuttaa
  • ei ole saatavilla vetosovelluksiin sopivassa koteloinnissa
  • tarjonta ei ole yhtä helposti saatavilla kuin piipohjaisten laitteiden
  • on kalliimpi kuin IGBT:t

Seuraavaksi osoitamme, miksi nämä käsitykset ovat perusteettomia ja miksi OEM-valmistajien tulisi luottavaisesti käyttää SiC-teknologiaa sähköautojen vetoinverttereissä.

SiC:n hyödyt vetoinvertterin hyötysuhteessa 

Ensimmäinen askel luottamuksen rakentamisessa on osoittaa SiC:n selkeä suorituskykyetu vetoinvertterien suunnittelussa. onsemin NVXR17S90M2SPB (1,7mΩ Rdson) ja NVXR22S90M2SPB (2,2mΩ Rdson) EliteSiC Power 900 V -tehomoduuleja simuloitiin piiritason suunnitteluohjelmistolla ja niiden suorituskykyä verrattiin onsemin 820 A VE-Trac Direct IGBT:hen. Simuloinnit osoittivat, että:

  • 450 V DC-väyläjännitteellä ja 550 Arms tehonsyötöllä 10 kHz kytkentätaajuudella SiC-moduulien liitoslämpötila (Tvj) (111 °C) oli 21 % alhaisempi kuin IGBT:n (142 °C) samoissa jäähdytysolosuhteissa.
  • Verrattuna IGBT:hen, NVXR17S90M2SPB:n keskimääräiset kytkentähäviöt olivat 34,5 % alhaisemmat, kun taas NVXR22S90M2SPB:n häviöt olivat 16,3 % alhaisemmat.
  • Kokonaisenergiatappiot olivat yli 40 % pienemmät kokonaisessa vetoinvertterisuunnittelussa, joka toteutettiin NVXR17S90M2SPB:llä, kun taas NVXR22S90M2SPB:n käytöllä saavutettiin jopa 25 % pienemmät tehohäviöt verrattuna IGBT-pohjaiseen suunnitteluun.

Vaikka nämä parannukset olivat spesifisiä vetoinvertterille, ne tarkoittavat 5 prosentin hyötysuhdeparannusta koko sähköauton suorituskyvyssä, mikä mahdollistaa 5 prosentin lisäyksen toimintasäteeseen. Esimerkiksi sähköauto, jossa on 100 kW:n akku ja 500 kilometrin toimintasäde, voisi kulkea jopa 525 kilometriä onsemin EliteSiC-tehomoduuleihin pohjaavalla vetoinvertterillä. Merkittävää on myös, että tällaisen vetoinvertterin kustannukset olisivat 5 prosenttia alhaisemmat kuin piipohjaisten IGBT:iden.

SiC tarjoaa suuremman tehonsyötön

Laitevalmistajille, jotka harkitsevat siirtymistä pois IGBT-teknologiasta, onsemi tarjoaa SiC-moduuleja, joissa on samanlainen mekaaninen kokoluokka. Tämä helpottaa integraatiota ja mahdollistaa käyttöönoton ilman muutoksia valmistusprosessiin. Lisäksi ne tarjoavat lisäetuna suuremman tehonsyötön samalla liitoslämpötilalla.

Esimerkiksi NVXR17S90M2SPB voi syöttää 760 Arms verrattuna IGBT:n 590 Arms (Tvj = 150 ºC), mikä merkitsee 29 prosentin tehonlisäystä. Lisäksi onsemi sintraa SiC-sirut suoraan kuparilevyyn, mikä mahdollistaa jopa 20 prosenttia pienemmän lämpöresistanssin laitteen liitoksen ja jäähdytysnesteen välillä.

Kuva 2: onsemin SiC-kotelointi tarjoaa alansa johtavan alhaisen lämpöresistanssin.

Siirtovalettu kotelointi, joka käyttää edistynyttä liitäntätekniikkaa, edistää osaltaan näiden moduulien korkeaa tehotiheyttä ja tarjoaa myös alhaisen siruinduktanssin, mikä on tärkeää korkean kytkentätehokkuuden kannalta). Korkeampi kytkentätaajuus voi pienentää järjestelmän joidenkin passiivisten komponenttien kokoa ja painoa. Lisäksi tämä kotelointityyppi, joka kestää jopa 200 °C käyttölämpötiloja, vähentää OEM-valmistajien jäähdytystarpeita ja mahdollistaa pienempien pumppujen käytön lämmönhallinnassa.

Siirtyminen SiC-piireihin kannattaa myös vetoinvertterin ulkopuolella

Kun sähköautojen akkujännitteet kasvavat, sähkövirtoja voidaan alentaa saman tehon saavuttamiseksi. Järjestelmätasolla tämä tarkoittaa, että autossa käytettävät kaapelit ohenevat. Siirtyminen SiC-teknologiaan tulee yhä loogisemmaksi, sillä SiC-komponentit tuottavat vähemmän lämpöä kuin pii, mikä mahdollistaa entistä korkeamman tehotiheyden paitsi vetoinverttereissä, myös laajemmassa sähköauton arkkitehtuurissa.

Ei huolta toimituksista

onsemi on investoinut merkittävästi täysin integroidun ja kypsän SiC-toimitusketjun ja ekosysteemin luomiseen, johon sisältyvät epitaksia- eli kasvatusvalmistus, 150 millimetrin tuotteiden (ja suunnitteilla olevien 200 millimetrin tuotteiden) valmistus, erilliset komponentit, integroidut piirilaitteet, moduulit ja referenssisovellussuunnitelmat. Yli vuosikymmenen kestänyt kehitystyö ja onsemin asiantuntemus voivat hälventää kaikki autoteollisuuden OEM-valmistajien epäilykset SiC-teknologiaan siirtymisestä.

MORE NEWS

Mikä on hybridihätäpuhelu?

Hybridihätäpuhelu eli Hybrid eCall on ajoneuvojen hätäpuhelujärjestelmä, joka käyttää sekä 4G LTE -verkkoa että perinteisiä 2G ja 3G -verkkoja. Tavoite on yksinkertainen. Hätäpuhelu ja siihen liittyvä data saadaan varmasti perille kaikissa olosuhteissa.

FPGA vastaa kvanttiuhkaan ennen kuin se on todellinen

AMD:n uusi Kintex UltraScale+ Gen 2 -FPGA-sukupolvi ei yritä voittaa suorituskykykilpailua pelkillä logiikkasoluilla. Se vastaa ongelmaan, joka on jo näkyvissä mutta vielä harvoin ratkaistu. Miten laitteet suojataan kvanttiajan uhkilta ennen kuin uhka realisoituu?

AI-palvelimen teho-ongelmaan ratkaisu

Tekoälypalvelimissa laskentateho kasvaa nopeammin kuin virransyöttö pysyy perässä. Pullonkaula ei ole enää prosessori vaan teho, tila ja lämpö. Tätä taustaa vasten Microchip Technology toi markkinoille uuden MCPF1525-tehomoduulin.

Ams OSRAM myy analogiset anturinsa Infineonille

Ams OSRAM myy ei-optisen analogi- ja mixed-signal-anturiliiketoimintansa Infineon Technologiesille 570 miljoonan euron käteiskaupalla. Kaupan odotetaan toteutuvan vuoden 2026 toisella neljänneksellä viranomaislupien jälkeen.

Rohde & Schwarz toi 44 gigahertsin analyysin keskiluokkaan

Saksalainen Rohde & Schwarz laajentaa keskiluokan mittalaitetarjontaansa uudella FPL1044 -spektrianalysaattorilla. Laite ulottuu 44 gigahertsiin asti, ja on samalla ensimmäinen tämän hintaluokan analysaattori, joka yltää Ka-alueelle.

Suomalainen Senop toimittaa älytähtäimiä Ranskan puolustusvoimille

Suomalainen Senop on saanut merkittävän tilauksen Ranskan puolustusvoimilta. Ranskan puolustusmateriaalihankinnoista vastaava virasto DGA on valinnut yhtiön AFCD TI -älytähtäinjärjestelmän maavoimien käyttöön.

Kontron tuo integroidun tekoälykiihdytyksen iMTX-emolevylle

Kontron tuo teolliseen iMTX-kokoluokkaan uudenlaisen lähestymistavan tekoälylaskentaan. Yhtiön esittelemä K4131-Px-emolevy perustuu AMDn Ryzen AI Embedded P100 -prosessorisarjaan ja tuo AI-kiihdytyksen suoraan emolevylle ilman erillisiä lisäkortteja.

Vain 5 prosenttia tekoälypiloteista etenee tuotantoon

Yritykset kokeilevat tekoälyä aktiivisesti, mutta vain harva kokeilu päätyy todelliseen tuotantokäyttöön. Arvioiden mukaan ainoastaan noin viisi prosenttia tekoälypiloteista etenee testausvaihetta pidemmälle. Useimmiten syy ei ole itse tekoälyteknologiassa, vaan ratkaisujen ylläpitoon, valvontaan ja kustannusten hallintaan liittyvissä operatiivisissa haasteissa.

VTT:n hankkeessa kehitetään seuraavan sukupolven tehokomponentteja

VTT:n koordinoimassa WIBASE-hankkeessa kehitetään uuden sukupolven tehoelektroniikan komponentteja, joiden ytimessä ovat niin sanotut UWBG-materiaalit eli ultralaajan kaistaeron puolijohteet. Ne edustavat seuraavaa askelta piin sekä nykyisten SiC- ja GaN-komponenttien jälkeen.

DRAM on nyt tärkeä osa autojen hermostoa

Autojen elektroniikka on siirtynyt uuteen vaiheeseen. ADAS-järjestelmät, autonominen ajo ja software-defined vehicle -arkkitehtuuri tekevät DRAM-muistista osan auton hermostoa. Muisti ei enää vain välitä dataa. Se vaikuttaa suoraan siihen, miten ajoneuvo havaitsee ympäristönsä ja tekee päätöksiä.

Euroopan komponenttikauppa on kääntynyt kasvuun

Euroopan elektroniikkakomponenttien jakelumarkkina palasi kasvu-uralle vuoden 2025 viimeisellä neljänneksellä. Markkina kasvoi lähes 10 prosenttia edellisvuoteen verrattuna. Käänne on selvä, mutta ei ongelmaton. DMASS:n mukaan kasvu nojaa osin poikkeuksellisen heikkoon vertailukauteen, ja näkymää varjostavat yhä geopoliittiset riskit ja toimitusketjujen hauraus.

Uusi autosofta syntyy yhä useammin Rustilla

Auton ohjelmisto ei vaihdu yhdessä yössä. Mutta kun uusia toimintoja tehdään, yhä useammin kieli ei ole C tai C++. Se on Rust. Tätä kehitystä vauhdittaa nyt konkreettinen työkalu. HighTec EDV-Systeme julkaisi uuden Rust- ja C/C++-pohjaisen Arm-kehitysalustan, joka on sertifioitu autoteollisuuden tiukimpien turvallisuus- ja kyberturvastandardien mukaan.

Mullistava optinen vahvistin pakkaa valon tiukempaan

Yhdysvalloissa Stanford Universityn fyysikot ovat kehittäneet sirukokoisen optisen vahvistimen, joka pystyy kasvattamaan valosignaalin voimakkuuden satakertaiseksi hyvin pienellä tehonkulutuksella. Tutkimus on julkaistu Nature-lehdessä.

Wi-Fi 7 yleistyy hyvin nopeasti

Wi-Fi 7 on leviämässä yritysverkoissa poikkeuksellisen kovaa vauhtia. Markkinatutkimusyhtiö Dell’Oro Group arvioi, että Wi-Fi 7:n käyttöönotto huipentuu vuonna 2029. Tahti on nopein sitten Wi-Fi 4 -standardin läpimurron vuonna 2013.

Eikö 8 bittiä enää riitä? Tässä vastaus

Vielä hetki sitten 8-bittinen mikrokontrolleri riitti useimpiin ohjaussovelluksiin. Nyt vaatimukset ovat toiset. Lisää liitäntöjä, enemmän reaaliaikaisuutta, parempaa häiriönsietoa ja kasvavaa turvallisuusvaatimusten painetta. Tässä kohtaa moni kysyy, onko 8 bittiä enää tarpeeksi.

VTT:n johtamassa hankkeessa kehitetään 200 kubitin moduuli

VTT johtaa uutta EU-rahoitteista SUPREME-hanketta, jossa kehitetään 200 kubitin 3D-integroitu suprajohtava kvanttimoduuli. Kyseessä on merkittävä askel kohti kvanttiteknologian teollista valmistusta Euroopassa.

IoT-modeemien asetukset vaikuttavat ratkaisevasti virrankulutukseen

IoT-laitteen virrankulutus ei määräydy vain käytetyn piirisarjan perusteella. Ratkaisevaa on se, miten modeemi ja koko laite on konfiguroitu firmware-tasolla. Sama LTE-M- tai NB-IoT-modeemi voi kuluttaa milliampeereja tai vain kymmeniä mikroampeereja pelkästään asetuksia muuttamalla.

Tältä muistitikulta ei voi varastaa dataa

Kingston on vienyt USB-muistin tietoturvan tasolle, jota käytetään viranomais- ja puolustussektorilla. Yhtiön IronKey Keypad 200 -sarja on saanut FIPS 140-3 Level 3 -sertifioinnin. Käytännössä tämä tarkoittaa, että dataa ei voi lukea, vaikka laitteen varastaisi.

Kiinteäelektrolyyttinen akku löytää tiensä teollisuusrobotteihin – ensin varmistuksessa

Donut Labin kiinteäelektrolyyttinen akku on ehkä tämän hetken puhutuin akkutekniikka. Se liitetään suuriin lupauksiin: pitkään toimintamatkaan, nopeaan lataukseen ja parempaan turvallisuuteen. Hiljalleen teknologiaa haluavat hyödyntää myös muut. Nyt mukaan tulee teollisuus.

Trian uusin moduuli tuo AI-tehoa suoraan kortille juotettuna

Tria Technologies on julkaissut uuden OSM-LF-IMX95-moduulin, joka tuo tekoälylaskennan suoraan piirilevylle juotettavaan muotoon. Moduuli perustuu NXP i.MX 95 -sovellusprosessoriin ja noudattaa Open Standard Module eli OSM 1.2 -määrittelyä.

bonus # recom webb mobox
2026  # mobox för wallpaper
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Älyä virtaamien mittaukseen

Virtaamamittaus on monissa laitteissa kriittinen mutta usein ongelmallinen toiminto. Perinteiset mekaaniset anturit kuluvat ja jäävät sokeiksi pienille virtausnopeuksille. Ultraäänitekniikkaan perustuvat valmiit moduulit tarjoavat nyt tarkan, huoltovapaan ja helposti integroitavan vaihtoehdon niin kuluttaja- kuin teollisuussovelluksiin.

Lue lisää...

OPINION

Reunatekoäly pakottaa muutoksiin kentällä

Vuosi 2026 muodostuu liikkuville kenttätiimeille käännekohdaksi. Kentällä käytettävä teknologia ei ole enää tukiroolissa, vaan keskeinen osa päätöksentekoa, tehokkuutta ja turvallisuutta. Reunatekoäly, luotettavat yhteydet ja laitetason tietoturva ovat siirtyneet nopeasti vapaaehtoisista valinnoista välttämättömyyksiksi, kirjoittaa Panasonic TOUGHBOOKin Euroopan johtaja Steven Vindevogel.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Mikä on hybridihätäpuhelu?
  • FPGA vastaa kvanttiuhkaan ennen kuin se on todellinen
  • AI-palvelimen teho-ongelmaan ratkaisu
  • Ams OSRAM myy analogiset anturinsa Infineonille
  • Rohde & Schwarz toi 44 gigahertsin analyysin keskiluokkaan

NEW PRODUCTS

  • Eikö 8 bittiä enää riitä? Tässä vastaus
  • Maailman pienin 120 watin teholähde DIN-kiskoon
  • Terävä vaste pienessä kotelossa
  • Click-kortilla voidaan ohjata 15 ampeerin teollisuusmoottoreita
  • Pian kännykkäsi erottaa avaimen 11 metrin päästä
 
 

Section Tapet