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 perustuvat SiC-kytkimet tuovat merkittäviä parannuksia muun muassa sähköauton akkujen lataamiseen ja moottorien ohjaukseen. Lataus- ja ohjauselektroniikan tehotiheyttä ja käytettävissä olevan tilan tarkkaa hyödyntämistä voidaan vielä parantaa modulaarisella SiC Cube -rakenteella, jossa eri toiminnoista vastaavat piirikortit on sijoitettu kompaktiin kuutiomaiseen pakettiin.

Artikkelin kirjoittanut tekniikan tohtori Matthias Ortmann toimii Toshiba Electronics Europen teknologiajohtajana.

Polttomoottorin käyttö ajoneuvon ensisijaisena voimanlähteenä on hiipumassa, ja vaihtoehtona autoteollisuudessa suositaan sähkömoottoria. OEM-valmistajat puolestaan etsivät puolijohdeteollisuudesta uusia innovaatioita, joita tarvitaan tämän sähköistetyn tulevaisuuden toteuttamiseen.

Akkukäyttöiset sähköajoneuvot (BEV) ovat tällä hetkellä suosituin lähestymistapa, ja kaikki haluavat hallita osaamista, jota tarvitaan niiden tekemisessä mahdollisimman houkutteleviksi. Vaikka monet käyttäjät ovat turhankin innoissaan auton sisätiloissa olevista vimpaimista ja toiminnoista, ajoneuvon toimintamatka ja latausmahdollisuudet ovat edelleen kuluttajien keskeisiä huolenaiheita.

Laajan kaistavälin (WBG) puolijohteet, kuten piikarbidi (SiC), hyötyvät tästä autojen voimanlähteen muutoksesta ja tarjoavat huomattavia etuja verrattuna perinteisiin IGBT:n kaltaisiin tehokytkimiin, joihin aiemmin on luotettu. Myös passiivikomponenttien valmistajat työskentelevät ahkerasti. Induktiivisten osien uudet innovaatiot auttavat varmistamaan WBG-tekniikan edut entistä nopeampana kytkentäratkaisuna, joka tarjoaa ajoneuvoille enemmän toimintamatkaa sekä nopeampaa ja luotettavampaa lataustekniikkaa.

Kaiken takana on konkreettinen kysyntä. Sähköautokaupan liikevaihdon odotetaan nousevan tänä vuonna yli 620 miljardiin dollariin ja sen odotetaan kasvavan edelleen 10 prosentin vuosivauhtia [1]. Tämän seurauksena teillemme saataisiin yli 13 miljoonaa uutta BEV-autoa vuosikymmenen loppuun mennessä.

SiC MOSFETien uusia sukupolvia julkaistaan jatkuvasti ja paranneltuja passiivikomponentteja otetaan säännöllisesti käyttöön. Suunnittelijat pohtivat kaiken aikaa, kuinka niiden tarjoamia etuja voidaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti.

Yhteisiä piirteitä laturien muuntimissa

Tärkeä kehityksen painopistealue on EV-autojen lataus. Sekä BEV-ajoneuvoissa että ladattavissa hybrideissä (PHEV) on sisäänrakennettu laturi (OBC), joka voi tällä hetkellä toimia tehoalueella 3,6 – 22 kW. Laturiin voidaan syöttää vaihtovirtaa (AC) sähköverkosta kotona tai teidenvarsille ja parkkipaikoille sijoitettujen latauspisteiden kautta. Kotona tai työpaikalla tämä on ihanteellinen tapa täydentää akun varaustilaa ajoneuvon ollessa levossa.

Pidemmillä matkoilla tarpeellinen pikalataus on mahdollista tasavirtaa syöttävien DC-laturien avulla. Ne voivat syöttää tehoa 40-300 kilowattia tai jopa enemmän ohittamalla OBC-laturin ja lataamalla suoraan lähes tyhjän akun 80% varaustilaan noin 20-60 minuutissa.

Kummassakin tapauksessa laturin perusrakenne on samanlainen. Vaihtovirta syötetään tehokertoimen korjausyksikköön (PFC) ja sen jälkeen DC/DC-muuntimeen, joka syöttää akun latauspiiriä (kuva 1).

Kuva 1. Sähköauton latausjärjestelmän peruslohkot.

Energiatehokkuus eli korkea hyötysuhde on elintärkeä ominaisuus lämpöhäviöiden minimoimiseksi ja energian säästämiseksi, kun taas käytettävissä oleva tila ja suunnittelun sanelemat painotavoitteet tuovat paineita tehotiheyden vaatimuksiin. Lisäksi sähköautot nähdään mahdollisena teholähteenä sähköverkon häiriöiden tasapainottamisessa (V2G eli autosta verkkoon) tai jopa sähkön toimittajana kotiin hätätilanteissa (V2H eli autosta kotiin).

Tämä tarkoittaa, että laturit tarvitsevat kaksisuuntaisia rakenteita: toteemityyppisiä PFC-korjaimia, kaksoisaktiivisia siltoja (DAB) ja LLC-rakenteisia DC/DC-muuntimia. Kaikissa näissä hyödynnetään peruselementtinä siltahaaraa, ja sähkömoottorien inverttereissäkin tämä elementti on käytössä.

Kuva 2. Siltahaara on yleinen peruselementti PFC-, DC/DC- ja invertterirakenteissa.

Modulaarinen SiC-ratkaisu

Minkään mainitun rakenteen suunnittelu ei ole yksinkertaista, ja testauksen aikana esiintyy suuria jännitteitä ja virtoja. Toistuvat piiriosat näissä topologioissa tarjoavat kuitenkin mahdollisuuden käyttää modulaarisuutta keinona arvioida nopeasti erilaisia lähestymistapoja.

Esimerkiksi tulopuolen kelat, yksittäiset siltahaarat ja lähdön kondensaattorit voidaan eristää PFC-korjaimessa. Tulo- ja lähtöjännitteiden sekä virtojen mittaukset ja SiC MOSFETien ohjaus voidaan antaa neljännelle elementille, joka vastaa järjestelmän ohjauksesta. Tätä tarkoitusta varten digitaalisiin muunninsovelluksiin erityisesti suunniteltu mikro-ohjain on ihanteellinen ratkaisu (kuva 3.)

Kuva 3. PFC-korjaimen osat voidaan jakaa tulopuolen keloihin, lähdön kondensaattoreihin, siltahaaroihin ja ohjauslohkoon. Lohkoja käytetään myös DC/DC-muuntimissa ja moottorien inverttereissä.

Tätä lähestymistapaa on käytetty kehitettäessä modulaarisen EV-laturin referenssikonseptia (kuva 4). Se jakaa toteutuksen seitsemään piirilevyyn (PCB). Ytimessä ovat kytkinkortit, joissa on neljä SiC MOSFET -kytkintä nollapisteeseen lukitussa NPC-kytkennässä (Neutral Point Clamped).

Tämä tukee lämpökuorman ja jänniterasituksen jakamista kytkimien välillä ja vähentää kelojen magneettivuon (Vs) aaltoilua. Mukana on kaksi SiC-pohjaista Schottky-sulkudiodia (SBD), neljä hilaohjainta ja monimutkainen ohjelmoitava logiikkapiiri (CPLD), jotka yhdessä tuottavat tarkan kytkentätoiminnon sekä neljä ohjaussignaalia, jotka tarvitaan piiriratkaisun toimintaa varten.

Kussakin SiC MOSFETissa on sisäinen SBD-diodi, jonka myötäjännite on vain 1,35 volttia. Tämä integroitu sulkudiodi on avainasemassa, kun halutaan rajoittaa on-resistanssin muutoksia käyttöiän aikana. RDS(ON) × Qgd (hila-nielu-varaus) on 80% alhaisempi kuin edellisen sukupolven SiC-kytkimillä, ja laajempi VGSS-luokitus -10 V - +25 V puolestaan yksinkertaistaa hilaohjainpiirien suunnittelua.

Kuten missä tahansa tehonmuuntimessa, kytkimien optimaalinen ohjaus vaaditaan sovelluksen koko käyttöiän ajan. Tämä toteutetaan käyttämällä optisesti eristettyä TLP5214-hilaohjainta, joka tuottaa nopeaa kytkentää varten ±4,0 A lähtövirran, joka sitten syötetään Toshiban kolmannen sukupolven SiC MOSFETeille. Ohjaimeen on myös integroitu aktiivinen Miller-lukitus, joka estää kytkimien käynnistymisen parasiittisen dV/dt-liipaisun aiheuttamana.

Kompakti kuutiorakenne avuksi

Kompaktin kuutiorakenteen (SiC Cube) saavuttamiseksi vaadituilla tehotasoilla suuria virtoja välittävien reittien liitännät on toteutettu kuparisilla kiskoilla ja mekaanisilla välikappaleilla, jotka pitävät piirilevyt yhdessä. Tämä ratkaisu johtaa loisinduktanssien kasvuun, mikä hieman rajoittaa käytettävissä olevia kytkentänopeuksia, mutta toisaalta se pitää PCB-rakenteen yksinkertaisena.

Kuva 4. SiC Cube -rakenteen yksityiskohdat virtaa kuljettavista kuparikiskoista ja mekaanisista välikappaleista.

Isoja keloja ja kondensaattoreita sisältävillä piirilevyillä (kuva 5) on samanlaiset virran ja jännitteen mittauspiirit. Virrat mitataan Hall-antureilla ja jännitteet differentiaalisesti käyttäen eristettyä operaatiovahvistinta TLP7820. Sen tulopuolella käytetään sigma-delta-tyyppistä AD-muunninta ledin ohjaamiseen.

Tuloksena saatava optinen signaali syötetään vahvistimeen 1-bittisen AD-muuntimen ja alipäästösuotimen kautta. Tämä lähestymistapa tarjoaa suuren vahvistustarkkuuden (± 0,5 %), pienen vahvistusryöminnän (0,00012 V/°C) ja alhaisen epälineaarisuuden (0,02 % kun VIN = ± 200 mV). TLP7820-piiri täyttää sekä UL/cUL- että VDE/CQC-normien vaatimukset.

Kuva 5. Sekä kela- että kondensaattorilevyillä on samanlaiset mittauspiirit virroille ja jännitteille.

Silta-, kela- ja kondensaattorikorttien yläpuolelle sijoitetulla ohjainkortilla on TXZ+ Arm Cortex-M4F -tyyppinen mikro-ohjain. Erityisesti digitaaliseen tehonsäätöön soveltuvan tästä ohjainpiiristä tekevät sen pulssinleveysmodulaatiota hyödyntävät PWM-lohkot, jotka sisältävät komplementaarisen kolmivaihelähdön, jossa on myös kuolleen ajan säätömahdollisuus. Lisäksi ohjain voidaan synkronoida sirulle integroitujen 12-bittisten AD-muuntimien tekemien analogisten mittausten kanssa. Mukana on myös kolme operaatiovahvistinta, joiden vahvistuskerroin on valittavissa.

Mikro-ohjaimessa on lisäksi Vector Engine -lohko, joka helpottaa ja nopeuttaa monimutkaisia matemaattisia operaatioita kuten sini- ja kosinifunktioita mutta myös Clarke- ja Park-muunnoksia. Tämä on hyödyllistä esimerkiksi PFC-korjainten ja moottori-invertterien sovelluksissa.

Parantaa tehotiheyttä ja uudelleenkäyttöä

Viimeisintä SiC MOSFET -tekniikkaa hyödyntäen tämä kompakti kuutiomainen PFC-rakenne kykenee tuottamaan 22 kilowattia tehokertoimella 0,99 ja jopa 99 prosentin hyötysuhteella. Moduulin mitat ovat 140 x 140 x 210 mm, mikä tarkoittaa tehotiheyttä 3 kW/dm3.

Modulaarisuuden ansiosta siltahaara-, kondensaattori-, kela- ja mikro-ohjainkortteja voidaan helposti kokeilla muissa muunninsovelluksissa. Uusille WBG-puolijohderatkaisujen kehitystiimeille rakenne antaa mahdollisuuden tutkia myös SiC MOSFETien entistä parempaa kestävyyttä, alhaisempaa RDS(ON)-arvoa koko käyttölämpötila-alueella sekä korkeampaa kytkentätaajuutta. Nämä ovat edelleen monille suunnittelijoille aivan uutta tekniikkaa.

 

 

Viite

[1] https://www.statista.com/outlook/mmo/electric-vehicles/worldwide

MORE NEWS

Anthropicin uudet mallit tuovat tehokkaamman koodaamisen AWS:lle

Anthropic on julkaissut uudet Claude 4 -sukupolven mallit ja ne ovat nyt saatavilla Amazon Bedrockissa. Claude Opus 4 ja Claude Sonnet 4 -mallien painopiste on erityisesti ohjelmoinnissa, pitkäjänteisessä päättelyssä ja tekoälyagenttien tukemisessa – ja niiden suorituskyky koodauksen tehtävissä on tällä hetkellä markkinoiden kärkeä.

Samsungin Edge näyttää tietä tulevaan

Samsungin uusi Galaxy S25 Edge rikkoo muotoilun rajoja, mutta ohuus tuo mukanaan myös merkittäviä kompromisseja. S-sarjan ohuin laite on vain 5,8 mm paksu ja painaa vain 163 grammaa, kaikkea ei voi saada samaan pakettiin.

Tamperelainen VLSI Solution yhdisti Linuxin ja RISC-V:n audioprosessorissa

Tampereella toimiva VLSI Solution on julkistanut uuden piirisarjan, joka yhdistää Linux-käyttöjärjestelmän, avoimen RISC-V-suorittimen ja reaaliaikaisen DSP-prosessorin samaan siruun. Uusi VSRVES01-piiri on suunniteltu erityisesti verkkoäänisovelluksiin ja IoT-laitteisiin, joissa tarvitaan sekä tehokasta signaalinkäsittelyä että joustavaa ohjelmistoalustaa.

Nokia kiihdyttää kotien Wi-Fi-verkot 9,4 gigabittiin

Nokia tuo markkinoille kaksi uutta Wi-Fi 7 -reititintä, jotka lupaavat ennennäkemätöntä nopeutta ja kattavuutta kotiverkkoihin. Malliston lippulaiva, Beacon 9, yltää jopa 9,4 gigabitin sekuntinopeuksiin.

Infineon vie galliumnitridin avaruuteen

Infineon Technologies on julkaissut uuden sukupolven säteilyä kestävät GaN- eli galliumnitridi-transistorit, jotka on valmistettu yhtiön omalla tehtaalla CoolGan-teknologiaan pohjautuen. Uutuustuotteet on suunniteltu kestämään avaruuden vaativia olosuhteita, ja yksi niistä on ensimmäinen täysin sisäisesti valmistettu GaN-laite, joka on saavuttanut Yhdysvaltain puolustuslogistiikkaviraston (DLA) myöntämän JANS.

Modeemeissa on eroja

Apple on ottanut ison askeleen irtautuessaan Qualcommin modeemeista ja julkaissut ensimmäisen oman 5G-modeeminsa, C1:n, iPhone 16e -mallin yhteydessä. Vaikka siirtymä tuo Applen laite- ja ohjelmistosuunnittelun entistä tiiviimmin yhteen, tuoreiden testien valossa Qualcommin modeemit tarjoavat edelleen parempaa suorituskykyä erityisesti nopeuden osalta.

Yokogawa istutti datankeruunsa PC:n kylkeen

Mittaus- ja testausyritys Yokogawa Test & Measurement on julkaissut uuden SL2000 High-Speed Data Acquisition Unit -laitteen, joka tuo perinteisen ScopeCorderin tehon suoraan PC:n ohjaukseen. Käytännössä kyse on siitä, että aiemman DL950:n ydin on siirretty PC-pohjaiseen järjestelmään, ilman omaa näyttöä, mutta varustettuna tehokkaalla datansiirrolla ja kehittyneillä ohjelmistoilla.

Oikein tehtynä jokainen NFC-liitos on erittäin turvallinen

NFC-teknologia (Near Field Communication) on jo pitkään mahdollistanut langattoman, nopean ja helppokäyttöisen yhteyden esimerkiksi maksutilanteissa, älylaitteiden yhdistämisessä ja tuotteiden tunnistamisessa. Viime vuosina turvallisuusnäkökulma on noussut keskiöön, ja oikein toteutettuna NFC-yhteydestä voi tulla paitsi vaivaton myös erittäin turvallinen.

Läpimurto akkuteknologiassa – litiumionien liike paranee 30 prosenttia

Tutkijat Münchenin teknillisestä yliopistosta (TUM) ovat kehittäneet uuden materiaalin, joka mahdollistaa litiumionien liikkeen yli 30 prosenttia aiempaa nopeammin. Kyseessä on maailmanennätys ionien johtavuudessa ja samalla merkittävä askel kohti tehokkaampia ja turvallisempia kiinteäakkuja.

OnePlus ottaa tietoisen riskin: tilakytkin vaihtuu monitoiminappiin

OnePlus on päättänyt luopua yhdestä tunnistettavimmista ominaisuuksistaan eli fyysisestä Alert Slider -tilakytkimestä ja korvata sen uudella ohjelmoitavalla Plus Key -painikkeella. Muutos on osa yhtiön uutta tekoälystrategiaa, jonka keskiössä on ”käyttäjäkohtaisesti mukautuva älykkyys”.

Nokia tappaa kuparin kuluttajien yhteyksistä

Nokian eilen julkistaman uuden 25G PON -linjakortin voi sanoa merkitsevän kuparikaapelointiin perustuvien kuluttajalaajakaistojen lopun alkua. Yhtiön mukaan uutuus tuo todelliset 10 gigabitin yhteydet koteihin kustannustehokkaasti. Tämä tekee kupariyhteyksistä teknisesti ja taloudellisesti vanhentuneita.

Xiphera palkittiin laitepohjaisesta salauksestaan

Suomalainen Xiphera on voittanut arvostetun ECSO STARtup Award 2025 -palkinnon Euroopan kyberturvallisuusjärjestön järjestämässä kilpailussa Haagissa. Palkinto myönnettiin yrityksen huippuluokan laitteistopohjaisista kryptografiaratkaisuista, jotka tarjoavat korkean turvallisuustason kriittisille toimialoille, kuten energia-, puolustus- ja tietoliikennesektorille.

Jokainen pörssiasiakas on 65,1 metrin kuituyhteyden päässä

Pörssikauppa Pohjoismaissa toimii yhä tarkasti säädellyissä olosuhteissa, vaikka teknologia loikkaa pilveen. Nasdaqin ja AWS:n huhtikuussa julkistama yhteistyö vie markkinainfrastruktuurin uudelle aikakaudelle, mutta yksi asia pysyy: jokaisella kaupankäyntiosapuolella on edelleen yhtä pitkä matka pörssijärjestelmään – kirjaimellisesti.

Siirtyminen 22 nanometriin on Silicon Labsille iso askel

Silicon Labs on julkistanut uuden sukupolven järjestelmäpiirit (SoC), jotka merkitsevät merkittävää teknologista harppausta yhtiön historiassa. Uudet Series 3 -piirit, SiXG301 ja SiXG302, valmistetaan edistyksellisellä 22 nanometrin valmistustekniikalla, mikä parantaa huomattavasti suorituskykyä, energiatehokkuutta ja integroitavuutta aiempiin sukupolviin verrattuna.

Arm-pohjainen prosessori pidentää selvästi läppärin käyttöikää

Uuden sukupolven kannettavat tietokoneet hyötyvät nyt merkittävästi Arm-pohjaisten prosessoreiden energiatehokkuudesta. HP:n uusimmat OmniBook 5 -sarjan mallit osoittavat, että kannettavan akunkesto voi yltää jopa 34 tuntiin. Tämä tarkoittaa useita päiviä tavallisessa käytössä ilman lataustarvetta.

Tekoäly tekee kyberhyökkäyksistä automatisoituja

Kyberhyökkäysten tahti kiihtyy globaalisti tekoälyn ja automaation myötä. Fortinetin kyberturvatutkimusyksikkö FortiGuard Labsin tuoreen Global Threat Landscape 2025 -raportin mukaan rikolliset hyödyntävät yhä enemmän automatisoituja työkaluja haavoittuvuuksien etsimiseen ja hyödyntämiseen, mikä lyhentää merkittävästi aikaa ensimmäisestä skannauksesta varsinaiseen hyökkäykseen.

Rustin rooli Linuxissa kasvaa

Uusimman Linux-ytimen version 6.15 myötä Rust-ohjelmointikielen tuki ottaa seuraavan askeleen ytimeen integroinnissa. Vaikka Rustin osuus on edelleen pieni, sen laajentaminen esimerkiksi ajastinjärjestelmään (hrtimer) ja ARMv7-arkkitehtuurin tuonti mukaan kertoo, että Rustille on löytymässä todellista käyttöä maailman tärkeimmässä avoimen lähdekoodin ohjelmistoprojektissa.

Mobiilinetti on kaupungeissa selvästi parempi

Liikenne- ja viestintävirasto Traficomin mukaan mobiiliverkon laatu vaihtelee Suomessa huomattavasti alueittain. Bittimittari.fi-palvelun mittausten perusteella suurimmat erot näkyvät yhteysnopeuksissa kaupunkien ja maaseudun välillä.

Telian datakeskus lämmittää 14 000 kerrostalokaksiota

Telian Helsinki Data Center pystyy nyt lämmittämään jopa 14 000 kerrostalokaksiota. Tämä on mahdollista, kun datakeskuksen hukkalämmön talteenoton kapasiteetti nostettiin keväällä 2025 peräti 90 prosenttiin aiemmasta 60 prosentista.

Tekoäly pysäyttää junan vaaratilanteissa

VTT ja teknologiayhtiö ToolTech ovat kehittäneet tekoälypohjaisen sensorijärjestelmän, joka parantaa turvallisuutta ja tuottavuutta haastavissa ympäristöissä – aina sumuisista rautateistä pölyisiin kaivoksiin. Uusi järjestelmä kykenee havaitsemaan esteet, kuten ihmiset ja eläimet, jopa 200 metrin etäisyydeltä ja ilmoittamaan niistä ajoneuvon kuljettajalle reaaliajassa.

3D-tulostus on tie kestävään elektroniikkavalmistukseen

ETN - Technical articlePerinteinen elektroniikan valmistus perustuu prosesseihin, jotka johtavat usein materiaalihävikkiin, korkeisiin työkalukustannuksiin ja merkittäviin varastointikuluihin. Viime vuosina lisäävä valmistus (additive), erityisesti 3D-tulostus, on kuitenkin alkanut nousta varteenotettavaksi vaihtoehdoksi elektroniikan valmistuksessa, sillä se tarjoaa lisää suunnittelun joustavuutta sekä mahdollisia ympäristö- ja taloudellisia etuja.

Lue lisää...

Näin otat tekoälyn käyttöön teollisuudessa

Vaikka monet organisaatiot ovat jo ottaneet käyttöön perinteisiä tekoälyagentteja, tie täysin autonomisiin tekoälyagentteihin voi sisältää haasteita. Tekemällä strategisia investointeja ja omaksumalla metodisen lähestymistavan agenttien skaalaamiseen, sekä niiden erityisten roolien määrittelyyn, teollisuusyritykset voivat päästä loputtomalta tuntuvien kokeilujen yli ja alkaa nauttia tekoälyagenttien hyödyistä todellisessa elämässä, kirjoittaa teollisuuden ohjelmistoja kehittävän IFS:n tekoälyjohtaja Bob De Cuax.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
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