ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
etndigi1-2026
19  #  square finsk sajt en vecka i maj

IN FOCUS

R&S FSWX: new horizons in signal and spectrum analysis

 

Demanding mobile radio and wireless applications can push HF components to their physical limits. The FSWX signal and spectrum analyzer was developed to characterize components under challenging conditions. The analyzer is the first model with two input ports, filter banks to pre-filter and cross-correlate for noise suppression. The features were previously found only in high-quality phase noise testers.

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

May # TME square
TMSNet  advertisement
ETNdigi
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

Integroitu rakenne sopii parhaiten lämpöpumpulle

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 15.12.2025
  • Devices
  • Power

ETN - Technical articleErittäin hyvällä hyötysuhteella lämpöenergiaa tuottava tai poistava ilmalämpöpumppu yleistyy edelleen kaikkialla maailmassa. Toshiba on kehittänyt suunnittelijoiden avuksi pitkälle integroidun referenssimallin, jonka pohjalta on helppo rakentaa hyvin energiatehokas lämpöpumppu optimoiduin kustannuksin.

Artikkelin kirjoittaja Radoslav Valchev toimii suunnittelupäällikkönä Toshiba Electronics Europessa.

Korkea hyötykerroin eli COP (coefficient of performance) ja alhaiset hiilidioksidipäästöt tekevät ilmalämpöpumpusta paremman ratkaisun kuin perinteiset kaasu- ja öljykattiloihin perustuvat lämmitys- ja ilmastointijärjestelmät. Tämän teknologian entistä laajemman käyttöönoton edistämiseksi lämpöpumppuja valmistavien yritysten on kuitenkin optimoitava laitteiden rakenteessa käytettävät osat ja materiaalit kustannuskilpailukyvyn varmistamiseksi.

Tämän kehityksen tukemiseksi komponenttitoimittajien tarjoamat referenssisuunnitelmat voivat olla arvokas resurssi suorituskyvyn parantamiseksi, kehitystyön nopeuttamiseksi ja kustannusten alentamiseksi.

Lämpöpumppu toimii yksinkertaisella periaatteella: se vaihtaa lämpöä ympäristön kanssa vuorotellen puristamalla ja laajentamalla kylmäainekaasua. Tämä prosessi hyödyntää energiaa optimaalisesti – teoriassa se tuottaa yli 7 kW lämpöä vain yhden kilowatin sähköteholla. Vaikka tätä teoreettista COP-suhdetta (7:1) on käytännössä vaikea saavuttaa, lukemiin 2,5 – 5 yltävät järjestelmät ovat yleisiä. Nämä lukemat ovat kuitenkin huomattavasti parempia kuin perinteisillä lämmityskattiloilla, joiden COP-lukemat ovat tyypillisesti alle 1.

Ilmalämpöpumpun kriittisiä osia ovat moottorinohjaimet, jotka sijaitsevat sekä järjestelmän sisä- että ulkoyksikössä. Ulkoyksikkö sisältää kylmäainesäiliön sekä kompressorin, puhaltimen ja höyrystin/lauhdutinyksikön. Kooltaan pienempi sisäyksikkö sisältää moottorin (nestevirtausten ohjaamiseksi), toisen höyrystin/lauhdutinyksikön ja käyttöliittymäpaneelin.

Molemmat yksiköt käyttävät jäähdytystyyppistä prosessia lämmön siirtämiseksi sisä- ja ulkoilman välillä riippuen siitä, onko sisätilaa lämmitettävä vai jäähdytettävä.

Auttaakseen laitevalmistajia kehittämään tehokkaita lämpöpumppujärjestelmiä ja optimoimaan valmistuksessa käytettäviä materiaaleja Toshiba on kehittänyt suunnittelijoita varten RD219-referenssimallin, joka perustuu yhteen mikro-ohjaimeen (MCU) ja pienihäviöisiin tehokomponentteihin.

Tehonmuunnos on tämän referenssimallin keskeinen painopiste, koska lämpöpumput kuluttavat suuria määriä energiaa. Verkkovirran tehokas tasasuuntaus on välttämätöntä lämpöpumpun sähkönsyötölle, joten tehokertoimen korjaus PFC (power factor correction) on tärkeä vaatimus, koska se estää korkeita loistehotasoja saastuttamasta verkkojännitettä.

Tehokertoimen korjaus voidaan toteuttaa useilla eri tavoilla, mutta jatkuvan johtavuuden toimintatila CCM (continuous-conduction mode) tuottaa virralle kaikkein alhaisimman aaltoilun. Tämän lähestymistavan mahdollinen seuraus on kuitenkin käänteisen paluuvirran syntyminen. Se kulkee päällekkäisenä virtana induktanssin läpi siinä vaiheessa, kun kukin tehotransistori on pois päältä.

Lisäämällä kytkentään piikarbidipohjainen Schottky-diodi, esimerkiksi Toshiban valmistama tyyppi TRS24N65FB, voidaan vähentää häviöitä pienentämällä varastoitavan varauksen määrää. Hyötysuhdetta voidaan edelleen parantaa käyttämällä nopeana kytkimenä IGBT-transistoria, esimerkiksi tyyppiä GT30J65MRB.

Kompressorin moottori on kriittisin osa tehonmuunnoksen hyötysuhteen optimoinnin kannalta. Tämä johtuu siitä, että se kohtaa suurimmat vaihtelut käyttöoloissa jatkuvasti muuttuvien kaasupaineiden vuoksi. Ne taas vaikuttavat moottorin vääntömomenttivaatimuksiin. Siksi edistyksellinen kenttäorientoitunut FOC-ohjaus (field-oriented control) on parempi vaihtoehto kuin yksinkertaisemmat ohjausmenetelmät (kuten V/Hz) hyötysuhteen parantamiseksi.

FOC-ohjaus toimii mallintamalla tarkasti moottorin sisällä olevaa magneettikenttää ennustaakseen moottorin tilan (mukaan lukien roottorin asennon) millä hetkellä tahansa. Kuormitus- ja nopeusolosuhteiden muuttuessa kunkin vaiheen virta- ja jännitesyöttöä säädetään sen varmistamiseksi, että moottori toimii aina optimaalisella hyötysuhteella.

FOC-ohjauksen toinen etu on, että se auttaa vähentämään harmonista säröä sähköjärjestelmässä, jolloin moottori tuottaa vähemmän lämpöä ja järjestelmän kokonaishyötysuhde paranee. FOC-algoritmi arvioi roottorin kulman käyttämällä yksinkertaisen shunttivastuksen tuottamaa virtapalautetta, joten lisäantureita ei tarvita.

FOC-ohjauksen matemaattinen malli vaatii monimutkaista prosessointia, joka ylittää perinteisten mikro-ohjainten resurssit niiden rajallisen käskykannan vuoksi. Suoran laskennan sijaan nämä mikro-ohjaimet käyttävät hakutaulukoita trigonometristen funktioiden ja kompleksisten kertolaskujen suorittamiseen. Vaihtoehtoinen lähestymistapa on käyttää FOC-laskelmien suorittamiseen useita mikro-ohjaimia, joskus yhdessä digitaalisen signaaliprosessorin (DSP) kanssa. 

Integroidumpi lähestymistapa on käyttää SoC-järjestelmäpiiriin perustuvaa yksikköä, joka voi myös hallita kaikkia lämpöpumpun tärkeimpiä toimintoja. Toshiban mikro-ohjain TMPM4KL, joka perustuu jopa 160 MHz nopeudella toimivaan RISC-pohjaiseen Arm Cortex M4 -suoritinytimeen, tarjoaa tällaisen ratkaisun. Siinä on mukana myös A-VE-yksikkö (Advanced Vector Engine), joka tarjoaa tarvittavat lisäkomennot ja piiritason tuen edistyneelle DSP-suorittimelle, jota tarvitaan FOC-laskelmien tekemiseen.

Kuva 1. A-VE-yksikkö (Advanced Vector Engine) sisältää piiritason tuen vektoriohjaukselle ja kiihdytykselle.

A-PMD-yksikkö puolestaan parantaa PWM-suorituskykyä integroidulla aaltogeneraattorilla ja synkronisella liipaisupiirillä. Se tuottaa tarkkoja PWM-signaaleja ja lisää mukaan kriittisiä kuolleen ajan jaksoja estääkseen läpilyönnit tehoasteissa. Lisäksi näiden toimintojen automaattinen ajoitus on mahdollista valvomalla shunttivirtaa.

RD219-referenssimalli sisältää mikro-ohjaimen TMPM4KL ja useita muita huolellisesti valittuja komponentteja. Esimerkiksi kompressoriyksikön 600 voltin DT-MOS-tyyppinen (Dynamic Threshold Voltage) TK20A60W5-MOSFET tarjoaa pienet kytkentähäviöt ja loiskapasitanssit nopeaa ja tehokasta kytkintoimintaa varten. Lisäksi moottorinohjauspiiri TPD4204F, joka integroi tasonsiirrosta vastaavan hilaohjaimen ja SJ-tyyppisen (superjunction) MOSFETin, yksinkertaistaa moottorin vaihekytkennän ohjausta.

Anturitonta moottorinohjainta TC78B011FTG voidaan puolestaan käyttää lisämoottorien ohjaamiseen. Kaikkia näitä komponentteja voidaan hallita mikro-ohjaimella TMPM4KL, joka kiihdyttimiensä ansiosta voi ohjata kahta moottoria FOC-ohjauksella, käsitellä PFC-korjauksia ja hallita lämpöpumpun moottorinohjainten solenoidiohjattuja venttiilejä.

Kuva 2. Ilmalämpöpumpun suunnittelun keskeiset komponentit.

Toshiban RD219-referenssimalli tarjoaa valmiin suunnitelman energiatehokkaiden lämpöpumppujen rakentamiseksi. Siinä hyödynnetään edistynyttä piipohjaista digitaaliohjausta sekä suorituskykyisiä tehokomponentteja, jotka perustuvat laajan kaistavälin tehokytkimiin ja piipohjaiseen puolijohdeteknologiaan.

MORE NEWS

Tekoäly vetää, älypuhelimet ja PC:t laahaavat

Tekoälydatakeskusten rakentaminen näkyy nyt suoraan puolijohdeteollisuuden perustassa eli piikiekoissa. Alan järjestö SEMI kertoo, että maailmanlaajuiset piikiekkotoimitukset kasvoivat vuoden ensimmäisellä neljänneksellä 13,1 prosenttia vuoden takaisesta.

Agenttinen tekoäly hyökkää nyt legacy-järjestelmien kimppuun

- 70 prosenttia IT-budjeteista kuluu legacy-järjestelmien ylläpitämiseen ja niiden modernisointi on vaikea ja aikaa vievä prosessi. Onneksi AWS:n AI-agentit tuovat helpotusta tähän, sanoi AWS:n Pohjois-Euroopan teknologiajohtaja Martin Elwin eilen AWS Summitissa Tukholmassa.

Uusien AI-prosessorien verifiointi vaatii paljon enemmän laskentatehoa

Agenttiseen tekoälyyn suunnattujen datakeskusprosessorien monimutkaisuus on kasvanut pisteeseen, jossa niiden verifiointi ei enää onnistu perinteisillä EDA-työkaluilla. Tämä käy ilmi Arm:n ja Siemensin yhteistyöstä uuden Arm AGI -prosessorin kehityksessä.

Salaus ja determinismi suoraan Ethernet-sirulle

Microchip on julkistanut uuden sukupolven yhden parikaapelin Ethernet-piirit, jotka tuovat kyberturvan, deterministisen tiedonsiirron ja toiminnallisen turvallisuuden FuSa-ominaisuudet suoraan Ethernetin fyysiseen kerrokseen. LAN878x- ja LAN888x-perheet on suunnattu erityisesti ohjelmistomääriteltyihin autoihin sekä teollisuuden kriittisiin verkkoihin.

Agentti tappaa koodarin

- Jos olemme rehellisiä, emme oikeastaan tiedä mihin olemme menossa. Näin arvioi AWS:n Euroopan pohjoisen alueen asiakasratkaisujen johtaja Peer Jakobsen esitellessään AWS Summitissa Tukhomassa Kiroa, AI-agenttia jota AWS:n omat kehittäjät jo käyttävät päivittäin. Jakobsenin mukaan ohjelmistokehityksen suurin muutos ei enää ole koodin kirjoittamisen nopeutuminen, vaan se, että itse koodin arvo alkaa lähestyä nollaa.

Testi osoitti: Rust voi jo korvata C:n laiteohjelmistoissa

Rust-ohjelmointikieltä on vuosia markkinoitu turvallisempana vaihtoehtona C:lle ja C++:lle. Nyt tuore tutkimus antaa väitteelle poikkeuksellisen vahvan teknisen näytön myös kaikkein pienimmissä sulautetuissa järjestelmissä.

Android-puhelimesi voidaan murtaa ilman klikkausta

Google on julkaissut toukokuun Android-tietoturvapäivityksen poikkeuksellisen vakavan haavoittuvuuden vuoksi. Kyseessä on kriittinen zero-click-aukko, jonka hyväksikäyttö ei vaadi käyttäjältä mitään toimia. Hyökkääjän riittää olevan samassa lähiverkossa kohdelaitteen kanssa.

Entä jos kännykän akun jännite nostetaan yli 4,5 volttiin – mitä siitä seuraa?

Nykyisten älypuhelimien akkujen nimellisjännite on 3,6-3,85 volttia. Entä jos jännitettä nostettaisiin yli 4,5 voltin, mitä sitten tapahtuisi? Ainakin enemmän energiaa samaan tilaan, mutta enemmän ongelmia, ellei kemiaa saada hallintaan.

Shadow AI leviää yritysverkoissa

Työntekijät käyttävät tekoälyä jo nyt yritysten sisällä tavalla, jota IT-osastot eivät enää pysty täysin hallitsemaan. Ilmiölle on syntynyt oma terminsä: shadow AI. Nyt Zyxel Networks yrittää tuoda tilanteeseen kontrollia uudella GenAI Protection -ratkaisullaan.

Oikea data ei kerro kaikkea

Japanilainen TDK haluaa nopeuttaa edge-tekoälyn kehitystä uudella SensorStage-ohjelmistollaan, jonka ydinajatus on poikkeuksellinen. Pelkkä oikeasta maailmasta kerätty sensoridata ei enää riitä tekoälymallien kouluttamiseen. Siksi dataa pitää generoida.

Salasana ei enää riitä, niistä on aika luopua

Yritykset siirtyvät vauhdilla kohti passkey- ja biometrisiä ratkaisuja, joissa kirjautuminen perustuu laitteen kryptografiaan, sormenjälkeen tai kasvojentunnistukseen. Taustalla on se, että varastetut tunnukset ovat edelleen yksi yleisimmistä tietomurtojen lähtöpisteistä.

Arrow siirtää kehitysalustojen testauksen selaimeen

Arrow Electronics on tuonut tarjolle selainpohjaisen palvelun, jonka kautta kehittäjät voivat käyttää fyysisiä evaluaatiolevyjä ja ohjelmointiympäristöjä etänä. Tavoitteena on poistaa kehityksen alkuvaiheesta toimitusviiveitä, laitteistojen saatavuusongelmia ja raskaita asennusprosesseja.

Älä tee näitä virheitä CRA:n kanssa

EU:n kyberturvallisuus ei ole enää yksittäinen ominaisuus vaan koko tuotteen käyttövarmuuden perusta. Tätä linjaa vahvistaa Cyber Resilience Act, jonka tavoitteena on nostaa kaikkien digitaalisten tuotteiden tietoturvan perustaso. Saksalaisen moduulivalmistaja congatecin analyysin mukaan suurin riski ei kuitenkaan ole itse sääntely, vaan se, miten yritykset tulkitsevat sitä väärin.

Euroopan mobiiliverkot hyytyvät iltaisin – 5G ei pelasta ruuhkalta

Euroopan mobiiliverkkojen todellinen suorituskyky ei näy keskiarvoissa, vaan iltahuipussa. Ooklan analyysin mukaan verkot hidastuvat kautta mantereen selvästi kello 19–21, kun samat radioresurssit jaetaan yhtä aikaa miljoonille käyttäjille. Nopeudet voivat romahtaa rajusti ja viive kasvaa niin paljon, että käyttökokemus muuttuu olennaisesti.

Käytätkö Edge-selainta? Ei ehkä kannattaisi

Microsoftin Edge-selain on joutunut rajun tietoturvakritiikin kohteeksi, kun norjalainen tietoturvatutkija Tom Jøran Sønstebyseter Rønning paljasti selaimen säilyttävän tallennetut salasanat selväkielisinä RAM-muistissa. Käytännössä tämä tarkoittaa, että järjestelmään päässyt hyökkääjä voi lukea käyttäjän tallennetut tunnukset suoraan muistista.

Suuret muistitalot hylkäsivät vanhat NAND-piirit

Pienikapasiteettisten NAND-muistien tarjonta kiristyy nopeasti, kun suuret valmistajat siirtävät kapasiteettiaan korkeamman katteen tuotteisiin. Taiwanilainen Macronix International hyötyy tilanteesta poikkeuksellisen voimakkaasti, mikä näkyy sekä myynnin että katteiden rajuna kasvuna.

Unikie: tekoäly nopeuttaa softakehitystä viikoista tunteihin

Teknologiayhtiö Unikie kertoo tuovansa agenttipohjaisen tekoälyn osaksi sulautettujen ohjelmistojen kehitystä tavalla, joka voi lyhentää kehitysaikoja viikoista tunteihin. Yhtiö esitteli uuden UnikieMind-lähestymistapansa, jossa suuret kielimallit integroidaan koko ohjelmistokehityksen elinkaareen aina suunnittelusta testaukseen ja ylläpitoon.

Kaupunkien nettinopeuksista voi maaseudulla vain haaveilla

Traficomin uusi laajakaistaluokitus kertoo, että Suomen verkkoyhteydet ovat parantuneet nopeasti erityisesti kaupungeissa. Samalla vertailu paljastaa, että harvaan asutuilla alueilla jäädään edelleen kauas kasvukeskusten kuitu- ja 5G-tasosta.

Trumpin hallinto jatkaa kovia leikkauksia tieteeseen

National Science Foundation ajautuu yhä syvempään kriisiin Yhdysvalloissa. Presidentti Donald Trump on käytännössä purkanut maan tärkeimmän perustutkimuksen rahoittajan toimintamallia samaan aikaan, kun Valkoinen talo ajaa yli 50 prosentin leikkauksia NSF:n budjettiin.

E-paper haastaa TFT:n ulkonäytöissä

Saksalainen DATA MODUL tuo markkinoille 13,3 tuuman e-paper-näytöt, joissa on integroitu etuvalaistus. Ratkaisu poistaa yhden e-paperin keskeisistä rajoitteista ja vie teknologian suoraan kilpailemaan perinteisten TFT-infonäyttöjen kanssa ulkokäytössä.

ETNdigi - Watch GT Runner 2
May  # puffbox mobox till square
19  #  mobox för square
v19 v20 18/5 # puffbox mobox till tme native
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Panther Lake tuo PC-tehon verkon reunalle

Intel Core Ultra Series 3 tuo markkinoille Panther Lake -alustan, joka perustuu yhtiön uuteen 18A-prosessiin. CPU-, GPU- ja NPU-kiihdytyksen yhdistävä arkkitehtuuri tähtää korkean suorituskyvyn AI-PC:ihin ja teollisiin edge-järjestelmiin. Teksti perustuu Rutronikin artikkeliin uusimmassa ETNdigi-lehdessä.

Lue lisää...

OPINION

Salasana ei enää riitä, niistä on aika luopua

Yritykset siirtyvät vauhdilla kohti passkey- ja biometrisiä ratkaisuja, joissa kirjautuminen perustuu laitteen kryptografiaan, sormenjälkeen tai kasvojentunnistukseen. Taustalla on se, että varastetut tunnukset ovat edelleen yksi yleisimmistä tietomurtojen lähtöpisteistä.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Tekoäly vetää, älypuhelimet ja PC:t laahaavat
  • Agenttinen tekoäly hyökkää nyt legacy-järjestelmien kimppuun
  • Uusien AI-prosessorien verifiointi vaatii paljon enemmän laskentatehoa
  • Salaus ja determinismi suoraan Ethernet-sirulle
  • Agentti tappaa koodarin

NEW PRODUCTS

  • Bluetooth-moduuli tekee mikro-ohjaimesta turhan
  • Sama virtalähde kelpaa nyt sairaalaan ja kotiin
  • Vesitiivis USB-C piirikortille ilman lisäkokoonpanoa
  • Kolmivaiheinen tuuletinohjaus ilman koodia
  • AES ei vielä tee muistitikusta turvallista
 
 

Section Tapet