ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
etndigi1-2026

IN FOCUS

Sähköautojen lataus nojaa hyviin yhteyksiin

Pohjoismaissa sähköautojen latauksesta on tulossa arkipäiväistä infrastruktuuria. Latauspisteoperaattoreille, laitevalmistajille ja palvelukumppaneille käyttäjäkokemus nojaa kuitenkin asiaan, jota moni ei näe: latauspisteen taustalla olevaan datayhteyteen.

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

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

Samsungin uusi myyntitykki hämärtää lippulaivojen rajaa

Samsungin älypuhelinkatalogissa S-sarja edustaa lippulaivaa ja A-sarja keskihintaluokkaa. Uudet Galaxy A57- ja A37-puhelimet kuitenkin hämärtävät tätä eroa. Ne tuovat laatua, premium-tuntua ja tekoälyominaisuuksia selvästi alemmalla hinnalla.

SSD:stä tuli turvapiiri

ETN - Technical articleTeollisuuden ja kenttälaitteiden tallennus ei ole enää pelkkää muistia, vaan osa järjestelmän kyberturvaa. Silicon Motionin DefendMax tekee SSD:stä aktiivisen suojakerroksen, joka estää datan korruptoitumisen, torjuu hyökkäyksiä ja pitää järjestelmän käynnissä myös pahimmissa häiriötilanteissa.

Sensofusion toimittaa droonien vastajärjestelmän Rajavartiolaitokselle

Suomalainen Sensofusion on kehittänyt droonien havaitsemiseen ja torjuntaan järjestelmän, jonka Rajavartiolaitos ottaa nyt käyttöön noin viiden miljoonan euron hankinnassa. Investoinnista 90 prosenttia rahoitetaan Euroopan unionin varoista.

Arm haluaa vallata AI-palvelimien CPU-paikat

Englantilainen kännyköiden prosessori-IP:llä suuruuteen noussut Arm tekee historiansa suurimman strategisen liikkeen, kun yhtiö on julkaissut ensimmäisen oman palvelinprosessorinsa. AGI-niminen piiri on suunnattu suoraan AI-datakeskuksiin, joissa CPU:n rooli on muuttumassa nopeasti.

USA kieltää ulkomaiset Wi-Fi-reitittimet – markkina menee uusiksi

Yhdysvaltain televiranomainen Federal Communications Commission on lisännyt kaikki ulkomailla valmistetut kuluttajareitittimet ns. Covered List -listalle. Päätös perustuu kansallisen turvallisuuden arvioon, jonka mukaan tällaiset laitteet muodostavat “hyväksymättömän riskin” Yhdysvaltain infrastruktuurille ja kansalaisille. Käytännössä tämä tarkoittaa, että uudet reititinmallit eivät saa enää FCC-hyväksyntää, eikä niitä voi tuoda markkinoille Yhdysvalloissa.

EU jakaa 659 miljoonaa siruihin ja kvanttiin – pilottilinjat vasta lähtökuopissa

Euroopan Chips-yhteisyritys Chips JU on valinnut 17 hanketta, joihin ohjataan yli 659 miljoonan euron julkinen rahoitus. Mukana on kuusi kvanttiteknologian pilottia sekä useita puolijohde- ja suunnittelutyökaluja kehittäviä projekteja. Helsingin tuoreessa seminaarissa kävi kuitenkin ilmi, että pilottilinjat ovat vasta käynnistymässä ja konkreettisia tuloksia odotetaan vielä.

BLE muuttuu anturiväylästä datalinkiksi

Bluetooth Low Energy ei ole enää vain sensoreiden ja pienten datapakettien teknologia. Uusi High Data Throughput -laajennus nostaa sen roolin kohti täysiveristä datalinkkiä.

Vibekoodattu RISC-V: AI suunnitteli kokonaisen CPU:n yhdessä yössä

Piirisuunnittelun automaatio otti ison askeleen eteenpäin, kun yhdysvaltalainen startup Verkor syötti 219 sanan vaatimusmäärittelyn AI-agentille – ja sai 12 tunnissa ulos valmiin RISC-V-prosessorin GDSII-tiedostona. Tuloksena syntynyt Vercore-ydin ei vielä kilpaile nykypiirien kanssa, mutta osoittaa, että kokonainen CPU voidaan suunnitella pitkälti ilman ihmistä.

Nokia räjäytti Suomen patenttitilastot – nousu suoraan Euroopan kärkeen

Suomi teki viime vuonna historiallisen patenttiharppauksen Euroopassa, mutta kasvun takaa löytyy käytännössä yksi yhtiö eli Nokia. Sen hakemusmäärä lähes kaksinkertaistui ja nosti koko maan ennätystasolle.

PC- ja tablettimyynti sakkaa tänä vuonna

PC-markkina on kääntymässä selvästi odotettua heikompaan suuntaan. Tutkimusyhtiö IDC arvioi nyt, että globaalit PC-toimitukset supistuvat vuonna 2026 peräti 11,3 prosenttia. Vielä viime marraskuussa ennuste oli vain 2,4 prosentin lasku. Myös tabletit seuraavat perässä: niiden toimitusten ennustetaan vähenevän 7,6 prosenttia.

ST jakaa mikro-ohjaimet kahteen maailmaan

STMicroelectronics on aloittanut STM32-mikro-ohjainten massatuotannon Kiinassa. Kyse ei ole vain uudesta tuotantopaikasta, vaan merkittävästä strategisesta muutoksesta: sama piiri valmistetaan nyt kahdessa rinnakkaisessa toimitusketjussa.

Apple otti Qualcommin etumatkan kiinni

Applen uusi C1X-modeemipiiri on saavuttanut käytännössä saman tason kuin Qualcommin ratkaisut 5G-yhteyksien latausnopeudessa ja viiveessä. Tämä käy ilmi Ooklan laajasta analyysista, joka perustuu Speedtest-mittauksiin eri puolilta maailmaa.

Donut Labin kenno on merkittävästi perinteisiä litiumkennoja turvallisempi

VTT on julkaissut neljännen testiraportin Donut Labin kiinteän elektrolyytin V1 -kennolle. Tällä kertaa huomio kohdistui poikkeukselliseen tilanteeseen, sillä testissä käytettiin kennoa, joka oli jo aiemmin vaurioitunut 100 asteen lämpötilatestissä.

Robottiauto voi vaatia 300 gigatavua RAM-muistia

Mercedes-Benz EQE:n MBUX-järjestelmä käyttää 24 gigatavua keskusmuistia pelkästään käyttöliittymän ja viihdejärjestelmän pyörittämiseen. Samalla Micron Technology arvioi, että tulevat tason 4 robottiautot voivat tarvita yli 300 gigatavua RAM-muistia. Ero kertoo siitä, kuinka nopeasti auton elektroniikka on muuttumassa hajautetuista ohjainlaitteista kohti keskitettyä tekoälylaskentaa.

Telegramia on vaikea siivota kyberrikollisista

Telegram on kiristänyt otettaan kyberrikollisuudesta, mutta tulokset jäävät toistaiseksi rajallisiksi. Check Pointin tuoreen analyysin mukaan rikolliset eivät ole katoamassa alustalta, vaan he mukautuvat rajoituksiin nopeasti.

Tekoäly tarkistaa nyt Linux-ytimen koodia

Googlen kehittämä Sashiko-työkalu tuo tekoälyn suoraan Linux-ytimen koodin tarkastukseen. Tulokset ovat oikeastaan hätkähdyttäviä, sillä järjestelmä löytää virheitä, jotka kaikki koodia tarkastaneet ihmiset ovat ohittaneet.

Raspberry Pi taipuu nyt teollisuusluokan logiikkaohjaimeksi

Italialainen Sfera Labs tuo markkinoille kaksi uutta teollisuuslaitetta, jotka rakentuvat Raspberry Pi -alustan ympärille mutta on suunniteltu suoraan kenttäkohteisiin. Uudet Strato Pi Plus -edge-palvelin ja Iono Pi v3 -logiikkaohjain pyrkivät ratkaisemaan yhden keskeisen ongelman: miten yhdistää Linux-pohjainen joustavuus ja teollisuusautomaatiossa vaadittu luotettavuus.

Rust tulee autoihin C:n rinnalle

Autoteollisuuden ohjelmistokehitys on murroksessa. Perinteinen C- ja C++-pohjainen kehitys saa rinnalleen uuden tulokkaan, kun Rust-ohjelmointikieli tekee tuloaan ajoneuvojen ohjainyksiköihin. Muutos ei kuitenkaan tarkoita vanhan korvaamista, vaan uuden rakentumista olemassa olevan päälle.

Aurightec hakee kasvua Pohjoismaista

Tallinnassa toimiva elektroniikan sopimusvalmistaja Aurightec hakee aktiivisesti uusia asiakkaita Pohjoismaista. Yhtiön keskeinen tuotantolaitos on monelle suomalaisellekin tuttu: se on alun perin Elcoteqin vuonna 1994 perustama tehdas.

Yksi ChatGPT-kysely kuluttaa 50 kertaa enemmän sähköä kuin Google-haku

Generatiivisen tekoälyn nopea yleistyminen näkyy nyt myös sähkölaskussa. Bestbrokersin keräämän tuoreen analyysin mukaan yksi ChatGPT-kysely kuluttaa keskimäärin noin 18,9 wattituntia energiaa, kun perinteinen Google-haku vie vain noin 0,3 wattituntia. Ero on karkea, mutta suuruusluokka on selvä: tekoälyhaku voi kuluttaa yli 50 kertaa enemmän sähköä per kysely.

ETNdigi - Watch GT Runner 2
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

SSD:stä tuli turvapiiri

ETN - Technical articleTeollisuuden ja kenttälaitteiden tallennus ei ole enää pelkkää muistia, vaan osa järjestelmän kyberturvaa. Silicon Motionin DefendMax tekee SSD:stä aktiivisen suojakerroksen, joka estää datan korruptoitumisen, torjuu hyökkäyksiä ja pitää järjestelmän käynnissä myös pahimmissa häiriötilanteissa.

Lue lisää...

OPINION

Elektroniikkamarkkina kääntyy – nyt kasvu syntyy suunnittelupöydällä

Farnell Globalin presidentin Rebeca Obregonin mukaan elektroniikkateollisuuden seuraava kasvuvaihe rakentuu aktiivisemman tuotekehityksen, tekoälyn käyttöönoton ja aiempaa kestävämpien laitearkkitehtuurien varaan.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Samsungin uusi myyntitykki hämärtää lippulaivojen rajaa
  • SSD:stä tuli turvapiiri
  • Sensofusion toimittaa droonien vastajärjestelmän Rajavartiolaitokselle
  • Arm haluaa vallata AI-palvelimien CPU-paikat
  • USA kieltää ulkomaiset Wi-Fi-reitittimet – markkina menee uusiksi

NEW PRODUCTS

  • Toughbook 56 tuo tekoälyn kentälle ilman pilveä
  • RECOM laajentaa moduuleista erillismuuntimiin
  • Suosittu vähävirtainen IoT-yhteys helposti lisäkortilla
  • Tämä ajuri auttaa pitämään auton hengissä pakkasaamuna
  • 40 TOPSia verkon reunalle
 
 

Section Tapet