ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
etndigi1-2026

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

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

Donut Lab demosi: moottoripyörän akku 80 prosenttiin 12 minuutissa

Donut Labin VTT-testeistä on jo tullut akkutekniikkaa seuraavien lempiajanvietettä. Tänään yhtiö ei esitellyt uusia testituloksia, vaan demosi sähkömoottoripyörän akun nopeaa latausta. Prätkän akkuna oli Donut Labin kiinteän elektrolyytin 18 kilowattitunnin akku, kertoi toimitusjohtaja Marko Lehtimäki.

Uusi standardi tuo digitaaliset avaimet jokaisen taskuun

Connectivity Standards Alliancen julkaisema Aliro 1.0 -standardi merkitsee, että uusi turvallisen ja yhteentoimivan kulunvalvonnan teollisuusstandardi on valmis tarjoamaan kätevän vaihtoehdon suljetuille, valmistajakohtaisille ratkaisuille.

Dell vie x86-palvelimen mobiiliverkon tukiasemaan

Dell Technologies on esitellyt uuden PowerEdge XR9700 -palvelimen, joka on suunniteltu erityisesti mobiiliverkon tukiasemien yhteyteen. Kyseessä on säänkestävä ja nestejäähdytteinen x86-palvelin, jonka avulla operaattorit voivat tuoda kantataajuuslaskentaa ja tekoälysovelluksia suoraan verkon reunalle.

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.

IQM: Kvanttipaniikkiin ei ole syytä

- Ajatus siitä, että kvanttitietokone murtaisi yhtäkkiä kaiken salauksen, on liioiteltu. Uhka on olemassa, mutta vielä pitkälti teoreettinen, sanoo IQM:n Chief Global Affairs Officer Juha Vartiainen tuoreen ETNdigi-lehden haastattelussa.

Osallistu ETNdigi-kisaan ja voita Huawein uusi huippuälykello

ETN.fi:n digitaalinen aikakauslehti ETNdigi 1/2026 on julkaistu. Samalla lukijoille avataan kilpailu, jossa palkintona on Huawei Watch GT Runner 2 -urheilukello.

Deepfake voi jo tyhjentää yrityksen pankkitilin

Generatiivinen tekoäly on muuttanut tietojenkalastelun luonteen. Check Point Researchin mukaan hyökkäykset eivät enää rajoitu sähköposteihin, vaan voivat tapahtua reaaliaikaisina videopuheluina, joissa huijari esiintyy deepfake-teknologian avulla yrityksen johtajana. Joissakin tapauksissa tällaiset huijaukset ovat johtaneet kymmenien miljoonien dollarien tilisiirtoihin.

Uusi ETNdigi julkaistu – aiheita IQM:stä GaN-datakeskuksiin

ETN:n digitaalinen aikakauslehti ETNdigi 1/2026 on julkaistu. Uusi numero kokoaa yhteen elektroniikka-alan keskeisiä teknologiateemoja kvanttilaskennasta ja tekoälystä energiatehokkaaseen tehoelektroniikkaan, IoT-järjestelmiin ja ajoneuvojen latausinfrastruktuuriin.

 

Numeron uutisosuudessa tarkastellaan suomalaisen IQM:n kvanttitietokonekehitystä. Espoossa toimiva yritys rakentaa suprajohtaviin kubitteihin perustuvia kvanttikoneita ja kasvattaa samalla tuotantokapasiteettiaan. Yhtiön tavoitteena on toimittaa lähivuosina yhä suurempia kvanttijärjestelmiä, mukaan lukien 150 kubitin järjestelmä tutkimuskäyttöön ja myöhemmin vielä merkittävästi suurempia kokonaisuuksia.

Uusi standardi tekee UWB:stä pitkän kantaman anturiverkon

Ultra-wideband-tekniikka on tunnettu erittäin tarkasta paikannuksesta lyhyillä etäisyyksillä. Kehitteillä oleva IEEE 802.15.4ab -standardi voi kuitenkin muuttaa teknologian roolin merkittävästi: tavoitteena on tehdä UWB:stä selvästi pidemmän kantaman paikannus- ja anturiverkko.

Nokia myöntää suoraan: mobiiliverkkomarkkina ei enää kasva

Nokian toimitusjohtaja Justin Hotard arvioi yhtiön Yhdysvaltain arvopaperimarkkinavalvoja SEC:lle toimittamassa Form 20-F 2025 -vuosiraportissa, että mobiiliverkkomarkkina ei ole lähivuosina varsinainen kasvuala. Hänen mukaansa markkinan odotetaan pysyvän lähinnä vakaana samalla kun Nokia keskittyy parantamaan liiketoiminnan kannattavuutta.

Mini-PC tarvitsee jo kolme jäähdytysputkea ja kaksi tuuletinta

Pienikokoiset mini-PC:t ovat muuttuneet viime vuosina yksinkertaisista toimistokoneista tehokkaiksi edge-laskennan alustoiksi. ASUSin uusi NUC 16 Pro näyttää, että kehitys tuo mukanaan myös uuden haasteen: lämmön.

Embedded World keräsi ennätysyleisön – tekoäly siirtyy vauhdilla verkon reunalle

Nürnbergissä järjestetty Embedded World 2026 vahvisti asemansa sulautettujen järjestelmien tärkeimpänä kansainvälisenä tapahtumana. Messuille saapui noin 36 000 kävijää lähes 90 maasta, mikä on yli 13 prosenttia enemmän kuin viime vuonna.

80 TOPSin tekoälylaskenta sulautettuihin Ryzen-prosessoreihin

AMD on laajentanut sulautettuihin järjestelmiin tarkoitettua Ryzen AI Embedded P100 -prosessorisarjaansa uusilla malleilla, jotka tuovat selvästi lisää paikallista tekoälylaskentaa teollisiin edge-järjestelmiin. Uusien piirien tekoälysuorituskyky yltää parhaimmillaan 80 TOPSiin, mikä mahdollistaa raskaampien AI-mallien ajamisen suoraan laitteessa ilman pilvipalvelua.

TI tuo tekoälyn alle dollarin mikro-ohjaimeen

Texas Instruments tuo tekoälykiihdytyksen myös kaikkein pienimpiin sulautettuihin järjestelmiin. Yhtiö esitteli Embedded World -messuilla kaksi uutta mikro-ohjainperhettä, joissa on integroitu TinyEngine-niminen neuroverkkokiihdytin (NPU).

ICEYEstä tuli rahantekokone

Suomalainen satelliittiyhtiö ICEYE kasvoi vuonna 2025 jo selvästi kannattavaksi liiketoiminnaksi. Yhtiö kertoo liikevaihtonsa ylittäneen 250 miljoonaa euroa, kun taas käyttökatteeksi eli EBITDAksi nousi yli 100 miljoonaa euroa. Samalla ICEYE keräsi operatiivista kassavirtaa yli 130 miljoonaa euroa, ja kassassa oli vuoden lopussa yli 350 miljoonaa euroa.

IQM toimitti Aalto-yliopistolle 20 kubitin kvanttitietokoneen

Suomalainen kvanttitietokonevalmistaja IQM Quantum Computers on toimittanut Aalto Universitylle uuden 20 kubitin kvanttitietokoneen. Aalto Q20 -nimellä kulkeva järjestelmä on nyt käytössä yliopistossa tutkimusta ja opetusta varten.

Tekoäly voi nopeuttaa mobiiliverkkoa jopa 50 prosenttia

Tekoäly voi parantaa mobiiliverkon radiolinkin tehokkuutta merkittävästi. Rohde & Schwarz, Qualcomm ja korealainen operaattori KT Corporation esittelivät Barcelonan MWC-messuilla demon, jossa tekoälypohjainen radiotekniikka nosti downlink-datanopeutta noin 50 prosenttia verrattuna perinteiseen ratkaisuun.

Nordic tuo pienet tekoälymallit ultra-vähävirtaisille IoT-piireille

Nordic Semiconductor vahvistaa panostustaan verkon reunalla toimivaan tekoälyyn. Yhtiö esitteli Nürnbergissä järjestettävillä Embedded World -messuilla uuden nRF54LM20B-järjestelmäpiirin, joka tuo erillisen tekoälykiihdyttimen erittäin vähävirtaisten IoT-laitteiden luokkaan.

Congatec haluaa laajentaa moduuleista järjestelmiin

Saksalainen congatec haluaa valmiiden sulautettujen järjestelmien toimittajaksi. Yhtiön uutta strategiaa esittelivät teknologiajohtaja Konrad Garhammer, toimitusjohtaja Dominik Ressing ja asiakassovelluskeskuksesta vastaava Peter Müller Nürnbergin Embedded World -messuilla. Kolmikko hehkuttaa uutta aReady.YOURS-konseptia, jonka avulla congatec haluaa siirtyä pelkkien moduulien toimittamisesta kohti lähes valmiita sulautettuja järjestelmiä.

Renesas haluaa automatisoida mikro-ohjaimen valinnan

Sulautettujen järjestelmien suunnittelussa yllättävän suuri osa ajasta kuluu sopivan mikro-ohjaimen etsimiseen datalehdistä ja kehitystyökalujen yhteensopivuuden varmistamiseen. Renesas pyrkii muuttamaan tätä prosessia uudella Renesas 365 -kehitysalustalla, joka suosittelee sopivaa mikro-ohjainta suoraan järjestelmäsuunnittelun perusteella.

ETNdigi - Watch GT Runner 2
11 …  # puffbox mobox till tme native
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Uusi standardi tuo digitaaliset avaimet jokaisen taskuun

Connectivity Standards Alliancen julkaisema Aliro 1.0 -standardi merkitsee, että uusi turvallisen ja yhteentoimivan kulunvalvonnan teollisuusstandardi on valmis tarjoamaan kätevän vaihtoehdon suljetuille, valmistajakohtaisille ratkaisuille.

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

  • Donut Lab demosi: moottoripyörän akku 80 prosenttiin 12 minuutissa
  • Uusi standardi tuo digitaaliset avaimet jokaisen taskuun
  • Dell vie x86-palvelimen mobiiliverkon tukiasemaan
  • Elektroniikkamarkkina kääntyy – nyt kasvu syntyy suunnittelupöydällä
  • IQM: Kvanttipaniikkiin ei ole syytä

NEW PRODUCTS

  • RECOM laajentaa moduuleista erillismuuntimiin
  • Suosittu vähävirtainen IoT-yhteys helposti lisäkortilla
  • Tämä ajuri auttaa pitämään auton hengissä pakkasaamuna
  • 40 TOPSia verkon reunalle
  • Erittäin tarkka anturi virranmittaukseen
 
 

Section Tapet