Det er de teknologiske fremskridt, der fører til en mere effektiv anvendelse af energi i en lang række applikationer
Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 7 – 2024 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)
Af Mark Patrick, Mouser Electronics
Jagten på højere effektivitet er et centralt tema inden for elektronikken. Uanset om effektiviteten skyldes nye og innovative løsninger, som bruger mindre mængder energi eller færre råmaterialer – eller som gennem produktudvikling giver mindre vedligehold – så vil en forøgelse af effektiviteten næsten altid føre til mere bæredygtige designs.
Det kontinuerte skub fremad fra elektronikindustrien går fint hånd i hånd med de mange initiativer, som en række regeringer og arbejdsgrupper tilstræber verden over. Visse af disse initiativer stræber efter at generere energi på en mere bæredygtig måde, mens andre forsøger at anvende al den optagne energi aktivt med mindre spild, som defineret af UN’s – De forenede Nationers – Sustainable Development Goals (SDGs).
Parallelt med udviklingen fortsætter vores appetit efter teknologi og automation. Denne sektor er dog i sig selv en storforbruger af energi, og elektriske motorer tegner sig for rundt regnet 40 procent af verdens energiforbrug. På mange områder giver teknologisektoren dog selv betydelige bidrag til en mere bæredygtig livsstil.
Bæredygtighed starter med det gode design
Hvis et produkt ikke er designet til at være bæredygtigt – så bliver det det heller aldrig. Designere skal fra starten af et designforløb have i tankerne, at deres produkter er effektive og arbejder inden for meget strenge effektbudgetter, når produkterne er i standby- eller sleep-mode.
Til support af dette mål fremstiller mange halvlederleverandører i dag løsninger, der understøtter effektiviteten. Komponenter som halvledere, mikroprocessorer og kommunikationsmoduler (for blot at nævne nogle få) giver betydelige bidrag til en forøgelse af ydelsen med et samtidigt lavere energiforbrug.
Der er udviklet en række værktøjer, der anerkender fokus på en reduktion af forbruget allerede fra designstadiet, og det gør selvfølgelig arbejdet lettere. Et eksempel er Qoitechs Otii Ace Pro Power Supply and Measuring Instrument (figur 1). Det lille benchtop-modul moniterer og lagrer værdier for strøm og spænding og giver dermed også real-time analyse med estimater af batterilevetiden.
Værktøjet kan monitere, registrere og analysere overordnede forbrug, lækstrømme og strømme i sleep-mode, hvilket giver designere den information, de behøver for at forbedre bæredygtigheden i deres designs.
Bæredygtige halvledere er vitale for effektiviteten
Bæredygtig generering af energi er et af de mest udfordrende områder inden for halvledersektoren, da mange mål for bæredygtighed kræver, at hver en lille coulomb bliver konverteret til elektrisk energi. Et område i den forbindelse er markedet for elbiler, der kræver, at man trækker så mange kilometer som muligt ud af et batteri med en fast kapacitet.
Verden har været afhængig af silicium som grundlaget for halvlederkomponenter i mange årtier. Selv om det fortsat er det foretrukne materiale i de fleste applikationer, så kræver de mest udfordrende designs i dag effektivitetsniveauer, som silicium har svært ved at leve op til. Her kigger designere efter andre materialer som SiC (siliciumcarbid), der giver en høj grad af pålidelighed med ultralave tab selv ved højfrekvensdrift.
Tag nu for eksempel invertere. De er afgørende for konvertering af DC fra solcellepaneler til den netspænding, man kan lede ud på elnettet. Silicium kan levere en 98 procents effektivitet, hvilket som sådan er godt. Men et skift til en SiC-løsning kan halvere tabene (til en 99 procents effektivitet). Hvis SiC-invertere blev brugt overalt i USA, hvor energi fra solceller udgør 60G, så ville den mulige energibesparelse være på 600MW. I Europa, der producerer over 200GW fra solceller, ville besparelsen være på mere end 2GW.
SiC-komponenter er måske ikke hverdag i alle designs, men mange leverandører tilbyder disse højtydende komponenter. Onsemi tilbyder en række SiC-produkter inklusive M3S EliteSiC MOSFETs, der leverer 40 procent lavere switching-tab sammenlignet med tidligere generationer.
Bæredygtighed inden for industrielt vedligehold
De mange fabrikker, der fremstiller alle vores livsfornødenheder, vil også i fremtiden producere bæredygtige produkter. Tidligere var fabrikkerne storforbrugere af energi, men stigende energiomkostninger og behovet for bæredygtighed har medført en større fokus på energibesparelser. Et eksempel er de ultra low-power sensorer, som i fabrikker og lagerbygninger ofte bruges til styring af lys, så lyset kun er tændt, når der er mennesker til stede, så man ikke spilder energi.
Vedligehold kan være et drilsk emne: For hyppig vedligehold er dyrt, mens for lange intervaller mellem service potentielt kan forårsage nedbrud og deraf følgende reparationsregninger. Komponenter som Analog Devices Inc. CN0549 tilstandsbaserede moniterings-/udviklingsplatform (figur 2), der indeholder CN0540 IEPE dataopsamlings-board, CN-0532 kredsløbsevaluerings-board samt EVAL-XLMOUNT1-blokken til montage på udstyret, ”lytter” efter maskinvibrationer, som indikerer slid og om, hvorvidt vedligehold er forventelig.
Bæredygtighed vil fortsat være et varmt emne i fremtiden, og teknologien kommer til at spille en vigtig rolle. Det vil medføre generering af elektricitet på en mere effektiv måde, ligesom en effektiv brug af værdifulde ressourcer gennem god designpraksis, automation og monitering vil få fortsat større indflydelse.
Billedtekster:
Figur 1: Otii Ace Pro sikrer, at designere har en komplet forståelse af energiforbrugets enkeltdele i deres designs.
Figur 2: Analog Devices CN0549 udviklingsplatformen moniterer maskiner for at hjælpe personalet til at sikre, at vedligehold kun bliver udført, når det er nødvendigt.
