Elektroniktidningen september 2024 by ETN

NR 9 SEPTEMBER 2024

SVERIGES ENDA ELEKTRONIKMAGASIN FÖR PROFFS

TEMA: Power, energi & batteriteknik

Enerpoly hämtar sin kemi från klassiska alkaliska batterier men modifierar den så att cellerna går att ladda som litiumjonbatterier. /18–19

Megafabrik ska tillverka zinkjonbatterier

CELUS: Omvandlar

din idé till ett schema /10

RISE: Avfall kan bli batterier /14–15

GRANODE: Ersätter grafit med kisel /16–17

Utges av Elektroniktidningen

Sverige AB

adress:

Persuddevägen 50A, 135 52 Tyresö www.etn.se | 0734–17 10 99

Prenumeration www.etn.se/pren

eller mejla till: pren@etn.se

Prenumerationen är kostnadsfri för dig som arbetar i elektronikbranschen.

annonser:

annonser@etn.se | 0734–17 10 99

redaktion:

Jan Tångring (ansvarig utgivare), Per Henricsson

skicka pressmeddelanden till: red@etn.se

grafisk formgivning, layout: Jocke Flink, typa jocke.flink@typa.se

medverkar i detta nummer:

Ted Johansson och Lena Wreede

Jan Tångring

Bevakar inbyggda system, mjukvara, processorer, kort och skärmar. jan@etn.se | 0734–17 13 09

Per Henricsson

Bevakar test & mät, rf och kommunikation, produktion, FPGA, EDA och passiva komponenter. per@etn.se | 0734–17 13 03

Rainer Raitasuo

Försäljnings- och marknadschef. rainer@etn.se | 0734–17 10 99

upplaga: 13 000 ex. Allt material lagras elektroniskt. issn 1102-7495

Organ för SER, Svenska Elektrooch Dataingenjörers Riksförening, www.ser.se

Tidningen trycks på miljövänligt papper av Stibo Complete.

omslagsbild:

I Rosersberg växer det fram en fabrik för laddningsbara zinkjonbatterier. foto: Enerpoly

Kraften i att dela kunskap!

GaN Technology är en färsk bok där ett stort antal teknikspecialister som delar med sig av sin kunskap och sina erfarenheter.

Öppna EDA-verktyg på universitet En grupp doktorander på Uppsala universitet använde öppna EDA-verktyg i våras och planen är att införa kursen även för ingenjörsstudenterna på E och F-programmen.

Norska elbilsbatterier i svenska energilager Ett logistikföretag kompletterar sina solceller med begagnade batterier i pilotinstallation från Rebaba, en uppstart från Stockholm.

EXPERT: Norska batteriladdare i brittiska proffsbatterier Bluelineladdarna för litiumjonbatterier har en trestegs laddprofil, hög prestandaklassificering och ett brett skyddsprogram, skriver Graham Lee på Mascot.

EXPERT: SiC, GaN och Si – vad är bäst?

Kiselkarbid och galliumnitrid ger bättre energieffektivitet och prestanda än kisel men vad ska man tänka på när man ska välja kraftkomponenter, skriver Thomas Hauer på Avnet Silica.

EXPERT: Fördelarna med GaN i μDCDC-omvandlare I elbilar går det att ersätta blybatteriet med en liten DCDC-omvandlare baserad på GaN-kretsar, skriver Peter Vaughan på Power Integrations.

EXPERT: Uppkopplade batterilager För att förbättra effektiviteten, säkerheten och tillförlitligheten hos ett batterilager måste det kopplas upp till Internet. Det kräver en rad olika hårdvaru- och mjukvaruprodukter, skriver Paul O’Shaughnessy på Advantech.

Det är svårt att få snurr på en gigafabrik

Northvolt har inte lyckats få upp hastigheten på produktionen av battericeller. Vad är problemet? Vi vet inte. Men Kristofer Fredin, batteriexpert, hjälper oss att spekulera.

Kompakt tystnad – det är det svar

Elektroniktidningen får när vi ställer tekniska frågor till Northvolt om varför volymproduktionen av battericeller i Skellefteå vägrar ta fart.

Företaget ligger två år efter tidsplanen och finansiärerna har fått kalla fötter till den grad att Northvolt tvingats börja spara genom att bromsa sin långsiktiga utveckling.

Mest dramatiskt: en avdelning på 300 personer för utveckling av eget aktivt katodmaterial har tvingats pausa sitt arbete. Det meddelade Northvolt början av september. Northvolt hade redan tidigare avblåst en planerad katodmaterialfabrik i Borlänge och lagt ner en utvecklingsavdelning i USA.

Kärnproblemet är att produktionen av battericeller i Skellefteå inte håller tillräckligt högt tempo.

Varför? Maskinerna är på plats, recepten är testade. Men någonting har inte fungerat enligt plan och tidsschemat har havererat. Northvolt har förlorat en stororder från BMW på att inte hinna leverera.

Northvolt är inte ensamt. Panasonic meddelade i september för tredje gången ett datum – ta i trä – för att inleda volymproduktion av den tjocka cylindercell 4680 vars produktionsproblem bland annat sinkar utrullningen av Teslas Cybertruck. Elon Musk har beordrat sin egen 4680-produktionsavdelning att till slut leverera volymer eller lägga ner. LG, CATL, Samsung och SK kämpar på sina håll.

Det är nog inte bara Elektroniktidningen som grubblar över exakt hur Northvolts problem ser ut rent tekniskt. Så vi har pratat med kemidoktorn Kristofer Fredin som nyss startat en tvåårig onlineutbildning i batteriteknik. Han har ett förflutet bland annat på Uppsalas battericellsexpert Lifesize och innan han blev batteriexpert på konsulten Knightec jobbade han fyra år på Northvolt som projektledare.

– I och med att jag har jobbat med batterier på R&D-nivå tidigare så kan jag förstå problematiken som ingenjörerna brottas med. Han känner inte till vilka problem Northvolt har på sin produktionslina. Och visste han skulle han inte berätta. Däremot vet han en del om hur utmaningarna ser ut generellt.

I slutet av augusti publice-

rade han en liten inblick på Linkedin. Elektroniktidningen ringde upp och bad om mer.

– Ja, jag vill jättegärna sprida kunskap om fältet. Det är det jag jobbar med.

På Linkedin berättade han hur fysikens lagar sätter krokben. Du kan inte öka produktionen genom att bara vrida upp hastigheten på löpande bandet. Slurryn – en smet av aktiva material, bindemedel och tillsatser – passerar en spalt som förs framåt av valsar. Ändrar du hastigheten ändras slurryns viskositet vilket påverkar hur slurryn smetas ut över substratet – och i slutänden battericellens egenskaper.

– Det långt ifrån säkert att en slurry som är utvecklad för en beläggning av x meter per minut fungerar tillfredställande för x+1 meter per minut.

Det finns inget enkelt samband. Du måste testa dig fram till en ny blandning.

– Avvägningen mellan att ta det steg för steg eller att ta större steg, med större risk, är uppenbart inte helt lätt men det handlar säkerligen om ett större antal itereringar.

En skillnad mot problemen med 4680 är att den är en helt ny formfaktor med helt nya sorters utmaningar.

Northvolt har tvärtom använt beprövade metoder och recept, och anlitat personer med stor erfarenhet. Kopierat så mycket som möjligt för att spara tid och minska risken.

– Northvolts utmaning är inte att uppfinna någonting nytt. Man vill minska R&D-fasen så mycket som det bara går. Man har tagit in alla experter man kan. Man har ett beprövat koncept från början.

– Northvolts utmaning ligger i att skala.

Vad är det som inte gått att kopiera? – Först och främst är nog slutrecept hemliga.

”Receptet” är inte bara de aktiva materialen och smeten, slurryn, som adderar bindemedel, lösningsmedel och tillsatser. Receptet är även processparametrarna –tider, hastigheter, doseringar, tjocklekar, inställningar på maskiner, att ingredienserna blandas på kontrollerade sätt.

Till och med valet av leverantör spelar roll, och vilket material man köper in – mikrometerstora partiklar som har olika form beroende på tillverkare.

Varje liten skillnad i receptet får fysiska

konsekvenser för batteriets egenskaper och livslängd. Varje ändring kräver nya tester och utvärderingar.

– Nu spekulerar jag såklart, men inte ens om Northvolt haft tillgång till ett recept så är det säkert att de skulle kunna kopiera det rakt av eftersom ingen anläggning är helt identisk med en annan.

När kinesiska batterijättar sätter upp egna fabriker i Europa – då har de lättare att ”kopiera” sina egna recept?

– Det skulle jag absolut gissa i och med att de redan har implementerat processen. De har gått igenom stegen och vet att de har någonting som funkar.

Northvolt har själv haft som uttalad plan att bygga efterföljande fabriker som kopior av Skellefteå Ett. Å andra sidan har den strategin nackdelen att den kan avstå från förbättringsmöjligheter.

– Vill Northvolt hänga kvar inom industrin så kommer de att behöva implementera förändringar.

Trimningen av processen kan inte ske i Northvolts FoU-anläggning i Västerås. Den använder andra, mindre maskiner. Labs i Västerås levererar visserligen inte bara prototyper, utan användbara celler. Men den gör heller inte riktig massproduktion.

– Den är någonstans däremellan. Den ger Northvolt ett lite bättre recept att utgå ifrån i Skellefteå. Den kan ge ett hum om initialparametrar.

– Det är en mycket bättre väg än att gå direkt från prototyp till volymtillverkning vilket skulle kräva många fler itereringar.

Enhance Space and Defense Systems With SAMD21RT MCU

Small Footprint Radiation-Tolerant Arm® Cortex®-M0+

Are you looking for a solution to enhance your space and defense projects? Look no further than the SAMD21RT as this microcontroller offers a range of benefits, tailored to meet your demands.

Capturing the power of a 32-bit processor core, it enables development in the most confined spaces. With a compact footprint measuring only 10 x 10 mm, the SAMD21RT MCU delivers exceptional performance. Our goal is to design cost-effective, small package and power efficient products that will revolutionize your devices.

Our SAMD21RT microcontroller offers various resources and tools to benefit you:

• High level of radiation-tolerant with TID capability up to 50 kRad and SEL immunity up to 78 MeV. cm2/mg

• MPLAB X Integrated Development Environment – expandable, highly configurable software program

• MPLAB® PICkit™ 5 in-circuit debugger/programmer

• SAM D21 Curiosity Nano Evaluation Kit

Northvolt lägger utvecklingen av eget aktivt katodmaterial (KAM) på is.

Är problemet att de inte fått sin egen KAM att fungera i receptet?

– Det kan naturligtvis finnas flera flaskhalsar. Men min tolkning är att egen tillverkning av KAM varit för långsam för att matcha önskad produktion av battericeller.

– Jag har visserligen inte sett något specifikt uttalande om att det är KAM som varit flaskhalsen att rampa upp volymen. Men eftersom det vore så pass värdefullt att ha det inhouse kan jag egentligen inte se något annat skäl till varför det läggs på is.

Att därefter i framtiden byta till egen KAM – vilket är planen – är inget som kommer att kunna göras i en handvändning.

– Det kräver som sagt att både att både kemin och processerna valideras och godkänns. Det är möjligt att göra det, men är inget som görs över en natt.

Batteriets livslängd är en särskild utmaning när du itererar fram nya recept. Det är lätt att mäta den initiala kapaciteten.

– Men hur vet vi säkert att cellen möter upp önskad livstid? Man sitter i en trade-off. Det är en utmaning att göra smarta tester som är så pass långa så att de ger noggranna data, men samtidigt så pass korta att det blir tidseffektivt.

Det är inte bara battericellstillverkning som är nytt i Europa. Hela ekosystemet saknas. Northvolt får klara sig på egen hand på ett annat sätt än de etablerade asiaterna.

I Kina har batteriekosystemet teknikbyar där du kan få tag alla typer av tjänster och komponenter om hörnet.

– Det finns ingen infrastruktur i Europa kring batterier ännu.

Under den här pionjärtiden måste Northvolt söka sig utanför Europa.

– Om tio till femton år så finns det förhoppningsvis inte bara battericellstillverkare utan även systemtillverkare, och även en infrastruktur för utrustning, testning, utveckling, kemisk industri, gruvor – allt runtomkring.

Detta förstås givet att Northvolt och övriga europeiska projekt faktiskt blir framgångsrika. Just nu är rubrikerna mörka för Northvolt.

– Det ligger mycket i vågskålen. Om man hypotetiskt antar att Europa misslyckas med att bygga en industri så kommer Europa vara beroende av Kina om 10–15 år.

– Det är en jätterisk. Om vi inte löser det här, så sitter vi i framtiden i ett mycket, mycket större problem. Det är ett problem som vi passar vidare till våra barn och barnbarn.

– Som jag ser det är det Northvolt som kommit överlägset längst i Västeuropa. De har kontrakt, bra finansiering – trots allt – och bra stöttning. Om Northvolt mot förmodan skulle misslyckas så kan jag inte tänka mig att någon annan kommer att kunna lyckas.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

En andra kinesisk självkörningskrets

Efter kinesiska biltillverkaren Nio har nu även konkurrenten Xpeng utvecklat en egen AI-processor – Turing – för förarassistans och självkörning.

Xpengs ordförande He Xiaopeng bekräftade i förra veckan ryktet om kretsens existens vid lanseringen av hans senaste fordonsmodell.

Turing ska ha gjort tape-out* den 23 augusti. Det betyder att volymtillverkning kan ligga upp till ett år bort, så den sitter inte i den bilmodell som Xpeng lanserade.

Xpeng släppte sparsmakat med information om Turing och nämnde inte ens vilken process den tillverkas i.

Den ska enligt Xpeng ha tre gånger högre prestanda än den krets Xpeng använder idag, och den är utvecklad för L4-självkörningsfunktioner i fordon, inklusive flygande sådana. Xpeng ska dessutom, precis som Tesla, använda sin AI-krets i autonoma robotar – en robot är ju en bil på fötter.

Turing ska vara optimerad för generativ AI – vilket är vad alla processortillverkare säger just nu om sina kretsar.

NAMNET TURING är en smula för virrande eftersom även amerikanska Nvidia använder en grafikkrets kallad Turing i sina självkörningsdatorer. Namnet kommer från AI-filosofen och datorpionjären Alan Turing. Den bil som Xpeng lanserade i samband med annonseringen av Turing, Mona M03, använder Nvidias hårdvara, i likhet med de flesta bilar med AI-baserade körfunktioner. Mona och exempelvis Volvo EX90 använder Nvidias självkörningsdator Drive Orin X.

* Tape-out är den sista fasen i konstruktionen av ett chip. Då kan du tillverka provchip i den volymproduktionsteknik du ska använda. Det återstår därefter masktillverkning, test, optimering, kvalificering, med mera, innan volymproduktion. Förr överfördes layouten bokstavligen till fysisk tejp. Idag är processen digital, men termen lever kvar.

Volvo har annonserat att det kommer att fortsätta använda Nvidias självkörningsdatorer. Nästa heter Drive Thor och baseras på Nvidias nya arkitektur Blackwell. Xpeng siktar däremot på att växla över till en Turingbaserad självkörningsdator och presenterar bytet som ett uppköp i prestanda och strömsnålhet.

SAMTIDIGT KANSKE XPENG inte har något val, eftersom USA förbjuder företag att sälja avancerad halvledarteknik till Kina, och Nvidias processorer är de mest kraftfulla beräkningsacceleratorer som finns. De är mycket populära. Nvidia tjänar pengar som gräs på dem. De dominerar i AI-molnet, i superdatorer och i grafikkort, och de har just enligt uppgift börjat ta sikte på persondatorer.

På grund av USA:s förbud får Xpeng troligen inte följa med till Nvidias nästa generation Blackwell, i alla fall inte i dess mest avancerade version – Nvidia släpper som tröst prestandabegränsade epatraktor versioner av sina chip för Kinamarknaden.

Xpeng är den andra kinesiska elbilstillverkare på kort tid som annonserar en egen självkörningskrets. Nio meddelade den 27 juli att det gjort tape-out i 5 nm av en krets vid namn Shenji NX9031. Shenji används i bilen Nio ET9, som ska börja levereras under första kvartalet 2025.

DET SOM NIO OCH XPENG GÖR NU – tar adjö av Nvidia – gjorde Tesla frivilligt redan 2018. Sedan januari i fjol är Tesla inne på sin andra generation AI-kretsar, tillverkade av Samsung i 7 nm. Ytterligare en generation är planerad till januari 2026.

Tesla hämmas inte av USA:s teknikembargon och kan tillverka sina chips i mer avancerad teknik än Nio och Xpeng.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

Xpengs ordförande He Xiaopeng.

GaN Technology: Kraften i att dela kunskap!

GaN Technology är ett bra exempel på en bok som tillkommit genom ett öppet samarbete och jag är mycket glad över att, tillsammans med andra teknikspecialister, ha bidragit till den. Som med all ny teknik är det viktigt att dela med sig av sin kunskap och sina erfarenheter för att främja förståelse och implementering i ett brett spektrum av applikationer.

På drygt 300 sidor ger boken en omfattande genomgång av galliumnitridtekniken som täcker allt från dess elektriska egenskaper till tillverkningsprocesser, samt en marknadsöversikt som inkluderar verkliga tillämpningar och framtida trender. Den går på djupet med teknikens roll i att revolutionera kraftelektroniken. Detta inkluderar materialegenskaper, enhetskonfigurationer, layoutöverväganden, kapsling, termiska lösningar, tillförlitlighetstestning och karakterisering.

LÅT OSS FÖRSTÅ DRIVKRAFTEN bakom boken. För all ny teknik är tiden fram till lansering på marknaden en spännande resa som kan ta mer än tio år. Från den ursprungliga forskningen, via patentering och teknikintroduktion fram till att etableras på marknaden är en tid av tillväxt och innovation. Vi känner alla till kamelryggskurvan, och även om många av oss är teknikentusiaster kommer den verkliga framgången för en ny teknik när den accepteras av pragmatikerna och de konser vativa. Digital styrning för nätaggregat introducerades 2005 och anses fortfarande av vissa vara en kuriositet, men det är

Titel: GaN Technology, Materials, Manufacturing, Devices and Design for Power Conversion

Förlag: Springer

Redaktör: Maurizio

Di Paolo Emilio

en fascinerande teknik med en ljus framtid. Under normala omständigheter kunde det gått på samma sätt med galliumnitrid, men i en oväntad vändning kan pandemin ha bidragit till att snabba på kunskapsspridning och implementeringsprocesserna!

OMRÅDET VAR HETT , och vi uppskattar att mer än 60 procent av kraftelektronikföretagen tyckte tekniken var spännande. Många började utvärdera och ta fram prototyper ungefär samtidigt som pandemin slog till. Flera tillverkare av kraftelektronikkomponenter utnyttjade snabbt den nya verkligheten och erbjöd en mängd webbseminarier, förvandlade FoU-resurser som inte längre kunde arbeta på kontoret till superstjärnor inom teknisk support och bidrog till en uppsjö av information online. Faktum är att vissa halvledartillverkare levererade tio gånger fler utvärderingssatser än normalt, och antalet releaser av nya produkter i galliumnitrid var imponerande.

NÄR VI ÅTERHÄMTADE OSS från pandemin och återgick till det normala var vi glada över att se att intresset för området var fortsatt stort. I en anda av kunskapsdelning bjöd Maurizio Di Paolo Emilio, chefredaktör för Power Electronics News och Embedded and Technical Writer på EE Times, in kraftelektronikföretag, GaN-kraftspecialister, akademiker, analytiker och tekniska skribenter/ ingenjörer att tillsammans bidra till ett ambitiöst gemensamt arbete. Syftet med projektet var att skapa en teknisk bok som i nio kapitel avhandlar material, tillverkning, enheter, konstruktion för kraftomvandling, marknadsföring och tekniktrender.

Patrick Le Fèvre är marknadschef på Powerbox, PRBX, med 40 års erfarenhet av kraftelektronik. Han är pionjär inom digital kraft och tekniska initiativ för att minska energiförbrukningen. Han har skrivit över 450 artiklar och vitböcker om kraftelektronik.

DET VAR EN STOR ÄRA att få arbeta med en så talangfull grupp av människor. Jag har haft det stora nöjet att delta i kapitel 7 – Challenges and Future Trends, där jag tillsammans med Geoff Haynes, Kennith Kin Leong, Vlad Odnoblyudov, Cem Basceri och Han Wui Then granskar utmaningar och framtida trender inom galliumnitridteknik. Det var ett sant nöje att i det här kapitlet få presentera läget i branschen och lyfta fram den otroliga, omvälvande inverkan som material med breda bandgap har.

KAPITEL 7 ÄR ETT LYSANDE EXEMPEL på kraften i att dela med sig av kunskap. Samarbetet har resulterat i en bok som utan tvekan kommer att bidra till ökad kunskap om galliumnitrid och ökad användning av tekniken.

PATRICK LE FÈVRE

Efterlängtad

handbok för medicintekniska produkter

Först kom Elektronikhandboken, sedan Cybersäkerhetshandboken. Nu får alla som utvecklar medicintekniska produkter en egen handbok som underlättar utvecklingsprocessen.

90 procent av alla bolag inom medicinteknikområdet är små eller mycket små. De har såklart svårt att veta vilka regler och förordningar som gäller för deras produkter. Men även storföretag kan ha nytta av handboken. Under lanseringseventet häromveckan fick vi veta att ett bolag med 40 000 anställda gjorde en miss som kostade dem uppåt 15 miljarder kronor.

Om den fadäsen hade kunnat undvikas med handboken må vara osagt men den ger alla som sysslar med medicintekniska produkter en handfast vägledning på 164 sidor.

BOKEN ÄR UPPLAGD i den arbetsordning som normalt sker från idé till marknad, och skriven av tekniker och experter på regulatoriska frågor för tekniker, innovatörer, kliniker och personer som arbetar med de här frågorna. Författarnas ambition är att handboken ska fungera som ett stöd under utvecklingsarbetet, både för de som gör teknikutvecklingen men också för de som sysslar med det affärsmässiga.

Även om utvecklingen går snabbare ska det inte äventyra patientsäkerheten. Handboken har tagits fram av branschföreningen Svensk Elektronik tillsammans med innovationsprogrammen Smartare elektroniksystem och Medtech4Sweden.

PER HENRICSSON per@etn.se

Alla handböcker kan laddas ned utan kostnad om du skannar QR-koden

ULTRA LOW LOSSES

Halle A6-502 Hall A6-502

With the WE-MXGI Würth Elektronik offers the newest molded power inductor series. It combines an innovative iron alloy material that provides high permability for lowest RDC values combined with an optimized wire geometry.

Ready to Design-In? Take advantage of personal technical support and free samples ex-stock. www.we-online.com/WE-MXGI

Highlights

• Extremely high power density

• Ultra low RDC values and AC losses

• Magnetically shielded

• Optimized for high switching frequencies beyond 1 MHz

Omvandlar din idé till ett schema

■ EDA

Du beskriver för systemet vad du vill att kortet ska göra och specificerar de parametrar som är viktiga för dig. Sedan väljer Cudos verktyg lämpliga komponenter och föreslår upp till tio designer som du kan välja emellan och förfina.

Allt är molnbaserat och kostar inget för användarna.

– En av de mest frustrerande uppgifterna för en konstruktör är att läsa igenom en massa datablad för att kunna jämföra komponenterna, säger Tobias Pohl, som är vd och en av grundarna av tyska Celus.

Han har en bakgrund som mjukvaruutvecklare och tyckte att kretskortskonstruktion borde gå att göra enklare, som vid mjukvaruutveckling där man kan starta på en högre nivå.

– Vi tyckte det var perfekt för automatisering.

Celus lanserade sitt grafiska designverktyg på årets Embedded World och har redan runt 10 000 användare.

– Jag ska titta efter, säger Tobias Pohl när jag frågar om några av dem finns i Sverige.

– Det är åtta.

Företaget ska inte betraktas som en konkurrent till EDAföretag som Cadence, Siemens och Altium eller gratisverktyget KiCad.

– Det finns en lucka i mitten där vi vill positionera oss, mellan komponentföretag och EDAföretag.

VERKTYGEN LIGGER i molnet så användarna slipper strulet med installationen. Det är bara att registrera sig och köra igång. Hittills har det varit gratis. – Vi kommer alltid att ha en gratisversion, men sedan är det möjligt att vi skapar en premiumversion som kostar. Antingen kan man beskriva vad man vill med ord. Till hjälp finns en mall som ser till att beskrivningen blir tillräckligt komplett för att verktyget ska förstå vad kortet ska göra. Verktyget presenterar sedan en lämplig referenskonstruktion att bygga vidare på för att passa de unika kraven.

Eller så kan den som är lite kunnig i kretskortskonstruktion istället börja med ett tomt ark och sedan placera ut och koppla ihop olika funktionsblock, kallade Cubos.

För en trådlöst uppkopplad temperatursensor kan det bli tre Cubos. Det behövs ett för sensorn, ett för styrkretsen och ett för wifi-kommunikationen. För varje block finns rullgardinsmenyer där man specificerar olika parametrar som är viktiga för just den här designen. Ju fler som fylls i, desto snävare blir urvalet.

Kanske vill du också avgränsa urvalet till av styrkretsar till ett visst fabrikat, eftersom du redan har mjukvara du vill återanvända. Det går att göra. Det går också att säga åt systemet vad du inte vill använda, som ett visst fabrikat eller en viss typ av komponent.

Sedan tuggar AI-motorn igenom alla relevanta datablad i databasen och presenterar en lista på tänkbara kombinationer av sensor, styrkrets och wifi-krets.

Därefter går det att fila på designen genom att titta på vilka kretsar verktyget valt och vad de har för parametrar. Vill man, går det att ändra någon eller några av dessa och göra om simuleringen.

Tilläggas kan att alla kretsar är sådana som rekommenderas för nykonstruktion.

DET GÅR OCKSÅ att fråga AI:n varför den valt en viss krets och be den peka ut var den hittat sin information.

– Den hittar aldrig på ett svar. Vet den inte vad den ska svara, säger den det, säger Tobias Pohl.

Är man ändå inte nöjd eller stöter på problem, går det att få hjälp av det mänskliga supportteamet.

Ju större designen är desto längre tid tar sökandet i databasen som just nu innehåller 17 miljoner komponenter. En av de distributörer som levererat data är Avnet.

– Det har gjorts designer med FPGA:er och uppåt tusen komponenter, men då tar det lång tid att kompilera.

När man är nöjd med sin design – sitt schema – skapas

dokumentation, en materiallista och en fil som sedan kan matas in ett layoutprogram från något av EDA-företagen.

– Målgruppen är framförallt mindre och medelstora företag, det man brukar kalla den långa svansen.

CELUS HAR RUNT hundra anställda i München, Porto i Portugal och Austin, Texas, USA. Hittills har företaget tagit in cirka 30 miljoner euro i kapital. Tanken är inte att primärt tjäna pengar på användarna, det är komponentleverantörerna som ska stå för intäkterna.

Hans kollega Rob Telson, som sitter i Austin, varifrån försäljningen sköts, förklarar affärsmodellen:

– När en komponent används i en design skapar det en lead. Vi kan ge den till leverantören som ser att någon faktiskt använt den. Eftersom den färdiga konstruktionen genererar en materiallista är det inte otänkbart att det även kommer att gå att beställa komponenterna från någon av de distributörer eller komponenttillverkare som levererat informationen.

PER HENRICSSON per@etn.se

Uppsalas studenter utbildas

Det går alldeles utmärkt att använda öppna och därmed kostnadsfria EDA-verktyg för att lära studenterna att designa analoga kretsar. En grupp doktorander på Uppsala universitet bevisade det i våras och förhoppningen är att införa kursen även för ingenjörsstudenterna på E och F-programmen.

Mikroelektronik ingår numera i nästa alla produkter och det finns därför ett stort behov av utbildade ingenjörer och forskare som förstår halvledare, kretselektronik och allt däremellan upp till komplexa system.

Det behövs också vidareutbildning för redan yrkesverksamma ingenjörer. Kurser inom elektronik, halvledare, krets- och chipkonstruktion samt tillverkningsteknik behöver skapas eller förnyas på olika nivåer, från vidareutbildning av yrkesverksamma, ingenjörsutbildningsprogrammen till forskarutbildning.

När man vill utbilda ingenjörsstudenter och forskarstuderande i chipkonstruktion är det viktigt att skilja på yrkesutbildning, där studenterna avser att arbeta med chipkonstruktion på olika företag och det därför är viktigt att utbilda så mycket som möjligt med de verktyg som används i industrin, och vad jag skulle kalla orienterande utbildning där principerna för konstruktionsflöden och verktyg är det viktiga men man inte nödvändigtvis behöver använda de kommersiella verktygen om det finns alternativ.

KOMMERSIELL CHIPKONSTRUKTION görs i ett konstruktionsflöde med verktyg från ett begränsat antal aktörer, i huvudsak Cadence, Synopsys och Mentor (Siemens). Beroende på om det är analoga/ RF-kretsar eller digitala kretsar, ser flödena och verktygen helt olika ut. I denna artikel behandlas analoga kretsar, flöde och verktyg. Analoga konstruktionsflöden är mindre komplexa än de digitala, så även själva kretsarna. Däremot behövs mycket simu-

leringar för att hitta bra och robusta kretslösningar.

Tillgång till de kommersiella verktygen medför ofta stora initiala kostnader, även med starkt reducerade licenskostnader för universiteten, vilket gör det intressant att undersöka om flöden och verktyg baserade på öppen programvara skulle kunna används för orienterande utbildning. Vi har därför satt upp en doktorandkurs i analog chipkonstruktion på Uppsala universitet, enbart baserat på öppna verktyg och processinformation, och gett den under våren 2024.

ÖPPEN PROGRAMVARA för elektronikkonstruktion har gamla anor. Spice till exempel, som utvecklades på Berkeley – första versionen kom 1973 – hade fokus på analog IC-konstruktion och källkoden släpptes i ”public domain” redan från början. De flesta av dagens simulatorer för konstruktion av analog IC (och med kommersiella diskreta komponenter för PCB-baserad elektronik) är baserade på Spice.

För ett analogt IC-konstruktionsflöde behövs verktyg för schemaritning, kretssimulering, layout, verifieringar, generering och inspektion av maskdata. För schemaritning finns verktyget xschem, för kretssimulering ngspice, för layout magic (även layoutverifiering, DRC) och KLayout, för schema-layoutverifiering (LVS) netgen magic går även att använda för parasitextraktion (PEX). Generering av maskdata görs med magic och återläsning för verifiering och inspektion kan med fördel göras med KLayout

Alla programmen är öppna och underhålls aktivt. Support ges för ett par av programvarorna i samarbetsplattformen Slack,

både av communityn men även direkt av programansvariga.

INSTALLATION av programmen var inte trivial; ofta behövdes källkoden lyftas ned från github och kompileras. Verktygen och flödet i vår kurs utgår från en liknande kurs från KCAST (King Abdulaziz City for Science and Technology, Saudiarabien) som hade bra material för hur de olika verktygen skulle sättas upp med Linux Ubuntu. Även om vissa av verktygen finns för både Windows, Linux (och även Mac i några fall), underlättar det för hela flödet om Linux används. Vi hade både en central Linuxserver (Centos7 med ThinLinc) men också virtuella maskiner (VirtualBox med Ubuntu och AlmaLinux) som studenterna kunde ladda ned till sina egna datorer och köra lokalt. Eftersom all programvara är öppen är det inga problem med att göra kopior, licenser, etc.

DEN KRITISKA INFORMATIONEN för att verkligen kunna konstruera chip (och även få dem tillverkade) är tillgång till en PDK (process design kit) för en ICprocess som också har utförlig dokumentation. Detta är information som foundries (kiselsmedjor) har hållit mycket hårt i, med komplicerade NDA:er och restriktioner för tillgång till manualer, etc. Google har genom Open PDK Initiative lyckats övertyga ett par foundries att göra denna information öppen och skapa nedladdningsbara PDK:er för konstruktion, layout och verifiering samt sponsra ett antal fria MPW (multiproject wafer)-körningar. SkyWater Technologies 130 nm och 90 nm CMOS, GlobalFoundries 180 nm CMOS och nu senast IHP 130 nm BiCMOS är de processer som finns tillgängliga på detta sätt och fler verkar vara på gång. Vi valde SkyWater 130 nm CMOS, som var den första PDK:n att göras öppet tillgänglig och därför kanske den mest beprövade. Det är en ganska typisk ICprocess för inte alltför krävande konstruktioner men med många

NMOS-transistor från layoutbiblioteket.

Layout av testkretsen i programmet magic.

utökningar för den som önskar exempelvis minnen, specialkretsar eller högspända komponenter. Installationen av PDK:n var ganska tidskrävande med långa kompileringar och stort behov av minne, men gick utan problem. Det går att installera en delmängd av PDK:n om man bara behöver den analoga delen, men eftersom dagens analoga kretsar ofta har digitala delar som en del av en större IC-konstruktion (mixedsignal), installerades allt.

FOKUS FÖR KURSEN är konstruktionsflöden, verktyg och mycket annat som är bra att veta när man ska konstruera chip och få prototyper tillverkade, mestadels små kretsar för forskning eller liknade. Däremot är inte fokus på själva elektronikkonstruktionen; det förutsätts att kursdeltagarna har grundläggande

på öppna EDA-verktyg

kunskaper i elektronik, kretsanalys och komponenter. Känner de till något om tillverkningsteknik, CMOS-processer, kan förstå ett tvärsnitt av en komponent och varför man har olika masklager är det bra men inte nödvändigt. En mycket enkel analog krets, en common-source-förstärkare (en transistor och en resistor), användes som exempelkonstruktion. Som examination valde vi att låta studenterna konstruera en egen krets, vald från en lång lista med små analoga kretsar med bara två transistorer (Pretl & Eberlein, IEEE Solid-State Circuits Magazine, 2-2021). En rapport med schema, simuleringar, layout, godkända verifieringar och slutligen en gds-fil (det som skickas till ett foundry för tillverkning) utgjorde underlaget för examinationen. Författaren har erfarenhet av konstruktion i CMOS av analogaoch RF-kretsar från industri och akademi i noder från 350 nm ned till 28 nm. Det dominerande kommersiella verktyget är Cadence Virtuoso för schema, layout, maskgenerering och inspektion samt verktyg från Cadence eller Mentor för verifiering. Intrycket av de öppna verktygen i jämförelse med de kommersiella är gott i de flesta fallen.

Flödet ser i många delar ut på samma sätt och de flesta öppna verktygen fungerar bra för syftet. Det är dock mindre integration av schema/simulering/hantering av designceller än i Cadence, utan får ske direkt i Linux med hjälp av mappar.

EN SVAG PUNKT är layoutprogrammet magic som inte är modernt eller enkelt att använda, speciellt när kretsar börjar bli lite mer komplexa och layouten ska göras kompakt och snygg. Den interaktiva layoutkontrollen (DRC) är dock trevlig och lätt att använda. Jämförelsen av krets/layout med/utan parasiter kräver manuell editering av nätlistor, något som Cadence verktyg klarar utan problem.

Slutligen, PDK:n från SkyWater är väl integrerat i schema- och layoutprogram. Däremot fanns det problem med bland annat resistormodeller som genererade olika resultat i schema och layout, vilket krävde handpåläggning för att få LVS godkänd (känt problem). Dokumentationen är inte heller i klass med motsvarande information från stora foundries som IBM eller TSMC, men tillräcklig bra för vårt syfte. Med supporten via diskussioner i Slack kunde vi lösa de frågor som

uppkom och även rapportera en bugg i magic! En stark och engagerad community, direkt kontakt med ansvarig för programmen och snabba buggfixar är ofta fördelar med öppen programvara och så även här.

DET FINNS MÖJLIGHET att få sina chip tillverkade genom företaget Efabless i form av Multi-Project Wafers (MPW) eller via projektet Tiny Tapout, speciellt inriktat för universitet och utbildning, där en större mängd mycket små konstruktioner (huvudsakligen digitala) samsas på en mycket liten yta med standardiserat gränssnitt för signaler. Med en startkostnad på 500 dollar för upp till fem små projekt som levereras monterade på ett kretskort, är detta en mycket låg kostnad för en första chipkonstruktion ”på riktigt”! Intrycket av de öppna verktygen i jämförelse med de

kommersiella är gott i de flesta fall, även om vissa verktyg inte håller samma klass som de kommersiella. Dokumentationen av process- och konstruktionsregler är också lite mager men fungerar för ändamålet.

FÖR EN ORIENTERANDE KURS i analog IC-konstruktion och hur man får prototyper tillverkade vid ett foundry fungerar konstruktionsflödet, de öppna verktygen och processinformationen utan större problem. Min egen erfarenhet av de kommersiella programvarorna är att de inte heller är helt perfekta och ibland inte uppdaterade på länge för denna typ av IC-konstruktion. Våra doktorander hade inga större problem att följa kursen och konstruera egna små kretsar, verifierade och godkända för tillverkning. Över lag var de nöjda med kursen och vad de lärde sig. Vi hade inte heller några större problem med flöden, verktyg, installationer och dokumentation, även om det var många olika programvaror som skulle samverka.

EN STUDENT I DENNA första kurs planerar att få AD- och DAblock tillverkade under hösten. Det tar runt fem månader att få tillbaka chip för utvärdering, vilket är jämförbart med prototypchip från rent kommersiella aktörer, exempelvis via organisationen Europractice som universitet i hög grad annars använder sig av.

Vår förhoppning är att även ge kursen för ingenjörsstudenter för E och F-programmen på avancerad nivå (år 4/5) inom en snar framtid.

TED JOHANSSON Institutionen för elektroteknik, Uppsala universitet

Ted Johansson är docent och universitetslektor i fasta tillståndets elektronik vid Uppsala universitet. Han har 40 års erfarenhet av R&D och utbildning om halvledarkomponenter och analog/RF-kretskonstruktion från forskningsinstitut, industri och universitet. Hans senaste forskning handlar om neuromorfa (hjärninspirerade) analoga kretsar för kroppsnära energieffektiva sensorer i flexibel elektronik.

Schemaprogrammet xschem, startat med Skywaters PDK (process design kit).

FAKTA

Illia Dobryden

Illia Dobryden är forskare och projektledare i batteriforskningsgruppen på forskningsinstitutet Rise. Här syns han i batterilabbet för avancerade material och bindemedel.

Illia Dobryden utvecklar biobaserade, hållbara lösningar för energilagring och energiskördning.

Hans projekt bedrivs i samarbete med bland annat kollegorna

Céline Montanari, Marie-Claude Béland, Anwar Ahniyaz och Juhanes Aydin.

FORSKNING PÅGÅR:

Kaffesump har testats som alternativ till grafit i battericellernas anoder. Rostningen spelar roll.

Batteriernas giftiga ämnen ersätts

I och med elektrifieringen av vårt samhälle har diskussionen också kommit att handla om batteritillverkningens negativa effekter på miljön, inte minst vad gäller utvinning av kritiska metaller. Samtidigt finns andra material i ett batteri som också har stor miljöpåverkan. Hit hör giftiga bindemedel och fossil grafit. Men forskning pågår, bland annat vid statliga Rise i Stockholm.

Forskaren Illia Dobryden har sedan 2021 arbetat på avdelningen för avancerade material och bindemedel vid Rise i Stockholm. Sedan några år är hans huvudfokus hållbara lösningar för batterier. – Om man tittar på batteritillverkningen i dag så är det nästintill 100 procent icke hållbara material som används. Därför känns det viktigt att göra något. – För vi måste tänka på håll-barhet, på miljön och på att kunna recykla materialen. En annan viktig fråga är att vi i

Sverige och i EU behöver göra oss mer resilienta och oberoende i batteritillverkningen, säger Illia Dobryden. En pådrivande kraft i detta arbete är ”The Green Deal”, på svenska ”EU:s gröna giv”, med syfte att göra Europa till den första klimatneutrala kontinenten år 2050.

EN ANNAN PISKA är Europeiska kemikaliemyndighetens förbud mot polyfluoralkylämnen år 2030. Här kommer ett av Illia Dobrydens forskningsprojekt in,

Graphanode. Det handlar om att ta fram och utveckla biobaserade bindemedel i litiumjon-batterier. I dagsläget består de nästan uteslutande av polyvinylidenfluorid, PVDF, som ingår i PFASfamiljen vilket anses vara vår tids värsta miljögifter.

Av hela elektrodkompositionen i ett batteri utgör bindemedlet bara runt 3–5 viktprocent, men dess funktion är viktig, främst genom att det binder ihop partiklarna till kopparledningarna. Dessutom behöver ett bindemedel vara elektrokemiskt stabilt så att batteriet klarar att laddas ur och laddas upp om och om igen tusentals gånger.

– Då pratar vi främst om litiumjonbatterier i elfordon. Men alla batterier behöver bindemedel så i slutänden blir det jättestora volymer.

I sin forskning undersöker han bindemedel som bygger på nanokristaller och nanofibrer

ur cellulosa, men även stärkelse från majs, så kallade biobaserade bindemedel.

I SAMARBETE med batteriföretaget Granode Materials AB tittar Illia Dobryden och hans forskarlag på Rise även på nästa generations anoder, som innehåller kisel. Där har man sett att kombinationen kiselnanostrukturer och biobindemedel i litiumjonbatterier ger längre livslängd. Illia Dobryden förklarar varför: – En vanlig effekt i batterier som innehåller kisel är att det expanderar under laddning och urladdning. Men med vårt biobaserade bindemedel är det möjligt utan att batteriet i sin helhet påverkas vilket innebär att hållbarheten ökar.

I ytterligare ett projekt, ”Waste to watt”, är mat- och

Även om mycket av batteriforskningen handlar om stora batterier, till exempelvis de i elbilar, bedrivs den mesta forskningen på mindre enheter. Men tekniken är densamma. Här testas knappcellsbatterier i batterilaboratoriet på Rise i Stockholm.

FOTO: RISE

Batteriprojekten

GraphAnode – Biobaserad grafenbeläggning för anodmaterial i litiumjonbatterier.

Syfte: Utveckling av hållbara lösningar, såsom biobaserade bindemedel och biobaserat hårt kol och grafit, för batteriteknik.

Tid: Forskningsaktiviteter och utveckling pågick vid Rise från augusti 2022 till februari 2023.

Finansiering: Arbetet utfördes inom det strategiska innovationsprogrammet SIO Grafen, en gemensam satsning av Vinnova, Formas och Energimyndigheten.

”Waste to watt” – valorisering (tillvaratagande) av kaffesump – från avfall till batterimaterial. Tid: Projektet pågår till slutet av 2024.

Partner: Selecta AB och Granode Materials AB.

Finansiering: Arbetet utförs inom det strategiska innovationsprogrammet Bioinnovation, en gemensam satsning av Vinnova, Formas och Energimyndigheten.

med biologiska alternativ

kaffeföretaget Selecta AB en en central samarbetspartner. Här är utgångspunkten natriumjonbatterier som använder hårt kol i stället för fossil grafit i anoden. Det Illia Dobryden och hans kollegor undersöker är möjligheten att ta fram hårt kol från kaffesump. Vilket visat sig vara fullt möjligt.

VALET AV RÅMATERIAL handlar om kostnaden och att det är ett biologiskt material, som annars bara går direkt till soporna. Och det är stora volymer det handlar om.

I kaffelandet Sverige importeras 100 000 ton råkaffe per år, enligt siffror från SCB, 2019. I hela världen får vi ihop 17 miljoner ton sump varje år.

– Trävaruindustrin gör redan biokol och hårt kol baserat på lignin och träflis. Men lignin behöver du betala för. Därför går vår lösning ut på att använda kaffeavfall.

Faktum är att det snarare är det en negativ kostnad eftersom det är ett avfall som någon behöver ta hand om.

– Av den anledningen finns ett stort intresse från batteritillverkare för biobaserat hårt kol, men i framtiden även från stålindustrin, menar Illia Dobryden.

PROCESSEN GÅR UT PÅ att först göra biokol av sumpen, som därefter hettas upp cirka 1 000 grader under kvävgasflöde för att omvandlas till hårt kol.

– Genom att använda kaffesumpen får vi in den i den cirkulära ekonomin. Det förbättrar hållbarheten och ingår i utvecklingen av grön teknologi.

– Den som dricker kaffe skulle i så fall bidra till produktionen av hållbara batterier.

Bland utmaningarna finns utfallet, bara 200 gram av ett kilo sump, alltså 20 procent, kan omvandlas till hårt kol. I bästa

fall kan det uppgå till 40 procent. En annan nöt är skillnaderna i kvaliteten i råmaterialet.

– Kaffe från olika länder och med olika rostning beter sig olika. Till exempel innehåller sumpen olika mineraler och föroreningar. För batterier kan det innebära att de fungerar på olika sätt eller inte får samma prestanda. Därför är det nödvändigt att utveckla tekniken för att rena avfallet.

– Men det viktiga är att det fungerar. Potentialen är stor.

UTVECKLINGEN AV HÅRT KOL som elektrodmaterial gäller idag främst natriumjonbatterier. Men Illia Dobryden berättar att de även försöker utveckla ett koncept där hårt kol kan fungera i litiumjonbatterier tillsammans med grafit och kisel.

– Det är helt nytt och väldigt intressant eftersom den stora marknaden handlar om litium-

FOTO: RISE

jonbatterier. Än så länge står natriumjonbatterier bara för en bråkdel av den, men det utvecklas snabbt.

Har ni gjort någon livscykelanalys på projekten och i sådant fall, vad blev resultaten?

– Vi är fortfarande på förstudienivå och behöver mer tid, men möjligheten finns på Rise. Så med projektfortsättning kommer vi kunna göra en LCA och en teknisk-ekonomisk analys.

– Men hur snart vi kommer att se detta i produktion är svårt att säga. Vi vet att våra teknologier fungerar. Men det är bara första steget. Därefter behöver vi få företagen att skala upp och sätta det i drift. Det är en dynamisk process.

LENA WREEDE lena@etn.se

FAKTA

I laboratoriet på Rise stryks det hårda kolet ut på elektrodark för att testas.

Kopparkontakt

Anod

Separator

Katod med grafit

Aluminiumkontakt

Granode adderar dessa små kiselbubblor till anodlagret.

Granode vill ersätta grafit med kisel

Det blir billigare, ger högre energidensitet och dessutom minskar koldioxidavtrycket. Uppsalabaserade Granode håller på att kommersialisera en metod som kan ersätta en del av grafiten i litiumjonbatteriernas anoder med kisel.

– Vi kan sänka kostnaderna för ett batteripack till 80 dollar per kilowattimme, idag ligger det på 120 dollar. Dessutom minskar utsläppen av koldioxid eftersom vi inte använder någon variant av silangas (-SiH4). För anoden kan det bli en minskning på över 85 procent, säger Moji Kohan som är teknikchef på Granode.

Beroende på vad det är för typ av grafit i anoden kan den stå för halva battericellens koldioxidutsläpp från tillverkningen.

HITTILLS HAR MAN BARA använt kisel i anoden i nischprodukter eftersom materialet varit mycket dyrare än grafit. Granode vill ändra på det med en metod utvecklad och paten-

terad på Mittuniversitet i samarbete med Uppsala universitet. Teoretiskt har kisel ett energiinnehåll som är tio gånger högre än grafit. I praktiken kan man inte utnyttja det fullt ut eftersom resten av kemin i battericellen inte klarar en så utmanande anod.

– Det är en stor fördel med kisel eftersom det har den kapaciteten med väldigt lite material. Men vi begränsar det, det handlar om en avvägning mellan kapacitet och livslängd.

Granode har två kiselbaserade anodmaterial med ungefär samma energiinnehåll. Det ena är nästan färdigutvecklat och baseras på ferrologiskt mikrokisel som kapslas tillsammans med grafit i en polymer och utgör det aktiva materialet i anoden.

– Vi har fyra, fem patent på processen, som är enkel och billig.

FÖRETAGETS TILLVERKNINGSMETOD skapar nanostrukturer i kisel utan att använda silangas, vilket hittills varit det vanliga. Silan är dyrt, extremt giftig och dessutom explosivt.

– Ursprungligen hade vi ett labb i Sundsvall men vi flyttade det till Uppsala eftersom vi samarbetade med forskarna här, säger Moji Kohan som doktorerat i plasmafysik med inriktning på halvledarindustrin och arbetat för en tillverkare av blysyrabatterier innan han började på Granode.

Den grafit som blandas in med kislet är av en lägre kvalitet än den som normalt används i anodmaterial.

–Vi använder expanderad grafit, den är flagad. Den är billigare och mycket renare.

Fördelarna kommer sig av att Granode slipper ett processteg med sin metod och därmed blir både kostnaden och koldioxidutsläppen mindre.

Företagets andra anodmaterial kräver betydligt mer utveckling men har fördelen att i princip vara mekaniskt stabilt. Därmed passar det i cylindriska celler som annars förstörs om någon av beståndsdelarna utvidgar sig.

Materialet baseras på nanokisel som ska tillverkas med ett rf-plasma, vilket förbrukar mer energi och därmed blir dyrare än det första anodmaterialet. Det ligger också längre fram i tiden.

FÖR CELLTILLVERKARNA skulle det vara en förhållandevis rättfram process att byta till Granodes anodmaterial eftersom det inte kräver några nya maskiner i tillverkningslinan.

–

Vi ger dem ett protokoll för hur de ska göra när de använder vårt material.

Rent praktisk handlar det om vad anodpulvret ska blandas med för att få rätt energiinnehåll och viskositet, så att det kan beläggas på kopparfolien. Dessutom påverkas energiinnehåll liksom kostnad av vad som blandas i. Tjockleken på de aktiva materialen bestämmer elektrodernas ytkapacitet.

Celltillverkarna mäter kapaciteten i den färdiga anoden som antalet milliampere-

timmar per kvadratcentimeter.

Det kisel som Granode använder är av metallurgisk kvalitet, även kallat metalliskt kisel. Det handlar om den råvara man får när man utvinner kisel ur kvarts och som sedan kan användas för att exempelvis tillverka polykristallint kisel eller monokristallint kisel för halvledarindustrin.

– Vi har det i Europa och vi använder det i anoderna.

Företaget tillverkar anodmaterialet i mindre kvantiteter i Ångströmlabbet men ändå i tillräcklig mängd för att kunderna ska kunna utvärdera det.

– De behöver i storleksordningen några kilo. Vi samarbetar med tillverkare av battericeller och med tillverkare av elbilar. Både svenska och europeiska. – När de är nöjda kan vi skriva avtal med dem och då får vi intäkter.

EN DEL KUNDER FÅR PULVRET och gör testerna helt själva men Granode kan också tillverka anoder ihop med en samarbetspartner och sedan skicka till kunderna.

Granode samarbetar också med ett tyskt företag som tillverkar utrustning för att blanda pulvret, en typ av centrifug.

Planen är att skala upp tillverkningen med en ny maskin till nästa år. Den kan producera mellan 1 000 och 2 000 kilo per år beroende på hur bra yielden blir och sedan går det att addera fler maskiner vartefter behovet växer.

Fullt utbyggd framåt år 2027 kan den första produktionslinan leverera mellan 11 och 15 ton anodmaterial per år. För att få lite perspektiv på det utgör anoden mellan 20 och 30 procent av battericellens vikt.

Granode sysselsätter idag åtta personer varav fem i labbet, plus att styrelsen arbetar aktivt. För att klara av utbyggnaden av en total produktionslina behövs mer kapital, det handlar om 100 till 150 miljoner kronor.

PER HENRICSSON per@etn.se

Enerpoly hämtar sin kemi från klassiska alkaliska batterier men modifierar den så att cellerna går att ladda som litiumjonbatterier. För att volymtillverka det billiga och ofarliga zinkjonbatteriet öppnar bolaget nu en fabrik med en kapacitet på 100 MWh per år strax norr om Stockholm.

Stockholm får megafabrik

– I juni var vi på en batterimässa i München och den visade att det finns en efterfrågan på vårt batteri. Nu skalar vi upp till vad som är en bra storlek för oss, med alla lärdomar från pilotlinan, säger Samer Nameer som är hållbarhetschef och en av de tre grundarna. Enerpoly startade så sent som 2018 för att kommersialisera forskning inom batterikemi från Stockholms universitet. Tekniken förhindrar att det bildas inaktivt material vid batteriets positiva elektrod under en laddcykel. Därmed går det att ladda även ett alkaliskt batteri många gånger.

kan laddas av solceller för att leverera el på natten eller lagra el från vindkraftverk och skicka ut den i nätet när det inte blåser.

TILLÄMPNINGARNA är batterilager i elnäten och kommersiella fastigheter. Det handlar om större anläggningar som exempelvis

Men det handlar inte om att kapa kortare toppar i förbrukningen – där är litiumjonbatterier bättre – utan om att leverera el under längre perioder, två timmar eller mer. – Vi är 25 procent mer kostnadseffektiva än litiumjärn och livslängden är lika konkurrenskraftig som litiumjärn. Dessutom har vi högre energitäthet per volym jämfört med natriumjon. Hur det blir med livslängden relativt natriumjon återstå att se. De kommer försöka matcha vår.

Senast Elektroniktidningen skrev om Enerpoly var hösten 2021 när företaget höll på att

sätta upp sin pilotlina inne på KTH. Sedan dess har mycket hänt.

UTVÄRDERINGEN hos potentiella kunder har fallit väl ut, företaget har tagit in mer kapital (totalt 15 miljoner euro), vuxit till 33 personer och håller på att sätta upp en större fabrik på 6500 kvadratmeter i Rosersberg, strax norr om Stockholm, med maskiner från konkursade Gävleföretaget Nilar.

En av lärdomarna från pilotlinan är att kunderna vill ha en europeisk värdekedja där även råvarorna hämtas i närområdet.

– Ända sedan vi grundade företaget har vi använt samma standardkemikalier som tillverkare av alkaliska batterier, så vi hittar allt i Europa.

Alkaliska batterier tillverkas i

enorma volymer av företag som Varta och Duracell, så priset på råvarorna är lågt.

En förändring från pilotlinan är att tillverkningsmetoden för katoderna gått från en våt till en torr kemi. Rent praktiskt innebär det att rulle-till-rulle-maskinen – som belade kopparfolien med det flytande katodmaterialet (en slurry) – bytts ut mot Nilars metod där de torra ingredienserna läggs ut på ett substrat för att sedan plattas till under högt tryck med en vals.

DET ÄR LÄTT ATT TRO att det är billigare med en rulle-till-rulleprocess men så är inte nödvändigtvis fallet.

– Det finns två faktorer. Med en torr process spar man mycket energi. Och så blir det färre processteg, säger Samer Nameer.

Mycket av utrustningen i fabriken kommer från konkursade Nilar i Gävle.

för zinkjonbatterier

Energibesparingen kommer från att man slipper det torksteg som alltid finns i slutet av en rulle-till-rulle-process där ytan måste vara helt torr innan det går att rulla upp den. Det kräver mycket energi när folien matas fram med hög hastighet.

Resten av processen är som tidigare, där anoder och katoder stansas ut och sedan stackas till travar som stoppas in i en rektangulär låda, varefter elektrolyten fylls på och allt förseglas.

I PILOTLINAN resulterade det till att börja med i prismatiska celler, samma typ av celler som bilindustrin använder. Men företaget har gått över till rektangulära moduler med en bipolär uppbyggnad. Cellerna seriekopplas redan från början istället för att kapslas individuellt och sedan

sättas ihop till moduler, som med prismatiska celler.

Batteripaketen levererar 48V och är kompletta med batteriövervakningssystem (BMS).

– Vi har ett team som jobbat med battery management systems sedan 2021. Det är både hårdvara och mjukvara.

MYCKET AV ALGORITMERNA går att återvinna från andra lösningar. Det som skiljer är batterikemin, vilket leder till att laddnings- och urladdningsförloppen är lite annorlunda.

– Man får anpassa lite så den passar vår kemi.

Det finns ingen risk att batteriet fattar eld om det behandlas på fel sätt.

– Ingen risk alls. Vi har gjort tester med Rise enlig UL9540 men gick även utanför testspe-

cifikationen till 400 grader. Det enda som hände när vi höjde temperaturen var att plasthöljet smälte. Det blev ingen brand och bildades inga giftiga gaser.

MOT SLUTET AV ÅRET ska alla maskiner vara flyttade från Gävle till Rosersberg. Produktionen ska sedan köras igång nästa år för att vara fullt upprampad under 2026. Då ska kapaciteten ligga på 100 MWh per år. Det är tusen gånger mer än pilotlinan, som har en teoretisk kapacitet på 100 kWh per år.

För att göra flytten och uppstarten smidig har ett antal personer på Nilar anställts.

– Det kortar ned inlärningssträckan, även om det är andra råmaterial. Vi har också anställt några från Northvolt.

Annika Werneman var med

Batteripaket från Enerpoly.

och satte upp Northvolts utvecklingslina i Västerås och blev sedan produktionschef för den. Emilie Tillegård har arbetat med uppstarten av Skellefteåfabriken.

GÅR ALLT BRA i Rosersberg och efterfrågan lyfter, kan det så småningom behöva byggas en gigafabrik. Men Samer Nameer stänger inte heller dörren för att licensiera tekniken till andra tillverkare som vill bygga storskaligt.

PER HENRICSSON per@etn.se

REBABA:

Batterier bättre begagnade

I sitt tidigare liv sprängde de batterier åt Northvolt och anpassade Teslabilar för de norska fjällvägarna. Nu jagar de begagnade elbilsbatterier och bygger energilager av dem.

Felix Kruse och Paula Runsten grundade Rebaba så sent som förra sommaren och förbereder just nu sina första pilotinstallationer. De ska ske under det kommande året.

De plockar ut battericellerna ur elbilar och bygger egna batterirack, som de installerar hos industrier och i fastigheter.

De är inte ensamma om idén att bygga batterilager av begagnade batterier – second life-batterier. Inte i Europa eller ens i Sverige. Felix Kruse räknar upp Norge, Tyskland, Spanien. – Det är superkul att många kollar upp hur man kan använda begagnade batterier.

Marknaden är så stor att inte en enda leverantör kan täcka allt, menar han.

Vissa experter – och konkurrenter – dissar konceptet och hävdar att batterilager ska tillverkas av färska celler direkt från fabriken, skräddarsydda i sina recept för just batterilager.

Och det är inte så att det är en enkel match att jobba mot begagnat. Bilmärkena har sina egna systemlösningar och kommunikationsprotokoll – ibland företagshemligheter – som Rebaba kan behöva byta ut och koppla sig runt.

Företaget adderar sina egna batteristyrsystem (BMS) och – betonar Felix Kruse –speciella brandskyddsceller för säkerhet.

– Allt handlar mycket om säkerhet. Det här är gamla elbilsbatterier. Man vet inte hur de körts under sitt första liv. Så man måste vara väldigt försiktig med hur man bygger dem.

Medgrundaren Paula Runsten är expert på batterisäkerhet – hon brukade testa batterier åt Northvolt. – Hon började på Northvolts testlabb 2021. Där sprängde hon batterier!

Båda har jobbat på Northvolt. Felix Kruse

jobbade bland annat med sourcing. Men de känner varandra sedan universitetet –maskiningenjörer. Paula Runsten medverkade i universitetets elbilsteam. Hon jobbade senare för Tesla i Norge med prototypbilar som anpassades för nordiskt klimat.

DE TVÅ GJORDE SITT EXJOBB i Indonesien tillsammans under ett halvår, kring second lifebatterier. Då handlade det om att bygga offgrid-elnät med hjälp av solceller och batterier från elbussar.

Ludvig Karlberg, Paula Runsten och Felix Kruse. FOTO: JAKOB JOHANSSON

I Sverige och hela västvärlden är offgrid en liten tillämpning. Däremot hoppar allt fler länder på trenden med energilager. De byggs av stora och små aktörer för att bland annat effektivisera förnybar energi och för att balansera elnätet. Stora och små effekter står på kö för att få koppla in sig.

Felix Kruse ger ett exempel på en av Rebabas pilotkunder. En logistikanläggning med solceller på taket får en batteriinstallation. Den ska kunna halvera sina kostnader genom att flytta dagssol till kväll och natt.

Som bonus kopplar Rebaba in batterierna på elnätet för att leverera stödjänster – en snabbt föränderlig marknad som tidvis gett extremt goda inkomster.

Potentiella kunder finns generellt inom fastigheter och industri. Och laddstationer, som använder batterier som mellanlager för flexibilitet mot elnätet och för att kunna ladda fler bilar snabbare. Även fastighetsinstallationer kan handla om att öka toppeffekten på snabbladdning.

Jordbrukare är en spännande kund. Privatkunder är inte en kundgrupp som Rebaba vänder sig till idag.

– Bara business-to-business. Men vi har faktiskt lite roliga projekt på gång.

Varifrån får ni battericeller?

– Det finns en massa Teslor och andra elbilar i Norge. Vi får tag på dem via kontakter.

Han vill vara lite hemlighetsfull men avslöjar att en av kontakterna är batteriförmedlaren Cling systems som har 3,5 år på nacken men idag väl närmast är att betrakta som en veteran i det exploderande batteriekosystemet.

REBABA ÄR BARA FYRA anställda och mycket av ingenjörskompetensen ligger hos partners.

– Vi tycker om samarbete och vi har leverantörer som har mycket erfarenhet. Vi ser oss själva som navet i en leveranskedja. Det skulle vara en stor utmaning att försöka bygga batterisystem utan samarbeten.

Hur pitchar ni er i konkurrensen?

Många säljer batterilager.

– Mycket handlar det om återbruket i sig. Det finns livscykelanalyser från IVL som visar att du kan spara stora mängder koldioxidutsläpp, 100 kg CO2 per kWh, på att använda begagnade batterier.

– Allt utvecklas och byggs i Sverige. All teknik finns här. Det finns ingen som kan komma in utifrån och styra.

– Och så har vi kostnadsfördelar. Inte mot Kina, men mot europeiska aktörer. På grund av att vi använder begagnade batterier.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

Norska batteriladdare i

Brittiska Cell Pack Solutions har valt Blueline-laddarna från norska Mascot för de industriella litiumjonbatterierna i Tracer Power-serien. Laddarna har en trestegs laddprofil, hög prestandaklassificering och ett brett skyddsprogram.

XPE RTA KITR LE

och tillbehör för krävande professionella användare.

Litiumjonbatterier har revolutionerat marknaden för bärbar strömförsörjning med sin höga energitäthet, låga vikt, långa livslängd, låga självurladdning och höga effektivitet.

De passar därför bra i utrustning för produkter för medieproduktion, säkerhet, konstruktion, medtech och liveevenemang. Detta är nyckelmarknader för batteriinnovatören Cell Pack Solutions som med hjälp av Mascots högkvalitativa laddare kan maximera prestanda och säkerhet.

Cell Pack Solutions har över 25 års erfarenhet av att producera specialdesignade batterier med hög kvalitet. Under företagets varumärke Tracer Power finns litiumbatterier

Tracer Power används bland annat av tillverkare av ljudmixrar för film- och tv-produktion. Det handlar om stora flerkanalssystem som hanterar ljudinspelning på produktionsplatsen. Eftersom dessa enheter blir allt fler och strömkrävande, ger de lätta LiFePO4-batterierna portabilitet samtidigt som de har tillräckligt med energi för att driva hela ljudsystemet i flera timmar per laddning.

Batteripaketen är UN 38.3-certifierade vilket gör dem lämpliga för internationell frakt, något som underlättar vid utlandsuppdrag. Tracer Powers batteripaket har bevisat sin hållbarhet i olika miljöer, från havsöverfarter till Saharaöknen. De finns i en mängd olika kapacitetsklasser, från långt under flygbolagens frivilliga gräns på 100 wattimmar till över 2 000 wattimmar.

Tracer Power-serien erbjuder även litiumpolymer (Li-Po) batterier som är ett populärt val för scenbelysning, rekvisita och kostym-

SVENSKA

Av Graham Lee, Mascot

Graham Lee har arbetat med batteriladdare och strömförsörjning i över 17 år, de senaste åtta som försäljningschef i Storbritannien och Irland för Mascot. Det innebär samarbete med de stora distributörerna och med stora OEMtillverkare.

belysning, där kompakthet och låg vikt är kritiska krav. Den höga energitätheten och tillförlitligheten hos dessa enheter gör batteridrift till ett bra alternativ på scenen.

Tracer Power med litiumjon (li-ion) eller litiumjärnfosfat (LiFePO4) har också valts för applikationer som kameraövervakning, vilket gör det möjligt för kamerasystem att fungera längre i fält och leverera större till-

Inte medlem? SER är intresseföreningen för yrkessamma. Vi är kontaktskapare mellan medlemmar och intressanta företag. SER arrangerar studiebesök, föredrag och seminarier med aktuellt fokus. I medlemskapet ingår även medlemstidningen Eloch Datateknik, Elektroniktidningen och Nordisk Energi.

Laddningsdiagram för litiumjonbatterier.

Laddningsdiagram för litiumjärnfosfatbatterier (LiFePO4).

brittiska proffsbatterier

förlitlighet än äldre batteritekniker. Dessutom ger litiumbatterier en lättare lösning för nödskyltar som gör att utrustning enkelt kan flyttas för hand, samt ger kabelfri ström för byggarbetsbelysning och platsövervakning som också måste vara extremt robust, men ändå lätt att installera och underhålla.

Kunder inom den medicinska sektorn inkluderar tillverkare av bärbara utrustning för sjukvården som ska vara säkra, lätta att flytta och klara av många laddningscykler genom att utnyttja egenskaperna hos litiumbatterierna i Tracer Power-familjen.

Val av laddare

När du laddar ett litiumjonbatteri är det viktigt att använda rätt laddprofil och bibehålla optimala förhållanden för att bevara batterikapaciteten under batteriets hela livstid men också garantera säkerheten genom att förhindra överladdning. Dessutom behöver både laddaren och batteriet ordentligt skydd mot överbelastning och mot höga temperaturer. Alla laddare har inte de skyddsfunktioner som krävs för att ge korrekt laddning av batteriet samtidigt som de säkerställer snabbast möjliga laddning. Denna förmåga är avgörande för att leverera den snabba laddtid som krävs i många professionella applikationer.

För att klara det har Cell Pack Solutions valt att samarbeta med Mascot som har en rad laddare i sin Blueline-portfölj designade specifikt för litiumbatterier. Cell Pack Solutions valde att erbjuda både standard- och snabbladdaralternativ, vilket ger slutanvändarna större flexibilitet vad gäller kostnad, laddningstid och storlek. Därmed kan företagets kunder alltid välja den laddare som bäst möter deras specifika behov.

Mascot har litiumladdare som klarar allt från små stationära och plug-in-enheter

med laddningsströmmar ner till 1,3 A upp till högeffektsenheter som 3540 LI som har en maximal laddningsström på 20 A. De mer kraftfulla laddarna är idealiska för större batterier som ofta används i industriella applikationer, vilket gör att batterierna kan laddas upp på kort tid och snabbt börja användas igen. Detta kan innebära att användarna behöver färre extrabatterier för att driva sin utrustning kontinuerligt under långa perioder.

Laddarnas mjukvara och hårdvara uppdateras varefter kunskapen om litiumbatterier fortsätter att utvecklas, allt för att säkerställa bästa prestanda. Utvecklingsteamet arbetar nära organisationer som UL för att Mascotladdare alltid ska uppfylla de högsta prestanda- och säkerhetsstandarderna.

Laddar i tre steg

Mascots laddare för litiumbatterier använder en laddningsprofil med tre steg vilket maximerar prestanda, säkerställer längre laddningsintervall och förlänger batteriets totala livslängd.

Det första steget utför konstantströmsladdning (CC) med högsta tillåtna hastighet. Det laddar batteriet på kort tid till mellan 80 och 95 procent av kapaciteten. I detta läge är laddarens LED-indikator gul.

Vid denna tidpunkt kommer många billigare tvåstegsladdare att indikera att laddningen är klar. Batteriet är dock inte uppe på 100 procents kapacitet. Att rutinmässigt avbryta laddningsprocessen vid denna tidpunkt kommer att minska tiden som batteriet kan användas innan nästa laddning.

Istället för att avsluta laddprocessen efter konstant strömladdning går Mascot-laddaren in i konstant spänningsläge (CV). Här sjunker laddningsströmmen och LED-indikatorn ändras till att blinka gult. Laddaren

kommer att förbli i detta läge tills strömmen har sjunkit till slutet av laddningsdetekteringsnivån eller tills CV-timern går ut. Först då är batteriet laddat till 100 procent.

För litiumjonbatterier är laddningen nu klar, batteriet är fulladdat och LED-indikatorn blir grön. Laddströmmen är noll. Om batteriet är av typen LiFePO4 appliceras en flytande laddning. Laddaren kan lämnas ansluten till batteriet och startar en ny laddningscykel om batteriet används, vilket indikeras av ett spänningsfall på 0,1 V/cell.

Mascots produkter har extra skydd för laddaren och batteriet, inklusive överspänningsskydd (OVP), underspänningsskydd (UVP), kortslutningsskydd (SCP), skydd mot omvänd polaritet, övertemperaturskydd och tidsskydd. För att säkerställa lång livslängd och maximera tillförlitligheten inkluderar specifikationerna även kondensatorer med lång livslängd med höga temperaturklasser och transformatorer som tål upp till 155 °C.

Som grädde på moset är plasten i kapslingen UL-godkänd. ■

SiC, GaN och Si – vad är bäst?

Jämfört med kisel ger halvledare med brett bandgap (WBG) bättre energieffektivitet och prestanda. I kombination med höga driftstemperaturer har det lett till att komponenter tillverkade i kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN) blivit allt populärare.

En nackdel är att de är dyrare i inköp. För det första är det fortfarande relativt nya tekniker så tillverkningen är ännu inte lika väloljad som för rena kiselprocesser. För det andra är kiselkarbid ett hårdare material än kisel vilket innebär att det tar längre tid att dela, slipa och polera.

Hur ska man som konstruktör tänka när man ska välja kraftkomponenter?

Kisel och material med brett bandgap Förnybar energi och elbilar kräver att man får ut maximalt av varje tillgänglig watt. Detta är en av huvudorsakerna till det växande intresset för kraftelektronik med nya material.

Förbättrad verkningsgrad leder också till andra fördelar. Genom sin bättre effektivitet har kraftelektronik med SiC och GaN också lägre behov av leda bort värme. Dessutom kan SiC arbeta vid högre temperaturer än kisel; upp till 200 °C. Sammantaget innebär detta att du kan förbättra din termiska och mekaniska design bland annat genom att minska behovet av skrymmande kylflänsar och kylmekanismer. Resultatet blir en mindre produkt. De högre driftstemperaturerna kommer också att vara särskilt attraktiva för vissa industri- och fordonsapplikationer.

Eftersom krafthalvledare i WBG-material är dyrare kommer de inte att vara lämpliga för alla användningsområden. Om du till exempel konstruerar billiga nätaggregat för konsumenter är det osannolikt att de effektivitetsbesparingar som GaN eller SiC kommer att ge motiverar deras högre pris.

Av Thomas Hauer, Avnet Silica

Thomas Hauer är baserad i Österrike och Avnet Silicas teknikexpert på kraftelektronik med en passion för allt inom området plus elfordon och EMC-frågor.

Varje tillämpning kommer att vara annorlunda och bör övervägas utifrån sina egna meriter. Generellt sett är bipolära transistorer av IGBT-typ och MOSFET:ar de bästa valen för lågfrekventa tillämpningar. SiC och GaN ger ökat värde för användningsområden med högre switchfrekvenser.

Om din applikation finns någonstans mellan höga och låga switchfrekvenser kan flera olika halvledartekniker vara lämpliga, och du kan behöva göra ytterligare jämförelser för att identifiera det bästa valet för din konstruktion. Om effektnivån är högre än 3 kW och/eller switchfrekvensen är lägre än cirka 20 kHz är en IGBT i kisel det bästa alternativet. Andra situationer där det skulle vara lämplig är produkter som matas med trefasström och enheter där kostnaderna måste minimeras.

Några tillämpningar

Låt oss nu titta på några specifika användningsfall och hur deras olika krav påverkar ditt val av kraftelektronik.

Industriella invertrar för motorer och nätaggregat

Många motor- och industriella applikationer uppfyller ett eller flera av kriterierna för kiselbaserade IGBT:er. De ansluts vanligtvis till trefasmatning och kräver hög effekt och/eller lägre switchfrekvenser. De större temperaturområdena som SiC ger innebär att även

dessa är värda att överväga.

Det kommer också att finnas vissa industriella applikationer som drar nytta av den ökade effektiviteten hos SiC och GaN. Framför allt kan en maskin som ska köras dygnet runt alla dagar i veckan vara en bra kandidat. På liknande sätt kan bärbara, kompakta industriella enheter med låg effekt – som industrirobotar – dra nytta av effektiviteten hos MOSFET:ar i GaN.

Växelriktare för solceller

Ambitionen att uppnå noll nettoutsläpp av koldioxid, i kombination med de kraftigt sjunkande kostnaderna för solceller, ökar efterfrågan på solenergi runt om i världen.

I det här scenariot är det avgörande att optimera varje steg i processen, från produktionen och framåt, för att få ut maximalt med användbar el från solcellerna. Produkter som Onsemis SiC-baserade kraftmoduler (PIM, Power Integrated Module) för växelriktare bidrar till att förbättra effektiviteten samtidigt som vissa mindre växelriktare för solceller har börjat använda GaN-komponenter.

Värmepumpar

En annan viktig komponent för att nå noll nettoutsläpp är elektrifieringen av uppvärmningen, som till stor del kretsar kring värmepumpar. Historiskt sett har dessa vanligtvis haft en fast effekt – de har antingen varit på eller av.

Nu har dock vissa värmepumpar en inverter vilket innebär att de kan justera kompressorns hastighet för att anpassa effekten till byggnadens aktuella behov. Förutom att förbättra värmepumpens effektivitet kan detta förlänga dess livslängd genom att minska belastningen på komponenterna.

SiC och GaN är lovande för värmepumpar eftersom de är överlägsna kiselbaserade halvledare inom viktiga områden. Både GaN och SiC ger bättre värmeledningsförmåga, högre genombrottsspänning och minskade switchförluster. Detta kan ge högre effektivitet och effekttäthet för värmepumpar. GaN fungerar särskilt bra med höga switchfrekvenser och gör det möjligt för konstruktörer att skapa kompakta produkter. SiC är idealisk för applikationer med medelhög till hög effekt med sina kostnadsfördelar.

Å andra sidan kan höga startströmmar vara problematiska för GaN-baserade komponenter eftersom de har lägre strömklassning än motsvarande SiC-produkter. Om du väljer att använda GaN i en värmepumpskonstruktion måste du vidta åtgärder som mjukstartsmekanismer, strömbegränsning och systemoptimering för att hantera problemet med startströmmen.

System för energilagring Energilagring i hemmet är en annan del av nollvisionen. Den här marknaden är fortfarande i sin linda, och de flesta system använder relativt dyra litiumjonbatterier. Men det pågår mycket arbete för att få ner kostnaderna, bland annat genom att återanvända gamla batterier från elbilar.

Energilagringslösningar i hemmet måste anslutas till det befintliga elsystemet i bostaden och eventuellt även till solpaneler eller annan mikrogenerering. Lagringssystemet behöver därför en DCDC-omvandlare eller en DCAC-växelriktare. En högeffektiv omvandlare är avgörande för att maximera den effektiva lagringskapaciteten och uppfylla husägarens höga förväntningar. Med tanke på kostnaderna för batterisystem i hemmet är merkostnaden för effektivare kraftkom-

ponenter i allmänhet försvarbar. Därför ser vi en ökande användning av både SiC och kombinationer av Si och SiC i energilagringssystem för hemmabruk.

Laddare för elbilar

Den ökande försäljningen av elbilar medför ett behov av infrastruktur för snabbladdning. Bara i EU behöver mer än åtta miljoner laddare byggas fram till 2030. Laddare för elbilar måste leverera hög effekt och vara extremt effektiva. Och eftersom de används så intensivt måste de också vara extremt tillförlitliga. Samtidigt är V2G-lösningar (Vehicleto-grid), där ström hämtas från fordonens batterier och återförs till elnätet, ett viktigt tillväxtområde. Även dessa kräver effektiv och tillförlitlig kraftteknik.

Tack vare sin förbättrade switchprestanda och tillförlitlighet jämfört med traditionellt kisel kan SiC-enheter ge denna effektivitet. Det finns redan produkter som är speciellt

konstruerade och kvalificerade för fordonsapplikationer, som dioderna i Onsemis EliteSiC-familj.

Mer frihet för utvecklarna

Som med alla saker får man kompromissa även när man ska välja kraftkomponenter. Tillgången till WBG-krafthalvledare innebär dock att du nu har större frihet när du väljer den bästa lösningen för din specifika applikation. Efterfrågan på bättre prestanda och effektivitet i allt fler användningsområden innebär att du måste förstå egenskaperna hos SiC och GaN, liksom hos traditionella kiselbaserade komponenter, samt deras respektive lämplighet för en mängd olika applikationer. Denna kunskap kommer att vara nyckeln till att fatta välgrundade beslut om vilken eller vilka lösningar som bäst uppfyller kraven för den enhet du skapar, så att du kan optimera effektiviteten, kostnadseffektiviteten och tillförlitligheten. ■

Fördelarna med GaN i µDCDC-omvandlare

Fordonsindustrin vill ständigt minska vikt och volym på alla sina system. En tung och skrymmande komponent är blybatteriet på 12 volt. För elbilar är en möjlig lösning att ersätta blybatteriet med en DCDC-omvandlare baserad på GaNteknik (galliumnitrid). Den är mindre, lättare och har färre komponenter.

Figur 1 visar en vanlig arkitektur där det gröna området är det traditionella 12 V-systemet som finns i alla fordon, oavsett om det är en förbränningsmotor eller en elbil. Det behövs bland annat för att driva infotainmentsystemet, fönsterhissar och kommunikationsfunktioner. I det blå området har vi högspänningslasterna med invertern som driver elmotorerna samt funktioner som kupévärmare och luftkonditionering. För att driva högspänningslasterna krävs ett högspänningsbatteri (rött block), som laddas via den integrerade styrenheten (ICCU), ibland kallad ”One Box”. Den innehåller ombordladdaren (OBC) och 12 V-försörjningen (gul). Ett unikt krav för elbilar är den extra strömförsörjningsmodulen (APM) som matar 12 V-systemet. Flera små DCDC-omvandlare (µDCDC) används av den integrerade styrenheten och i högspänningsbatteriet. De kallas ”mikro” DCDC-omvandlare eftersom de är mycket mindre än den strömförsörjningsmodul som matar 12 V-systemet. Denna ger normalt 14,8 V och kan leverera mellan 2 kW och 5 kW för att försörja 12 V-systemet när fordonet är aktivt, eller ”Key On” för att använda branschterminologi. När fordonet inte är i drift ger ett 12 V-batteri traditionellt sett också ström och hanterar eventuella korta belastningar som är större än vad APM:n klarar.

En µDCDC har mycket lägre effekt, mellan 50 och 300 watt – vanligtvis 200 till 300 W – och mycket lägre strömförbrukning i viloläge än en APM.

Av Peter Vaughan, Power Integrations

Peter Vaughan är ansvarig för affärsutveckling inom fordonsområdet på Power Integrations. Han har över 30 års erfarenhet av kraftelektronik och har tidigare arbetat på Chargepoint.

I högspänningsbatteriet ger en µDCDC redundans men också möjlighet för batteripaketet att vara oberoende av 12-voltssystemet. Detta är viktigt eftersom batteripaketet är den värdefullaste komponenten i fordonet. Därför måste det kunna skydda sig självt även om 12 V-systemet slutar fungera. Det kan handla om att reagera på termiska förhållanden och tillhandahålla funktionell säkerhet som att koppla bort batteripaketet från resten av fordonet i händelse av ett allvarligt fel eller olycka.

Som nämnts är bilindustrins ständiga strävan att minska antalet komponenter, storlek, vikt och volym. I en förbränningsmotor har blybatteriet normalt en kapacitet på cirka 1 kWh. Men i en elbil finns det naturligtvis

inget krav på hög strömstyrka för att orka dra runt en kall förbränningsmotor.

Detta ger konstruktörerna möjlighet att använda litiumjonceller, vilket dramatiskt minskar storleken och vikten. De ger system som är cirka 20 procent mindre än de traditionella lösningarna och som dessutom har en längre livslängd. I de tidiga elbilarna var blybatteriet en av de främsta orsakerna till att fordonen slutade fungera.

FIGUR 2 VISAR ATT BILTILLVERKARNA vill ta bort batteriet helt och hållet. Om man inte behöver en startmotor, varför då ha ett batteri överhuvudtaget? 12 V-profilen i figuren visar hur belastningen sjunker när olika moduler i fordonet försätts i viloläge efter att fordonet har låsts. I det lägsta tillståndet är förbrukningen cirka 10 Wh/dag så ett system bör klara flera veckors standbytid. Men med allt fler kameror för olika nivåer av förarassistans och en önskan om att ha säkerhetslägen kräver mer än bara några få wattimmar. Det begränsar standby till endast några timmar innan batteriet är helt urladdat gör det omöjligt att minska batteriet.

Utmaningen skulle kunna lösas genom att köra APM-systemet hela tiden. Det är dock mycket ineffektiv vid låg effekt. Effektivitetskurvan i figur 3 visar att vid en förbrukning på mindre än 100 W är effektiviteten endast 50 till 60 procent. Det är också problematiskt när fordonet laddas eftersom 12 V-systemet

Figur 1. 12-volts elbilsarkitektur med μDCDC.

Figur 2. Behovet av 12-voltsbatteri går mot noll.

Figur 4. En fordonskvalificerad flybackomvandlare med GaN-kretsar på 100 W (DER-953).

måste vara igång då. För om elbilen bara drivs av 12 V-batteriet kommer det att laddas ur innan fordonet har laddats upp. APMsystemet måste alltså köras, men ineffektiviteten i det orsakar cirka 25 procent av den totala energiförlusten under laddprocessen. Om APM:en ersätts med en µDCDC som kan leverera den typiska laddningsbelastningen på 200 W, blir förbättringen mycket stor eftersom µDCDC:n har en verkningsgrad på 95 procent eller mer. Under samma förhållanden är förbrukningen bara 0,8 kWh, vilket innebär en besparing på 1,2 kWh. Detta har en enorm inverkan på räckvidden per wattimme, ett jämförelsetal som biltillverkare och köpare tar på största allvar.

Varför GaN?

Galliumnitrid (GaN) är mycket effektivare än kisel eftersom det har låg COSS och därmed

mycket lägre switchförluster. Detta resulterar i högre effekttäthet. Power Integrations har tagit fram en rad olika GaN-kretsar för att lösa specifika utmaningar. Figur 4 är en referensdesign, DER 953, för en µDCDC på 100 W baserad på den fordonskvalificerade InnoSwitch3-AQ på 900 V. Det är en flybackkrets som använder Power Integrations GaNteknik kallad PowiGaN. Kretsen kombinerar styrning på sekundärsidan, styrning på primärsidan, effektenheten och ett omfattande skydd i en och samma kapsel. Det resulterar i en mycket kompakt 100 W-omvandlare som kan arbeta över ett inspänningsområde på 150 till 500 V.

Som jämförelse kan nämnas att ett enkelt byte från en InnoSwitch3-lösning i kisel till en InnoSwitch3-lösning i GaN (Power Integrations har kisel-, GaN- och SiC-varianter av InnoSwitch3) ger en temperatursänkning på

20 grader Celsius, vilket gör det möjligt att leverera mer effekt, använda omvandlaren i högre omgivningstemperatur eller minska antalet kylflänsar, allt beroende på designbegränsningarna.

Referensdesignen på ett nätaggregat på 100 W kan köras i 85 °C och leverera full effekt över hela ingångsspänningsområdet, utan någon annan kylfläns än kretskortet. Att byta till GaN har därför i princip fördubblat den effekt som är tillgänglig med den enkla flyback-topologin.

Det finns även andra fördelar, särskilt när det gäller strömförbrukningen i viloläge. Figur 5 visar att InnoSwitch3-AQ ger en mycket jämn verkningsgrad på 94 procent vid full belastning över hela temperaturområdet från –40 °C till 85 °C. Även vid 20 procents belastning och 20 W uteffekt är verkningsgraden fortfarande högre än 90 procent. Eftersom verkningsgraden vid låg belastning är så bra kan en InnoSwitch3-AQ µDCDC köras kontinuerligt. Detta gör konstruktionen mindre komplex eftersom det inte längre finns något krav på att ha en styrprogramvara som bestämmer när utgången ska slås på eller av. Det finns inte heller något behov av en isolator för att skicka signalen från högspännings- till lågspänningsdomänerna för att stänga av omvandlaren.

En annan fördel är den egenutvecklade kommunikationstekniken kallad Fluxlink som gör det möjligt att styra på sekundärsidan utan optokopplare. Detta ger en extremt bra transientrespons, vilket är viktigt eftersom dessa omvandlare tillbringar större delen av sin tid med mycket lätt belastning och sedan kan uppleva en transientbelastning vid nära full last. Vid en belastningsförändring på en 12 V-utgång från 10 procent till 90 procent och sedan till 10 procent igen har InnoSwitch3-AQ till exempel ett transientsvar på 220 mV mätt som topp-till-topp. En typisk konkurrerande lösning kan ha ett transientsvar på cirka 1 V. Detta innebär en utmaning för systemet eftersom 12 V-utgången tillfälligt kommer att sjunka med en volt eller mer.

Högre effekt?

För att klara högre effekter krävs en förändring av topologin som Active Clamp Flyback (ACF). Den använder en annan GaN-krets, se figur 6. Detta gör det möjligt att öka effekten från 100 W till 260 W trots enkelheten i topologin. Resultatet blir en platt kurva med hög verkningsgrad på cirka 96 procent över hela temperaturområdet plus en bra verkningsgrad vid lätt belastning på cirka 90 procent vid 5 procents last.

I jämförelse med konkurrerande µDCDCkonstruktioner kräver InnoSwitch3 betydligt färre komponenter tack vare den höga integrationsgraden. Detta sparar inte bara utrymme utan ökar också tillförlitligheten och gör det möjligt att använda enkla omvandlartopologier för att nå de effektnivåer som krävs. ■

Figur 3. Uppmätt effektivitet i APM och μDCDC.

Figur 5. Hög och konstant effektivitet.

Goda nyheter:

Uppkopplade batterilager

För att förbättra effektiviteten, säkerheten och tillförlitligheten hos ett batterilager (BESS) måste det kopplas upp till Internet. Det kräver hårdvaruoch mjukvarukomponenter som I/O-gateways, edge protocol-gateways, edge-datorer och edge-mjukvara.

Digitaliseringen av elnätet innebär att det byggs energilager som kan stötta förnybar energi i smarta och flexibla kraftsystem. Digitaliseringen kommer att påverka hela processen, från generering och lagring till överföring, distribution och förbrukning.

En annan trend är decentralisering, vilket kräver stora insatser från företag, särskilt större företag, för att införa självgenererande lösningar. Dessa kommer att göra det möjligt för företagen att hantera sitt eget energibehov i mikronät.

Utmaningarna

Kostnaderna för ett batterilagringssystem är alltid en central fråga. När det dessutom är IoT-baserat måste man räkna med priset för hårdvara, mjukvara, installation och underhåll för att få fram den totala ägandekostnaden. En förenklad systemdesign och maximerad systemeffekt är ett måste för att nå lönsamhet. Framtida skalbarhet är också viktig, både när det gäller systemets framgång och dess kostnad. Batterilagret måste vara skalbart för att kunna trygga en framtida tillväxt.

Ett uppkopplat batterilager måste också ha en pålitlig och säker kommunikationsinfrastruktur samt gedigen beräknings-

Av Paul O’Shaughnessy, Advantech

Paul O’Shaughnessy

är försäljningsdirektör för IIoT i norra Europa och sektorchef för Energy & Utilities.

Ett typiskt ekosystem runt ett batterilager.

prestanda som kan arbeta autonomt. Uppkoppling krävs både i sensorlagret och nätverkslagret – det senare samlar in data från olika enheter i systemet. Under integreringen kommer de flesta projekt att stöta på en mängd olika protokoll. Det kan vara seriella, enkeltrådiga, CAN-buss, digital ingång, analog I/O, Ethernet och fiber. Dessutom måste man ha nätverkssäkerhet i flera lager vid varje anslutningspunkt för att stoppa eventuella angrepp. VPN, brandvägg och datakryptering är exempel på viktiga verktyg för en god systemsäkerhet.

Data, data och mer data

För att hitta den optimala systemlösningen måste datakommunikationen ske i realtid,

Översikt över viktiga applikationer i ett batterilager med potentiella produktlösningar.

eller så nära det som möjligt. Vissa teknikleverantörer driver utvecklingen av hårdvara och mjukvara som kan underlätta utrullningen av integrerade lösningar för förnybar energi. Det inkluderar insamling av analoga data från solpaneler och vindturbiner samt data från batterihanteringssystem (BMS). En BMS använder vanligtvis en CAN-buss för extern kommunikation där en kommunikationsgateway omvandlar CAN-bussen till Ethernet. Genom att välja rätt gateway kan man trygga en sömlös dataöverföring och balansera elnätet.

Man måste också samla in data från energiomvandlingssystemet (PCS), som utgör kärnan i schemaläggningen och leveranserna av el eftersom det i realtid omvandlar mellan växelström och likström. Energilagringssystem (ESS) och miljökontrollsystem (ECS), som kombinerar brandövervaknings- och HVACsystemet, är andra datainsamlingspunkter. Detta sträcker sig även till applikationer i det övergripande energihanteringssystemet (EMS) och ger ett sömlöst och mycket effektivt system. EMS inkluderar vanligtvis SCADA-mjukvara och industridatorer som arbetar tillsammans för övergripande övervakning av energilagringscontainern. Två IPC:er används vanligtvis som backup för varandra för att trygga SCADA-stabilitet, medan ytterligare två används som backup för varandra för databasredundans.

Djupa produktstackar

De senaste djupa produktstackarna (både hårdvara och mjukvara) kan uppfylla de sär-

skilda behoven hos viktiga applikationer och bidra till att bygga en idealisk lösning.

En av de främsta utmaningarna är att ansluta både Ethernet- och CAN-bussar till olika enheter för alla potentiella applikationer i ett batterilager, oavsett var de är i förhållande till mätaren. Data är nödvändigt för att maximera prestanda och effekt.

I stora batterilager ute i elnätet finns BMS, PCS och EMS i olika containrar där varje container måste upprätthålla datakommunikationen hela tiden för att hantera laddning och urladdning. Containrarna ansluts med hjälp av en fiberoptisk ringtopologi för att förbättra nätverksredundansen och trygga stabiliteten. Genom att använda den senaste switchtekniken kan man ansluta varje BMS och sända Ethernetsignaler över fiberoptiska kablar vilket ger ett sömlöst datautbyte mellan distribuerade BMS-containrar. I det översta lagret av ringnätet bör man använda IEC61850-3-certifierade Ethernet-switchar för att ansluta PCS, EMS och flera BMS-containrar. En annan viktig komponent är medieomvandlaren. Eftersom hanteringen av energilagringssystemets säkerhet är kritisk krävs en industriell medieomvandlare mellan Ethernet och fiber. Det gör det möjligt att ansluta övervakningskameror och överföra videosignaler till nätverket. Medieomvandlare och trådlösa gateways baserade på

LTE/5G säkerställer att PCS och EMS förblir anslutna till batterierna, vilket gör det möjligt att kapa toppar i efterfrågan, hantera frekvensreglering och energihantering. Att kapa efterfrågetoppar bidrar till att sänka energiförbrukningen och därmed undvika toppeffektavgifter.

För batterilager bakom mätaren i kommersiella byggnader och hem stöttar det optimala valet av I/O-moduler, protokollgateways, Ethernet-switchar och automationsdatorer

Från Idé till Produkt

Elektronikdesign, EMC test, Produktion

Utveckling

Hårdvara

Mjukvara

Mekanik

Produktion

SMD

Hålmontering

Slutmontering

Prototyper

EMC

Ackrediterat lab

Filter design

Filterproduktion

Kalibrering

Multimetrar

Batterilager i elnätsskala.

för understationer (IEC 61850-3) de bussprotokoll som behövs i arkitekturen.

I ett typisk kompakt batterilager bakom mätaren samlas HVAC-data, inklusive temperaturförändringar, in via Ethernet. Dessa data går till en gateway som använder ett CAN-gränssnitt för att omvandla BMS-data till ett Ethernet-nät. En visualiseringsgateway kan fungera som gränssnitt mellan människa och maskin för att presentera data. För att etablera en anslutning kan alla

Ett typisk batterilager bakom mätaren.

exempel där man använder HVAC-styrning. Det kräver I/O-signaler såsom analoga ingångar för att hämta temperaturdata i batteripaketet och en digital ingång för att upptäcka larm. Dessutom krävs edge-gateways för att bearbeta och kontrollera data, samt edge-datorer för den övergripande hanteringen av systemet.

Exempel på en IoT-infrastruktur för att trygga ett effektivt batterilagringssystem.

maskiner länka till en switch med åtta portar som sedan överför nödvändiga data till EMS. En molntjänst för hantering av edge-enheter ger distansövervakning och anslutning av enheter i alla BESS-installationer bakom mätaren. Det tryggar fullständig mikronätsprestanda och visibilitet.

För att batterilagringen ska fungera stabilt är det också viktigt att identifiera och använda optimala I/O-gateways på distans och edge-datorer. Dessa enheter kan effektivt övervaka BMS-, EMS- och ECS-förhållanden

för att trygga säkerheten hos systemet medan industriella switchar, routrar och protokollgateways möjliggör en robust nätverksinfrastruktur med VPN och IT-protokoll för ökad datasäkerhet.

Potentiella fördelar

För att lyfta fram fördelarna med en industriell IoT-lösning för att trygga ett effektivt batterilager, balanserad energianvändning och bättre energisäkerhet följer ett verkligt

Våra högströmskontakter från Stäubli är konstruerade för krävande industriella miljöer. De är utrustade med den beprövade MULTILAM-tekniken som innebär lägsta övergångsmotstånd och extremt hög strömtäthet.

Kontaktdonen är lämpliga för en mängd olika applikationer såsom kraftgenerering och distribution, rack- och panelmontage, maskinstyrningssystem, mobila transformationer m.m.

Kontakta oss för ytterligare information.

08-97 00 70 info@elproman.se www.elproman.se

I denna lösning har varje batteripaket en enkel I/O-gateway som HVAC-kontroll. Dessa I/O-gateways innehåller I/O-moduler och grundläggande datorfunktioner för att sköta I/O-kontrollen och hantera larm eller händelser. Varje batteribank (som består av flera batteriställ) använder edge-gateways för att hantera enheter (inklusive I/O-gateways) och skicka data till edge-datorerna. Edge-datorerna sköter i sin tur systemen som övervakar statusen hos varje batteribank. Ethernet-enheterna ansluts via en switch.

Denna lösning har många fördelar. För det första möjliggör den viktiga energihanteringsuppgifter och maximerar solenergieffekten. För det andra ger användningen av en webbaserad plattform omedelbar tillgång till data.

Framtiden är ansluten Företag runt om i världen ställs inför ökande energipriser och en brådskande miljöagenda som kräver att man använder renare energi. Allt fler bygger därför lokala kraftsystem och batterilager. En pålitlig industriell IoT-stomme utgör en del av den kritiska infrastruktur som behövs för en effektiv styrning i den digitala energiomställningen. Som utvecklare och tillverkare av egen hårdvara och mjukvara har Advantech en komplett industriell produktportfölj som täcker alla delar som krävs för att bygga ett effektivt IoT-system med inklusive integrering av tredjepartsutrustning. Företaget erbjuder också en fullständig nyckelfärdig designtjänst för att förse kunderna med en heltäckande kontroll- och kommunikationslösning för helintegrerad kontroll och hantering av batterilager. ■

Den detekterar moderna köldmedel

■ SENSORER

Det blir allt populärare att använda R290, i praktiken propan av köldmediekvalitet, i värmepumpar, luftkonditioneringar och liknande produkter. Delsboföretaget Senseair har utvecklat en detektor som kan upptäcka läckage av det mycket brandfarliga köldmediet.

Det kommer allt fler beslut som syftar till att fasa ut användningen av PFAS, även kallade evighetskemikalier, och F-gaser (fluorerade växthusgaser) i olika uppvärmnings- och kylsystem.

En populär ersättare är R290, en propangas av högre kvalitet, som anses vara ett mer hållbart alternativ till konventionella lösningar.

På grund av dess höga brandfarlighet krävs dock tillförlitlig

och mycket noggrann läckagedetektering för att garantera att produkterna är säkra att använda.

SENSEAIRS GASSENSOR Sunlight R290 är utvecklad för uppgiften. Precis som företagets CO2-sensor använder den NDIR-teknik (non-dispersive infrared med en lysdiod som ljuskälla och en fotodiod som detektor) för att mäta gaskoncentrationen.

Tack vare den minimala värmeutvecklingen kan sensorn användas på ett säkert sätt med R290-gasen. På grund av NDIR-metodens egenskaper påverkas detekteringen inte heller av vibrationer eller störande gaser. Det resulterar i robusta och tillförlitliga mätningar som uppfyller de stränga kraven på läckagedetektering i säkerhetsstandarden IEC 60335-2-40 för

elektriska värmepumpar, sanitära varmvattenvärmepumpar och luftkonditioneringsapparater.

Sensorn har ett mätområde på 0–100 procent LFL (lower flammable limit, koncentrationen av ett brännbart material i luften under vilken antändning inte sker) med en hög mätnoggrannhet på ± 2,5 procent LFL.

ETT ARBETSOMRÅDE på –40 °C till 70 °C och en relativ luftfuktighet (RH) på 0 till 95 procent gör att Sunlight R290 kan fungera stabilt i utmanande miljöer och täcka ett brett spektrum av applikationer, inklusive luftkonditioneringar, värmepumpar, avfuktare och kylare för kontrollpaneler.

Vid drift under normala miljöförhållanden kan man förvänta sig en livslängd på över 15 år. Dessutom har sensorn en ABC-

algoritm (Automatic Baseline Correction) som möjliggör underhållsfri användning under längre perioder.

SENSORN LEVERERAS i en kapsel på 34×21×12 mm och har en strömförbrukning på 94 μA. Sunlight R290 finns i en inbyggnadsmodell och i en fristående modell. PER HENRICSSON per@etn.se

Till slut: Auracast på bred front?

■ LJUD

Brittiska Frontier volymproducerar en Bluetoothmodul med stöd för Auracast, standarden som låter Bluetooth göra synkroniserad broadcasting till ett obegränsat antal mottagare.

Auria heter modulen. Pressmeddelandet ger ingen prognos på när den kommer att gå att beställa. Det vi får veta är att den volymproduceras och att kunder just nu utvecklar ljudprodukter som använder den.

För sina tidigare komponenter har Frontier flera kända hemmaaudiomärken som kunder: Sony, Onkyo, Philips, Grundig, med flera.

Modulen kan användas för att bygga soundbars, uppkopplade högtalare, bärbara högtalare och andra ljudprodukter. Att integrera modulen i din produkt adderar en kostnad på uppskattningsvis 25 dollar.

MODULEN KÖR en Arm Cortex A32-dubbelkärna. Audioutgången är I2S. Den har anslutning för skärm och för I2C, SPI, UART, IR, GPIO och GPADC. Och så har den en tryckt Pifa-antenn.

Det finns Auracast-appar för iOS och Android och en utvecklingsmiljö med stöd för bland annat en Auracast-fjärrkontroll.

Auracast är en del av Bluetooth LE 4.2. Modulen stöder även LE 5.3 och Wi-Fi 6.

Ett användningsfall är att modulen tar emot Spotify via Wi-Fi och länkar den vidare via Auracast till andra Auracast-enheter i närheten.

Frontier kommer att demonstrera Aura på konsumentelektronikmässan IFA Berlin den 6–10 september.

I sitt tidigare sortiment har Frontier kretsar och moduler för digitalt ljud, bland annat för DAB-radio, soundbars och flerrumshögtalare.

Standarden Auracast (tidigare känt som Audio Sharing) har legat färdig i snart fyra år – så det är hög tid för en bred introduktion. Smarttelefoner, laptops, teveapparater, PA-system och hörlurar är andra typer av produkter som kommer att stödja Auracast. Och hörapparater, inte minst. Det var för sådana som Auracast ursprungligen utvecklades – Auracast är i princip en digitaliserad hörselslinga.

På allmän plats kommer Auracast att användas för att låta dig lyssna i dina egna Auracast-hörlurar på valfri monitor inom synhåll.

HEMSIDAN för organisationen Bluetooth svarar fortfarande ”Coming soon” om du försöker lista produkter med stöd för Auracast. Men JBL lanserade faktiskt BThögtalare med stöd för Auracast i januari. De finns att köpa idag. Du ser den officiella logotypen på högtalarna – en stående spiraltriangel.

Är Frontier först med en kommersiell komponent? Det får Frontier reda ut med U-blox som demonstrerat en modul, Nora B1, med stöd för Auracast. Den finns bland annat på Mouser för 121 kronor styck i volymer om hundra.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

FPGA-kort certifierade på AWS och Azure

■ FPGA

Våren 2021 lanserade AMD-Xilinx ett litet

FPGA-baserat kort kallat Kria med tillhörande mjukvara för smarta kameror. Det har fått sällskap av ytterligare två kort med mjukvara för robotar och motorer. Nu är dessa certifierade för Amazons och Googles IoT-moln.

FPGA:er är kraftfulla men inte helt lätta att programmera. På senare år har AMD-Xilinx lagt ned stora resurser på att förändra det och göra verktygen lättanvända även för den som inte vill grotta ned sig i hur den programmerbara logiken fungerar.

För Kria kan man exempelvis lägga in färdiga block som utnyttjar den programmerbara logiken för en specifik uppgift. Det går också att ta fram AI-modeller via högnivåverktyg som Tensorflow, Pytorch och Caffe.

KORTET MED TIO ÅRS garanterad tillgänglighet har stöd för Peta Linux och för första gången även Ubuntu Linux.

Startpaketen för dessa tre kort är nu certifierade för de två molnbaserade IoT-plattformarna AWS IoT Greengrass och Azure IoT Edge.

AWS IoT Greengrass är ett IoT-moln baserat på öppen källkod som gör det möjligt att bygga distribuerade IoT-applikationer. Det går att samla in och analysera data, reagera autonomt på lokala händelser och kommunicera säkert med andra enheter i det lokala nätverket. Greengrass-enheter kan också kommunicera privat med AWS IoT Core och exportera IoT-data till AWS Cloud.

PÅ LIKNANDE SÄTT erbjuder Azure en molnlösning som är enhetsfokuserad och gör det möjligt att distribuera, köra och övervaka containeriserade Linux-program.

Azure IoT Edge är en delfunktion i Azure IoT Hub och gör det möjligt att hantera en IoT-lösning från molnet inklusive analyser.

PER HENRICSSON per@etn.se

Nordics minsta och snålaste Sip

■ TELEKOMMUNIKATION

Nordics NRF9151 är norska Nordic Semiconductors hittills minsta och strömsnålaste IoT-modul för mobilnätet.

NRF9151 är en Sip-modul (System-in-Package) med integrerad app-MCU och förcertifierat stöd för LTE-M/ NB-IoT och Dect NR+. Du kan utveckla egna appar för den eller köra den som mobilmodem via AT-kommandon.

Några tillämpningsområden är industriell automation, spårning av gods (asset tracking), smarta städer, smarta mätare och smart jordbruk.

I LIKHET MED sin föregångare 9161, stöder den 3GPP release 14 för LTE-M och NB-IoT med global täckning. Det som skiljer enligt Nordic, är det betydligt mindre fotavtrycket.

Utöver en uteffekt på 23 dBm (Power Class 3) stöder den även Power Class 5 (20 dBm) vilket

14 bitar och fyra kanaler

■ TEST OCH MÄT

En egenutvecklad asic gör det möjligt att sampla data med 14 bitar och en bandbredd på 1 GHz på alla fyra kanalerna. Det är fyra gånger bättre upplösning och halva brusgolvet jämfört med andra oscilloskop, enligt Keysight.

HD3 i Infiniivision-familjen är ett oscilloskop för alla möjliga typer av generella applikationer där man behöver studera fler signaler med liten amplitud samtidigt. Innanmätet är uppdaterat med bland annat en ny asic och en ny minnesarkitektur som ger en uppdateringshastighet på skärmen motsvarande 1,3 miljoner vågformer per sekund.

Antalet bitar i AD-omvandlarna är 14 även när alla fyra kanaler används och den maximala samplingshastigheten ligger på 3,2 GSa/s. Bandbredden går att välja i fyra steg från 200 MHz till 1 GHz.

ska ge 45 procent lägre maximal strömförbrukning.

Den är i produktion nu och det finns en utvecklingssats med firmware-exempel i Quick Start i desktopverktyget NRF Connect och molnverktyget NRF Cloud Services.

Du kan få den förladdad med datatrafik i SIM-kort från Onomondo och Wireless Logic. En

planerad firmwareuppdatering ska ge den stöd för satellittjänster (NTN, Non-Terrestrial Network).

NORDIC HANTERAR regulatoriska certifieringar och förhandsgodkännanden från operatörer. MCU:n är byggd på en Arm Cortex M33 på 64 MHz med 1 MB flash och 256 KB RAM, ett multimode LTE-M/NB-IoT-modem med satellitpositionering, strömhantering och RF-frontend. Allt konstruerat av Nordic. JAN TÅNGRING jan@etn.se

Minnet är på 20 Msampel per kanal som standard men kan uppgraderas till 100 Msampel.

Brusgolvet är 50 µVRMS vilket i kombination med de många bitarna i AD-omvandlaren underlättar när man vill studera små signaler.

DET FINNS EN MÄNGD olika mätfunktioner inklusive automatisk sökning och analys av glitchar och men också långsamma flanker. Vidare går det att automatisera mätningar på olika seriella bussprotokoll och applikationsprogram.

Det går att uppgradera bland annat bandbredd, minne och olika analysfunktioner genom att köpa mjukvarunycklar, ingen ny fabrikskalibrering behövs. Priset börjar på 8 300 USD. PER HENRICSSON per@etn.se

Supersnål processor från universitetsavknoppare

■ INBYGGDA SYSTEM

En processor som är 166 gånger mer energieffektiv än en typisk processor för inbyggda system – det ska amerikanska kiselsmedjan Global Foundries tillverka åt Efficient Computer, ett avknoppningsföretag från CMU (Carnegie–Mellonuniversitetet).

Testexemplar ska finnas nästa sommar. Efficient hoppas att den ska göra revolution inom batteridrivna system.

Efficient annonserade sin existens i mars. Vd och medgrundare är Brandon Lucia, professor på CMU.

Industriell IoT, försvar, rymd och bärbara enheter nämns som tillämpningsområden. Inom medicinområdet nämns implantat.

Efficient beskriver dagens processorer som överdimensionerade, där bovarna bakom energiförbrukningen är dels

datatransport och dels ett overhead i form av administrativ programkod.

DEN EGNA ARKI TEKTUREN , Efficient Fabric, är rekonfigurerbar vid kompilering och beskrivs som ett ”paradigmskifte”.

Den ska använda MRAMminne och implementeras i

GF:s process 22FDX där ABB (Adaptive Body Biasing) är en viktig beståndsdel.

Kodar gör du i C och i AIbiblioteket TensorFlow Lite C. Stöd för fler kodplattformar planeras.

Fabric sägs spara energi för maskininlärd AI inom ljud, bild, sensorer och signaler, Kvantifieringen att den är ”166 gånger energieffektivare” kommer just från AI-världen.

Efficient har låtit sin processor E0 köra exakt samma AI-kod som en icke namngiven strömsnål konkurrent. Efficient gjorde en direkt mätning på E0 och jämför resultatet med siffror som konkurrenten publicerat.

Koden körde AI-benchmarken

Convolution 5×5.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

Sätter datainsamlingsrekord med zontrigger

■ TEST OCH MÄT

En asic-baserad zontrigger gör det möjligt för MXOoscilloskopen från Rohde & Schwarz att isolera händelser där traditionell triggning går bet på uppgiften. Tekniken passar särskilt bra i frekvensdomänen.

Traditionella triggtyper som kanttriggning kan vara svåra att ställa in och fångar inte alla typer av händelser. Med zontriggning kan användaren istället ange triggervillkor genom att rita ett eller flera områden på instrumentets skärm.

Oscilloskopet kontrollerar sedan varje svep med avseende på dessa villkor och visar bara de svep där det finns händelser som uppfyller triggvillkoren.

Det går att fånga 600 000 vågformer per sekund med mindre än 1,45 µs mellan triggerhändelserna. Det är upp till 10 000 gånger snabbare än konkurrerande zontriggerlösningar, uppger Rohde & Schwarz.

Zontriggning passar för alla som testar och felsöker i frekvensdomänen med hjälp av ett oscilloskop. Det går exempelvis att rita ett område på skärmen och sedan trigga om en viss ton

överskrider en inställd effektnivå inom zonen. Eller så kan användaren helt enkelt rita en zon för RF-chirps eller -pulser.

Nytt är också det Rohde kallar ”free run”-läge, där oscilloskopet registrerar så snabbt som möjligt utan att leta efter en triggerhändelse. Att kombinera detta med zontriggning kan vara mycket effektivt för mätningar av effektintegritet och EMI-felsökning.

Den asic-baserade zontriggningsfunktionen är standard för alla oscilloskop i MXO 4-, MXO 5- och MXO 5C-serien som har version 2.2 av firmware.

Den som redan har ett MXOoscilloskop kan uppdatera kostnadsfritt genom att ladda ner och installera den nya versionen av firmware.

Arm-veteraner släpper Risc V-kärnor

■ INBYGGDA SYSTEM

Akeana i San José kliver ur smygläge idag och drar täckelset av tre Risc V-cpu-familjer. Akeana består av teamet bakom Caviums gamla Armserverprocessor Thunder X2.

Du som vill designa en processor kan nu vända dig till Akeana för att få Risc V-cpu:er att plugga in i din design. De tre kärnorna ska tillsammans täcka hela spannet från styrkretsar till datacenterprocessorer.

Kärnorna heter Akeana 100, 1000 och 5000. I skrivande stund är de tre länkarna låsta och vi vet inte så mycket mer än att Akeana 100 är en 32-bitare och de andra

två är 64-bitare. Akeana ville att nyheten skulle släppas samtidigt i hela världen.

Vd för Akeana är Rabin Sugumar, tidigare chefsarkitekt på Cavium (köpt av Marvell).

Teamets bakgrund i Cavium är intressant. Serverprocessorn Thunder X2 är en god merit.

Cavium var enligt prestandaprocessorsajten Next Platform det mest framgångsrika av ”den an-

dra vågen” av företag som försökt utmana X86-dominansen inom serverområdet med processorer baserade på Arm. Thunder X2 släpptes med 32 kärnor år 2018.

Caviumteamet har tagit sin erfarenhet från Arm-arkitekturen och växlat över till Risc V.

Den andra vågen av Armserverprocessorer dog ut, men efter att Arm satsat på bättre designstöd för serverprocessorer har det idag formats en tredje våg. Det är den vågen som Risc Vservrar baserade på Akeana 1000 nu vill utmana.

En cpu är inte en processor, så precis som Arm erbjuder Akeana IP-block för att bygga kompletta system. Du kan bygga multiprocessorsystem och multikärnor med koherent cache. Akeana erbjuder även en accelerator för AI-matrisberäkningar.

Konkurrerande Risc V-servercpu:er finns idag från Sifive, Ventana, Esperanto och Alibaba. Tillsammans med appkärnan 1000 och styrkretskärnan 100 täcker Akeana dessutom in hela spelplanen för Arm. På styrkretsoch appkretssidan finns många Risc V-kärnor, med taiwanesiska Andes som det kanske största namnet.

Det första som Akeana själv lyfter fram i sin pressrelease är de drygt 100 miljoner dollar som företaget fått i investeringar från bland annat Kleiner Perkins, Mayfield och Fidelity Ventures. JAN TÅNGRING jan@etn.se

Akeana 100 till vänster och Akeana 1000 till höger.

Svensk Elektronik

– tillsammans för branschens bästa

Bli medlem – för en hållbar och konkurrenskraftig elektronikindustri

Svensk Elektronik är Sveriges främsta branschorganisation för industriell elektronik. Vi har över 150 medlemmar, vilket innefattar ledande företag och organisationer som tillsammans utgör en betydande kraft. Vi skapar värde med nätverk, kunskapsutbyte, utbildningar, samverkan och engagemang kring branschens viktiga frågor. Vi jobbar med:

– Bevakning & information

... om utveckling och trender, lagar och direktiv. Vi anordnar seminarier och utbildningar.

– Samverkan & gemenskap

... insikter och tips från branschkollegor. Tillgång till expertkunskap. Erbjuder plats i en professionell gemenskap.

– Påverkan i nyckelfrågor

... ger företagen möjligheten att påverka i branschspecifika frågor. För dialog med myndigheter och fungerar som remissinstans.

– Nätverk & kunskapsutbyte

... genom att arrangera mässor, konferenser, studiebesök och nätverksträffar.

– Ökad konkurrenskraft

... genom att framhäva industrins behov av strategiska investeringar med fokus på forsknings- och innovationsfinansiering.

– Skapa förutsättningar

... adresserar företagens huvudutmaningar, som att rekrytera rätt kompetens och utveckla befintlig personal.

Följ QR-koden till medlemsansökan

15 % medlemsrabatt på monterpaket!

Möt dina drömkunder på Sveriges viktigaste mötesplats för Elektronikbranschen

Elektronikmässan 2025 äger rum den 2–3 april på Kistamässan i Stockholm. Som utställare sparar ditt företag värdefull tid genom att effektivt kunna demonstrera nyheter och produktlanseringar samtidigt som ni skapar kontakt med mängder av beslutsfattare i en aktiv köpprocess.

Just nu får alla medlemmar i Svensk Elektronik 15% rabatt på monterpaket till mässan. Läs mer på elektronikmassansthlm.se och boka din plats redan nu!

Missa inte chansen att vara en del av framtidens elektronikbransch!

Anmäl dig på vår hemsida och låt oss tillsammans skapa banbrytande lösningar för en innovativ och hållbar morgondag!

Precision made easy.

The MXO 5 series delivers breakthrough oscilloscope technology to speed up your understanding and testing of electronic systems. With both four- and eight-channel models, the specifications of the MXO 5 series impress, making the instrument stand out above other industry choices. In addition, the MXO 5 series oscilloscopes are the epitome of cutting-edge technology by delivering quick and accurate results. With custom technology and game-changing features, these oscilloscopes are the perfect tools for understanding circuit behaviors.

More at: www.rohde-schwarz.com/product/mxo5

NEW MXO 5 series Oscilloscope