L'energia elettrica è una risorsa essenziale per la vita moderna e, in virtù dei continui progressi tecnologici, non è più considerata un lusso, bensì un veicolo di cambiamento e sviluppo per la società. Il settore dell'elettronica è soggetto a una domanda in continua crescita e, secondo le previsioni dell'EIA, entro il 2040, il consumo energetico è destinato ad aumentare del 56%. Soddisfare tale domanda e ridurre l'impatto ambientale sono entrambe risposte logiche al boom tecnologico e Infineon intende sia soddisfare le esigenze di un settore in costante crescita, sia offrire soluzioni più sostenibili. Il segreto di ottenere il massimo su entrambi i versanti? Dispositivi più intelligenti e sistemi più efficienti.
Nel passaggio verso uno stile di vita "più intelligente" non è difficile rendersi conto delle infinite potenzialità della tecnologia intelligente; attraverso sistemi più intelligenti è possibile coordinare il consumo in base alla fluttuazione dell'alimentazione durante il giorno, supportare una rete più forte e resiliente, eliminare o ridurre molti dei problemi legati alla rete e offrire design più eleganti.
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"Le sfide associate alla progettazione e alla produzione di elettrodomestici intelligenti sono di triplice natura, poiché implicano preferenze basate sull'area geografica, realtà legate all'affidabilità dell'alimentazione e della rete nei mercati emergenti, nonché fattori economici associati alla corsa dei paesi in via di sviluppo per restare al passo con il cosiddetto Internet delle cose (IoT)". - Karthi Gopalan, Infineon Technologies
I vantaggi offerti da un'abitazione più intelligente sono innegabili. Per fare un breve esempio prima di inoltrarci nell'argomento, l'utilizzo di elettrodomestici intelligenti avrebbe potuto attenuare le conseguenze del blackout verificatosi nel 2003 nel nordest degli Stati Uniti, il quale ha interessato 55 milioni di persone. Come osserveremo più avanti, l'incidente sarebbe difatti potuto essere evitato grazie all'utilizzo di tecnologie intelligenti. Tuttavia, prima di analizzare il nostro consumo energetico, esaminiamo il modo in cui generiamo l'energia elettrica.
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Le energie rinnovabili svolgono un ruolo sempre più importante dal punto di vista della fornitura elettrica e la loro capacità di ridurre l'impatto ambientale comporta benefici sorprendenti. Tuttavia, uno degli aspetti più importanti al fine dell'utilizzo dell'energia solare nelle nostre abitazioni è l'affidabilità. Le soluzioni solari devono assolvere funzioni di supporto della rete e devono garantire longevità al fine di minimizzare i costi di sostituzione e riparazione. Dal momento che tali soluzioni sono già interessate da problemi di efficienza generale, è importante massimizzare l'efficacia di ogni singolo componente.
Fortunatamente, Infineon offre un portafoglio completo con le migliori soluzioni solari in termini di efficienza e affidabilità. Tecnologie leader nel settore, quali MOSFET Superjunction, IGBT Trench + Field stop e driver di trasformatori senza core, hanno garantito all'azienda un ruolo di primo piano nelle applicazioni solari. Altri sviluppi che hanno portato il settore dell'energia solare a un livello superiore sono l'MCU basato su ARM® Cortex™-M4, la quale offre uno schema di controllo semplice e a elevata efficienza e la serie di MOSFET CoolMOS™ C7, la quale vanta perdite di commutazione ridotte e la perdita di conduzione per pacchetto più bassa del mercato e, pertanto, un'eccellente efficienza di sistema.
L'aumento dell'efficienza delle abitazioni intelligenti può seguire diversi percorsi. I moderni sistemi a motore (ad esempio, condizionatori o frigoriferi) possono essere convertiti da vecchi motori con spazzole a innovativi sistemi senza spazzole. Inoltre, è possibile implementare topologie ad alta efficienza con moderni componenti per la conversione di potenza e aggiungere comandi più intelligenti in grado di rispondere alle esigenze degli elettrodomestici e della rete.
La linea di controlli motore digitali iMOTION MCE™ e il microcontroller industriale Infineon XMC1300 sono esempi eccellenti delle capacità delle nuove tecnologie. I motori di calcolo MCE™ offrono un algoritmo di calcolo rapido per il controllo PFC digitale e il controllo sinusoidale senza sensori dei motori a magnete permanente, riducono la complessità di progettazione, aumentano l'efficienza e sono estremamente convenienti in termini di costi. La serie di microcontroller XMC1300 risponde alle esigenze in tempo reale di controllo del motore, riduce le voci della distinta base e vanta un fattore di forma di piccole dimensioni con controllo a orientamento di campo (FOC).
L'utilizzo di parti più efficienti contribuisce anche alla flessibilità di progettazione, consentendo di creare sistemi più piccoli e con una minore perdita di calore. Consideriamo i moduli di potenza intelligenti di Infineon. Questi moduli sono compatti ed efficienti in termini di energia e integrano tecnologie innovative per semiconduttori di potenza e circuiti integrati di controllo.
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"Oggigiorno, le soluzioni di attivazione a velocità variabile per applicazioni elettrodomestiche richiedono tensioni di rottura più elevate al fine di fornire maggiori margini per gestire picchi di tensione nella linea di alimentazione, con caratteristiche aggiuntive quali software di rilevamento e controllo avanzati in grado di fare fronte ai cali di tensione in determinati segmenti geografici che rappresentano una delle principali sfide nel settore dell'elettronica e delle applicazioni elettrodomestiche per i mercati maturi. Le soluzioni di attivazione a velocità variabile possono ridurre i requisiti di alimentazione del compressore di un frigorifero di oltre l'80%, offrendo un enorme guadagno in termini di efficienza e una notevole riduzione dei costi per l'elettricità". - Karthi Gopalan, Infineon Technologies
Grazie alle dimensioni ridotte, gli utenti possono progettare sistemi di aspetto più gradevole o persino nasconderli alla vista. In poche parole, pur mantenendo la loro efficienza, questi sistemi saranno meno intrusivi nella nostra vita quotidiana.
DIAGRAMMA DEL SISTEMA A VELOCITÀ VARIABILE PER LAVATRICI - FONTE: INFINEON
Ovviamente, in alcuni casi, l'efficienza corrisponde al risparmio energetico. Creare tecnologie intelligenti sostenibili non è solo una questione di ridurre il consumo energetico, ma anche di utilizzare l'energia in modo più intelligente. I dispositivi intelligenti potrebbero proteggersi dalle sovracorrenti isolandosi automaticamente e prevenendo danni costosi. Essi sono inoltre in grado di reagire alle condizioni della rete; se questa è a rischio di guasto, gli elettrodomestici potrebbero ridurre volontariamente il proprio carico al fine di mantenerla attiva. Queste capacità si sarebbero rivelate molto utili durante il blackout del 2003 menzionato in precedenza, poiché una tecnologia di questo tipo avrebbe potuto ridurre la gravità dell'evento o persino evitarlo mediante la riduzione del carico dei condizionatori, i quali hanno sottoposto a un'ulteriore sforzo una rete già danneggiata. È evidente che dispositivi altamente connessi e microprocessori integrati più potenti offrono infinite possibilità.
Questi concetti possono essere applicati anche alle soluzioni d'illuminazione. Consideriamo alcuni prodotti Infineon che elevano concretamente il livello di flessibilità nel settore dell'illuminazione. CDM10v, la migliore soluzione di regolazione dell'intensità luminosa, è l'ideale per numerose applicazioni di dimmerazione e offre un'ampia gamma di configurazioni. In particolare, può sostituire diversi componenti tradizionali e ridurre la distinta base e lo spazio su PCB, rendendo le strutture meno intrusive e, allo stesso tempo, consentendo alle persone di ottenere la luce che desiderano riducendo il consumo generale. Analogamente, il controller flyback a fase singola ICL8105 offre una transizione uniforme tra i modi d'esercizio, mentre il modello IRS2982S vanta la capacità di avvio ad alta tensione e la protezione del circuito aperto a rilevamento primario integrate. Questi controller implementano la conversione di potenza flyback con ampi impulsi per mantenere le luci accese anche quando la rete elettrica è soggetta a fluttuazioni.
Inoltre, se unito a soluzioni di rilevamento, il sistema di illuminazione può reagire alla nostra presenza e alle condizioni di luminosità dell'ambiente. Immaginiamo un sistema di illuminazione che capisca intuitivamente la quantità e il tipo di luce di cui abbiamo bisogno, tenendo conto dell'orario e fornendo condizioni di illuminazione ideali sia per il lavoro sia per i periodi di inattività. Queste sono le possibilità offerte da Infineon.
La domotica ha sicuramente un notevole potenziale, ma non bisogna trascurare l'aspetto della sicurezza. Sebbene siano altamente efficienti, questi sistemi comprendono anche un maggior numero di vettori, i quali non sono immuni agli attacchi di individui che cercano di danneggiare la rete.
"Non è sufficiente che le tecnologie sottostanti per gli elettrodomestici intelligenti connessi siano aggiornate e disponibili per le realtà globali, affinché un'abitazione connessa sia anche sicura, è fondamentale implementare sistemi di sicurezza anti-hacker di livello industriale. Se un hacker riesce a inserirsi in una casa attraverso un dispositivo intelligente connesso, esiste il rischio che una violazione si trasformi in un grave problema di sicurezza personale. Oggigiorno, l'ipotesi peggiore non è più il semplice guasto del dispositivo, ma una violazione di sicurezza in grado di comportare enormi danni all'intera rete domestica". – Karthi Gopalan, Infineon Technologies
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Ipotizziamo che qualcuno azioni gli elettrodomestici alla massima potenza per causare volontariamente un altro blackout di grandi dimensioni o che manipoli il carico della rete per compromettere la frequenza e danneggiare gli impianti di generazione, come è accaduto in Brasile nel 1999, con ripercussioni su 97 milioni di persone; la sicurezza è un aspetto che non può essere trascurato nelle moderne città intelligenti e nelle iniziative intelligenti a livello globale.
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Fortunatamente, gli innovatori del settore come Infineon sono in grado di rispondere rapidamente alle esigenze di sicurezza. Ad esempio, è possibile implementare un sistema di sicurezza a più livelli al fine di prevenire gli accessi non autorizzati, di verificare l'autenticità degli aggiornamenti e di proteggere le informazioni sensibili. La piattaforma OPTIGA™ Trust, ad esempio, dispone di diversi chip che rispondono a esigenze specifiche in termini di autenticazione integrata e protezione del marchio e che aumentano la sicurezza delle case intelligenti.
SICUREZZA PER LA CASA CONNESSA - FONTE: INFINEON
Infineon è impegnata nella creazione della casa intelligente del futuro e, in risposta alla crescente domanda energetica, non si limita semplicemente a mantenere la luce accesa. Attraverso lo sviluppo di tecnologie ottimizzate per case più intelligenti, Infineon aumenta l'efficienza, riducendo allo stesso tempo l'impatto ambientale e i rischi per la sicurezza. Costruire un futuro più intelligente con le soluzioni Infineon.
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Articolo di Karthi Gopalan:
Karthi ha iniziato a lavorare per Infineon Technologies nel 2013 entrando a far parte del team Digital Demand Generation. Vanta un master in ingegneria elettrica conseguito presso l'università Purdue. Prima di Infineon, ha ricoperto diversi incarichi occupandosi di progettazione di segnali misti, marketing strategico, nonché incubazione e sviluppo di nuove aziende. Ha una passione per le iniziative tecnologiche che hanno un impatto sociale globale.