設計太陽(yáng)能嵌入式系統的PCB設計準則

2021-04-23

設計太陽(yáng)能嵌入式系統的PCB設計準則

在設計用于戶(hù)外應用的太陽(yáng)能嵌入式系統時(shí)，我采取了同樣謹慎的方法。它與使用穩壓電源的嵌入式系統完全不同。和往常一樣，我學(xué)會(huì )了謹慎的態(tài)度，因為我的第一個(gè)太陽(yáng)能原型甚至在雨天都沒(méi)有用完。

有很多方面需要考慮和計劃，以確保您的太陽(yáng)能嵌入式系統在沒(méi)有陽(yáng)光的情況下可以繼續工作數天。

設計太陽(yáng)能嵌入式系統時(shí)要考慮的變量

1.太陽(yáng)能電池板

不用說(shuō)，太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能系統中最關(guān)鍵的部分。單晶是太陽(yáng)能電池板的首選，因為單晶比多晶或薄膜更有效，并且在炎熱天氣下表現良好。有些面板可以將多達22％的陽(yáng)光轉化為電能。話(huà)雖如此，單晶和多晶的能效可能會(huì )因其供應商而異，因此最好事先確認這些細節。

2.電池容量

對于太陽(yáng)能嵌入式系統，一個(gè)重要的參數是當太陽(yáng)能電池板的效率降至0％時(shí)系統的持續時(shí)間。環(huán)境因素可能會(huì )導致您的太陽(yáng)能電池板幾天或幾周不接收任何陽(yáng)光。您將需要一個(gè)具有足夠容量的電池，并且還需要確保太陽(yáng)能電池板的充電率高于電池的使用率。如果要花5個(gè)小時(shí)給電池充電，而僅用2個(gè)小時(shí)才能將其耗盡，則效率不是很高。

3.陽(yáng)光照射

在某種程度上，太陽(yáng)能技術(shù)非常簡(jiǎn)單。沒(méi)有陽(yáng)光，就不會(huì )產(chǎn)生電力。但是，沒(méi)有必要擁有8個(gè)小時(shí)的日光，這意味著(zhù)您的太陽(yáng)能電池板可以有效地發(fā)電8個(gè)小時(shí)。還有一個(gè)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)為“峰值日照時(shí)間”，其中太陽(yáng)在天空中最高，而太陽(yáng)能電池板在其能源效率最高時(shí)。知道此變量并計算您的高峰日照時(shí)間是一件好事。

4.堵塞和灰塵

曾經(jīng)有一段時(shí)間，我們的太陽(yáng)能開(kāi)放式停車(chē)機之一一直沒(méi)電。經(jīng)過(guò)數小時(shí)的檢查，我們發(fā)現每臺硬件都安裝在樹(shù)下，并且陰影覆蓋了太陽(yáng)能電池板的一部分。如果太陽(yáng)能板的一小部分被灰塵，陰影或落葉覆蓋，則會(huì )大大降低其效率。這就是為什么最好針對要使用的位置計劃您的太陽(yáng)能設計指南。

5.功率增強模塊

耗電量大的模塊將使您的電池消耗更快。但是某些應用程序需要耗電的模塊，例如熱敏打印機，WiFi或GSM模塊。在這種情況下，有必要了解和預測模塊的電源使用情況，以便您可以預算太陽(yáng)能電池板和電池的容量。例如，系統可能只需要每天激活兩次GSM模塊，即可將信息傳輸到數據中心。正確估算數據的估計大小和傳輸速度將提供一個(gè)數字，表明傳輸期間將消耗多少功率。

6.固件架構

盡管固件程序員可以將微控制器推到非太陽(yáng)能應用的極限，但太陽(yáng)能使這一過(guò)程變得更加微妙?；ㄒ恍r(shí)間來(lái)獲取正確的固件結構。它可以使您的太陽(yáng)能嵌入式系統持續數周而不是在多云天氣下持續數天。開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能系統固件的最佳方法是在不使用微控制器時(shí)將其置于深度睡眠模式。微控制器將僅通過(guò)選定的中斷或計劃的定時(shí)器從深度睡眠模式中喚醒。

7.省電的硬件設計

在為太陽(yáng)能嵌入式系統設計硬件時(shí)，必須將空閑電流降至最低。在非太陽(yáng)能供電的系統中節省1mA的電流可能微不足道，但是在太陽(yáng)能系統中，在陰天時(shí)可以延長(cháng)工作時(shí)間。好的策略是為由微控制器控制的邏輯和外圍IC提供單獨的電源通道。不管微控制器的工作模式如何，這都可以在不使用系統時(shí)消除不必要的功耗。

最好的太陽(yáng)能嵌入式系統閑置時(shí)消耗的功率最少。

為什么需要分析您的輸電網(wǎng)絡(luò )

當您被困在沙漠中時(shí)，您會(huì )意識到珍貴的水是多么的寶貴，尤其是當您快要跌到最后一滴水時(shí)。相同的原理適用于太陽(yáng)能嵌入式系統的電源效率。功率傳輸網(wǎng)絡(luò )（）分析使您可以評估PCB上的銅走線(xiàn)是否足以有效地向負載傳輸功率。您將要避免銅平面之間的狹窄空間或過(guò)孔過(guò)小。這將導致電阻損耗并產(chǎn)生不必要的熱量。您可以在設計階段避免這種潛在的功耗浪費，因此，如果您的軟件提供了此功能，則值得利用此功能。