Elektronisches Design - PCB Layout der Photovoltaik Stromversorgung für Mikrocontroller Schaltung

Leiterplattenlayout der Photovoltaik-Stromversorgung

Alle Komponenten und die meisten Spuren und Kupfergießen sind auf der Oberseite; Der Boden ist hauptsächlich die Bodenebene.

Leiterplattengröße

Der Mikrocontroller ist EFM8 Sleepy Bee von Silicon Labs, und der (relativ) große Stecker auf der linken Seite bietet eine direkte Verbindung zum SiLabs USB Debugging Adapter. Dieser Stecker verbraucht viel Platz auf der Leiterplatte, wodurch das Gesamtdesign größer aussieht, als es tatsächlich ist.

Die kürzere horizontale Größe ist mein Versuch abzuschätzen, wie klein das Board sein kann, wenn der Debug-Stecker entfernt wird (und andere Komponenten neu angeordnet werden).

Meine Vermutung ist also, dass die doppellagige Platine aller Komponenten auf einer Seite kleiner als 1 sein kann.5 Quadratzentimeter. Ich würde sagen, das ist ziemlich gut, Vor allem wenn man bedenkt, dass wir über eine Doppelschicht PCB.

Außerdem glaube ich nicht, dass ich durch die Verwendung von zwei statt vier Schichten Leistung einbüße, weil die Unterseite fast eine feste Erdungsebene ist und oben genug Platz für breite Stromleitungen und breite Erdungsanschlüsse ist (auch weil der Mikrocontroller mit einer sehr niedrigen Frequenz läuft).

Hier sind einige andere Möglichkeiten, die Größe des Boards zu reduzieren:

· Ich habe größere passive Komponenten (0805 und 1206) gewählt, weil sie einfacher zu montieren sind. Wenn Sie planen, eine Leiterplatte professionell zu montieren, können Sie die Verwendung von 0603 oder sogar 0402 in Betracht ziehen (Sie können einen akzeptablen 2.2μF Kondensator im 0402 Gehäuse finden, aber für 0.1μF Kondensatoren und Widerstände können Sie definitiv 0402 verwenden).

· Für den Mikrocontroller wurde ein größeres Paket gewählt; Das 32-polige bleifreie Gehäuse ist deutlich kleiner (5 mm,5 mm), und es gibt auch ein 24-poliges bleifreies Gehäuse. Fußpaket, kleinere Größe (4 mm*4 mm). Meiner Meinung nach benötigen die meisten Anwendungen, die um dieses Netzteil herum gebaut werden, nicht mehr als ein paar I/O-Pins, so dass ein 24-Pin-Paket die beste Wahl sein kann. Ich benutze ein 32-poliges Gerät, da der Mikrocontroller kein anderes Kabel (also kein Blei) Paket hat.

· Bietet einen hochpräzisen 32.768 kHz Kristalloszillator für Echtzeit-Taktanwendungen; Es hat ungefähr die Größe einer 0805 Komponente. Der Mikrocontroller verfügt über einen internen Oszillator mit sehr geringer Genauigkeit (±10%) also wenn Sie kein präzises Timing benötigen, können Sie den Kristall weglassen.

· Der Schaltregler der Ladepumpe hat derzeit vier 2,2μF Ausgangskondensatoren, aber nur einer wird benötigt.

· Die LED und ihre zugehörigen Widerstände sind nur zum Debuggen bestimmt; Sie können in der endgültigen Gestaltung weggelassen werden.

· Es kann davon ausgegangen werden, dass alle Schaltungen (Schalter, LDOs und zwei Kondensatoren) im Zusammenhang mit der Debugging-Stromversorgung eliminiert werden können. Dies wird nicht empfohlen, da Solarstrom keine bequeme Stromquelle für Firmware-Entwicklung und -Tests ist.

Doppelseitige Auswahl

Der letzte Punkt, um eine kleinere Liste zu erstellen, ist, Komponenten oben und unten auf der Platine zu haben. Als ich diesen Artikel schrieb, begann ich zu bezweifeln, ob die gesamte Schaltung in den Bereich passt, der der Solarzellengröße entspricht, so dass Sie eine Leiterplatte mit nur der oberen Solarzelle und anderen Dingen auf der Unterseite entwerfen können. Ich entschied mich, einige unnötige Komponenten aus dem Schaltplan zu entfernen und diese Idee auszuprobieren, das ist, was ich gefunden habe (Abmessungen sind in Zoll):

Dies ist eine grobe Annäherung, aber, wie Sie sehen können, Wir sind sehr nah an dem Ziel, alle Schaltkreise in die Leiterplattenraum von den Solarzellen besetzt.

Um diese Bauteilplatzierung zu schaffen, eliminierte ich drei der vier Ausgangskondensatoren, den Kristall, die LED und den Widerstand der LED. Ich habe auch das Mikrocontroller-Paket auf QFN24 umgestellt. Passive Komponenten sind immer noch 1206 und 0805, aber diese größeren Pakete können die Notwendigkeit einer Verbindung des Mikrocontrollers mit dem Debug-Adapter ausgleichen. Natürlich gibt es nicht viel Platz für Routing, aber wenn man eine vierschichtige Platine verwenden kann (und oben genug Platz unter den Solarzellen ist), denke ich nicht, dass dies ein ernstes Hindernis ist.

Abschließend

Wir haben das Leiterplattenlayout der Solarmikrocontroller-Platine diskutiert, die ich kürzlich entworfen habe, und wir haben auch ein platzoptimierteres Implementierungsbeispiel untersucht, bei dem die Größe der Leiterplatte nahe an der Größe der Solarzelle liegt.