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Diseño de PCB de energía fotovoltaica
Todos los componentes y la mayoría de las marcas y el vertido de cobre están en la parte superior; La parte inferior es principalmente el plano del suelo.
Tamaño del PCB
El Microcontrolador es el efm8 Sleepy Bee de Silicon labs, y el conector (relativo) grande a la izquierda ofrece una conexión directa con el SIM de depuración USB de sillabs. Este conector consume una gran cantidad de espacio de pcb, lo que hace que el diseño general parezca más grande de lo real.
El tamaño horizontal más corto es lo pequeño que intentaré estimar la placa de circuito si se eliminan los conectores de puesta en marcha (reordenando otros componentes).
Así que supongo que la placa de doble capa de todos los componentes en un lado puede ser inferior a 1,5 pulgadas cuadradas. Quiero decir que esto es bueno, especialmente teniendo en cuenta que estamos hablando de PCB de doble capa.
Además, no creo que el uso de dos capas en lugar de cuatro pierda ningún rendimiento, ya que la parte inferior es casi un plano sólido de tierra y la parte superior tiene suficiente espacio para líneas de alimentación anchas y conexiones de tierra anchas (también porque el Microcontrolador funcionará a una frecuencia muy baja).
Estas son algunas otras formas de reducir el tamaño de la placa de circuito:
· elegí componentes pasivos más grandes (0805 y 1206) porque eran más fáciles de ensamblar. Si planea ensamblar profesionalmente la placa de circuito, puede considerar usar 0603 o incluso 0402 (puede encontrar un capacitor aceptable de 2,2 ° F en el paquete 0402, pero para condensadores y resistencias de 0,1 ° f, definitivamente puede usar 0402).
· se ha seleccionado un paquete más grande para el microcontrolador; Este es un qfp32 de 9 mm * 9 mm. El paquete sin pin de 32 Pines es significativamente más pequeño (5 mm * 5 mm), y el paquete sin pin de 24 pines. Bolsa de pies, tamaño más pequeño (4 mm * 4 mm). En mi opinión, la mayoría de las aplicaciones construidas en torno a esta fuente de alimentación no requieren más de unos pocos pines de E / s, por lo que el encapsulamiento de 24 Pines puede ser la mejor opción. Uso dispositivos de 32 Pines porque el Microcontrolador no tiene ningún otro encapsulamiento de alambre (es decir, no alambre).
· proporcionar osciladores de cristal de alta precisión de 32.768 kHz para aplicaciones de reloj en tiempo real; Su tamaño es aproximadamente el tamaño de un componente 0805. El Microcontrolador tiene un Oscilador interno de baja potencia con una precisión muy baja (+ 10%), por lo que si no necesita un cronometraje preciso puede omitir el cristal.
· El regulador de voltaje del interruptor de la bomba de carga actualmente tiene cuatro condensadores de salida de 2,2 ° f, pero solo se necesita uno.
· los LED y sus resistencias de apoyo solo se utilizan para la puesta en marcha; Se pueden omitir en el diseño final.
Se puede considerar la eliminación de todos los circuitos relacionados con la puesta en marcha de la fuente de alimentación (interruptor, ldo y dos condensadores). Esto no se recomienda porque la energía solar no es una fuente de alimentación conveniente para el desarrollo y prueba de firmware.
Selección de doble cara
El último elemento sobre cómo hacer una lista más pequeña es poner el componente en la parte superior e inferior de la tabla. Cuando escribí este artículo, empecé a preguntarme si todo el circuito era adecuado para el área correspondiente al tamaño de la célula solar, para que pudieras diseñar una placa de circuito con células solares superiores y otras cosas solo en la parte inferior. Decidí eliminar algunos componentes innecesarios del esquema y probar la idea, que es lo que encontré (el tamaño está en pulgadas):
Es una aproximación aproximada, pero como puedes ver, estamos muy cerca del objetivo de comprimir todos los circuitos al espacio de PCB ocupado por las células solares.
Para crear este diseño de componentes, eliminé tres de los cuatro condensadores de salida, a saber, la resistencia de cristales, LED y led. También convertí el paquete de Microcontrolador en qfn24. Los componentes pasivos siguen siendo 1206 y 0805, pero estos encapsulamientos más grandes pueden compensar la necesidad de conectar de alguna manera el Microcontrolador al SIM de puesta en marcha. Por supuesto, no hay mucho espacio para el cableado, pero si puedes usar paneles de cuatro capas (hay suficiente espacio en la parte superior debajo de las células solares), no creo que sea un obstáculo grave.
Conclusiones
Discutimos el diseño de PCB de los paneles de microcontroladores solares que diseñé recientemente, y también estudiamos un ejemplo de implementación más optimizado espacialmente, en el que el tamaño de los PCB está cerca del tamaño de las células solares.
