Conception électronique - Circuit de microcontrôleur alimentation photovoltaïque PCB Layout

Mise en page de PCB d'alimentation photovoltaïque

Tous les composants et la plupart des traces et des coulées de cuivre sont sur le dessus; Le fond est principalement le plan du sol.

Dimensions du PCB

Le microcontrôleur est l'efm8 Sleepy Bee de Silicon Labs, et le connecteur (relativement) grand à gauche fournit une connexion directe à l'adaptateur de débogage USB silabs. Ce type de connecteur consomme beaucoup d'espace PCB, ce qui rend la conception globale plus grande qu'elle ne l'est réellement.

La taille horizontale plus courte est ma tentative d'estimer à quel point la carte serait petite si les connecteurs de débogage étaient supprimés (réarrangeant les autres composants).

Donc, ma supposition est que le double panneau de tous les composants d'un côté peut être inférieur à 1,5 pouces carrés. Je dirais que c'est bien, surtout si l'on considère que nous parlons de PCB à double couche.

De plus, je ne pense pas que l'utilisation de deux couches au lieu de quatre perdrait toute performance, car le fond est presque un plan de masse solide et il y a beaucoup d'espace en haut pour un cordon d'alimentation large et une connexion de masse large (et aussi parce que le microcontrôleur fonctionnera à très basse fréquence).

Voici quelques autres façons de réduire la taille de votre carte:

· j'ai opté pour des éléments passifs plus grands (0805 et 1206) car ils sont plus faciles à assembler. Si vous envisagez d'assembler professionnellement une carte, vous pouvez envisager d'utiliser 0603 ou même 0402 (vous trouverez probablement un condensateur acceptable de 2,2 ° F dans le boîtier 0402, mais pour un condensateur et une résistance de 0,1 ° F, vous pouvez certainement utiliser 0402).

· un boîtier plus grand a été choisi pour le microcontrôleur; Il s'agit d'un qfp32 de 9 mm * 9 mm. Le boîtier sans broche à 32 broches est nettement plus petit (5 mm * 5 mm) et il existe également un boîtier sans broche à 24 broches. Sac pour pieds, de petite taille (4 mm * 4 mm). À mon avis, la plupart des applications construites autour de ce type d'alimentation ne nécessitent pas plus de quelques broches d'E / s, de sorte qu'un boîtier à 24 broches peut être le meilleur choix. J'utilise un périphérique à 32 broches car le microcontrôleur n'a pas d'autre boîtier de broches (c'est - à - dire non Broché).

· fournir un oscillateur à cristal de haute précision 32768 kHz pour les applications d'horloge en temps réel; Sa taille est à peu près équivalente à celle d'un composant 0805. Le microcontrôleur dispose d'un oscillateur interne basse consommation avec une précision très faible (± 10%), vous pouvez donc omettre le cristal si vous n'avez pas besoin d'un chronométrage précis.

· Les régulateurs de commutation de pompe de charge ont actuellement quatre condensateurs de sortie de 2,2 ° F, mais un seul est nécessaire.

· la LED et sa résistance d'accompagnement sont seulement pour la mise en service; Ils peuvent être omis dans la conception finale.

On peut envisager d'éliminer tous les circuits (interrupteur, LDO et deux condensateurs) liés à la mise en service de l'alimentation. Cela n'est pas recommandé, car l'énergie solaire n'est pas une source d'alimentation pratique pour le développement et le test du firmware.

Sélection double face

Le dernier élément sur la façon de faire une liste plus petite est de placer les composants en haut et en bas de la planche. Alors que j'écrivais ceci, j'ai commencé à me demander si tout le circuit s'adapte à la zone correspondant à la taille de la cellule solaire afin que vous puissiez concevoir une carte avec seulement la cellule solaire supérieure et d'autres choses en bas. J'ai décidé de supprimer certains composants inutiles du schéma et d'essayer l'idée, et c'est ce que j'ai trouvé (taille en pouces):

C'est une approximation approximative, mais comme vous pouvez le voir, nous sommes très proches de notre objectif de compresser tous les circuits dans l'espace PCB occupé par les cellules solaires.

Pour créer cette disposition de composants, j'ai supprimé trois des quatre condensateurs de sortie, à savoir le cristal, la LED et la résistance de la LED. J'ai également converti le boîtier du microcontrôleur en qfn24. Les composants passifs sont encore 1206 et 0805, mais ces boîtiers plus grands peuvent compenser la nécessité de connecter le microcontrôleur à l'adaptateur de débogage d'une manière ou d'une autre. Bien sûr, il n’y a pas beaucoup d’espace pour le câblage, mais si vous pouvez utiliser des panneaux à quatre couches (il y a beaucoup d’espace sur le dessus sous les cellules solaires), je ne pense pas que ce soit un obstacle sérieux.

Conclusion

Nous avons parlé de la mise en page de PCB d'un panneau de microcontrôleur solaire que j'ai récemment conçu, et nous avons également examiné un exemple d'implémentation plus optimisée pour l'espace, où la taille du PCB est proche de celle d'une cellule solaire.