Progettazione PCB - Layout PCB dell'alimentatore fotovoltaico per circuito microcontrollore

Layout PCB dell'alimentatore fotovoltaico

Tutti i componenti e la maggior parte delle tracce e versamento di rame sono sulla parte superiore; il fondo è principalmente il piano di terra.

Dimensione PCB

Il microcontrollore è EFM8 Sleepy Bee di Silicon Labs, e il connettore (relativamente) grande sulla sinistra fornisce una connessione diretta all'adattatore di debug USB SiLabs. Questo connettore consuma molto spazio PCB, rendendo il design complessivo più grande di quanto non sia in realtà.

La dimensione orizzontale più corta è il mio tentativo di stimare quanto piccola possa essere la scheda se il connettore di debug viene rimosso (e altri componenti vengono riorganizzati).

Quindi la mia ipotesi è che la scheda a doppio strato di tutti i componenti su un lato potrebbe essere inferiore a 1,5 pollici quadrati. Direi che questo è abbastanza buono, soprattutto considerando che stiamo parlando di un PCB a doppio strato.

Inoltre, non credo di perdere alcuna prestazione usando due strati invece di quattro, perché il fondo è quasi un piano di terra solido, e c'è abbastanza spazio nella parte superiore per linee elettriche larghe e connessioni a terra larghe (anche perché il microcontrollore funzionerà ad una frequenza molto bassa).

Ecco alcuni altri modi per ridurre le dimensioni della scheda:

· Ho scelto componenti passivi più grandi (0805 e 1206) perché sono più facili da montare. Se avete intenzione di assemblare un circuito stampato professionalmente, potete prendere in considerazione l'utilizzo 0603 o anche 0402 (potete trovare un condensatore 2.2μF accettabile nel pacchetto 0402, ma per condensatori e resistenze 0.1μF, potete sicuramente utilizzare 0402).

· Per il microcontrollore è stato scelto un pacchetto più ampio; Questo è un QFP32 da 9 mm * 9 mm. Il pacchetto senza piombo a 32 pin è significativamente più piccolo (5 mm * 5 mm), e c'è anche un pacchetto senza piombo a 24 pin. Pacchetto piede, dimensioni più piccole (4 mm * 4 mm). A mio parere, la maggior parte delle applicazioni costruite intorno a questo alimentatore non richiede più di pochi pin I/O, quindi un pacchetto a 24 pin può essere la scelta migliore. Uso un dispositivo a 32 pin perché il microcontrollore non ha nessun altro cavo (cioè non piombo) pacchetto.

· Fornisce un oscillatore di cristallo di alta precisione 32.768 kHz per applicazioni di clock in tempo reale; è approssimativamente delle dimensioni di un componente 0805. Il microcontrollore ha un oscillatore interno a bassa potenza con precisione molto bassa (±10%), quindi se non avete bisogno di tempistiche precise, potete omettere il cristallo.

· Il regolatore di commutazione della pompa di carica attualmente ha quattro condensatori di uscita 2.2μF, ma solo uno è richiesto.

· Il LED e le sue resistenze di accompagnamento sono solo per il debug; possono essere omesse nel disegno finale.

· Si può considerare che tutti i circuiti (interruttori, LDO e due condensatori) relativi all'alimentazione di debug possono essere eliminati. Questo non è raccomandato perché l'energia solare non è una comoda fonte di alimentazione per lo sviluppo e il test del firmware.

Selezione bifacciale

L'ultimo elemento su come fare una lista più piccola è quello di avere componenti sulla parte superiore e inferiore della scheda. Quando ho scritto questo articolo, ho iniziato a dubitare se l'intero circuito si adatta all'area corrispondente alla dimensione della cella solare, in modo da poter progettare un circuito con solo la cella solare superiore e altre cose sul fondo. Ho deciso di rimuovere alcuni componenti inutili dallo schema e provare questa idea, questo è quello che ho trovato (le dimensioni sono in pollici):

Questa è una approssimazione approssimativa, ma, come potete vedere, siamo molto vicini all'obiettivo di comprimere tutti i circuiti nello spazio PCB occupato dalle celle solari.

Per creare questo posizionamento dei componenti, ho eliminato tre dei quattro condensatori di uscita, il cristallo, il LED e la resistenza del LED. Ho anche cambiato il pacchetto del microcontrollore a QFN24. I componenti passivi sono ancora 1206 e 0805, ma questi pacchetti più grandi possono compensare la necessità di collegare il microcontrollore all'adattatore di debug. Naturalmente non c'è molto spazio per il routing, ma se si può usare una scheda a quattro strati (e c'è abbastanza spazio in alto sotto le celle solari), non penso che questo sia un serio ostacolo.

in conclusione

Abbiamo discusso il layout PCB della scheda microcontrollore solare che ho progettato di recente e abbiamo anche studiato un esempio di implementazione più ottimizzato per lo spazio, in cui la dimensione del PCB è vicina alle dimensioni della cella solare.