设计太阳能(néng)嵌入式系统的PCB设计准则

2021-04-23

设计太阳能(néng)嵌入式系统的PCB设计准则

在设计用(yòng)于户外应用(yòng)的太阳能(néng)嵌入式系统时，我采取了同样谨慎的方法。它与使用(yòng)稳压電(diàn)源的嵌入式系统完全不同。和往常一样，我學(xué)会了谨慎的态度，因為(wèi)我的第一个太阳能(néng)原型甚至在雨天都没有(yǒu)用(yòng)完。

有(yǒu)很(hěn)多(duō)方面需要考虑和计划，以确保您的太阳能(néng)嵌入式系统在没有(yǒu)阳光的情况下可(kě)以继续工作数天。

设计太阳能(néng)嵌入式系统时要考虑的变量

1.太阳能(néng)電(diàn)池板

不用(yòng)说，太阳能(néng)電(diàn)池板是太阳能(néng)系统中最关键的部分(fēn)。单晶是太阳能(néng)電(diàn)池板的首选，因為(wèi)单晶比多(duō)晶或薄膜更有(yǒu)效，并且在炎热天气下表现良好。有(yǒu)些面板可(kě)以将多(duō)达22％的阳光转化為(wèi)電(diàn)能(néng)。话虽如此，单晶和多(duō)晶的能(néng)效可(kě)能(néng)会因其供应商(shāng)而异，因此最好事先确认这些细节。

2.電(diàn)池容量

对于太阳能(néng)嵌入式系统，一个重要的参数是当太阳能(néng)電(diàn)池板的效率降至0％时系统的持续时间。环境因素可(kě)能(néng)会导致您的太阳能(néng)電(diàn)池板几天或几周不接收任何阳光。您将需要一个具有(yǒu)足够容量的電(diàn)池，并且还需要确保太阳能(néng)電(diàn)池板的充電(diàn)率高于電(diàn)池的使用(yòng)率。如果要花(huā)5个小(xiǎo)时给電(diàn)池充電(diàn)，而仅用(yòng)2个小(xiǎo)时才能(néng)将其耗尽，则效率不是很(hěn)高。

3.阳光照射

在某种程度上，太阳能(néng)技术非常简单。没有(yǒu)阳光，就不会产生電(diàn)力。但是，没有(yǒu)必要拥有(yǒu)8个小(xiǎo)时的日光，这意味着您的太阳能(néng)電(diàn)池板可(kě)以有(yǒu)效地发電(diàn)8个小(xiǎo)时。还有(yǒu)一个术语称為(wèi)“峰值日照时间”，其中太阳在天空中最高，而太阳能(néng)電(diàn)池板在其能(néng)源效率最高时。知道此变量并计算您的高峰日照时间是一件好事。

4.堵塞和灰尘

曾经有(yǒu)一段时间，我们的太阳能(néng)开放式停車(chē)机之一一直没電(diàn)。经过数小(xiǎo)时的检查，我们发现每台硬件都安装在树下，并且阴影覆盖了太阳能(néng)電(diàn)池板的一部分(fēn)。如果太阳能(néng)板的一小(xiǎo)部分(fēn)被灰尘，阴影或落叶覆盖，则会大大降低其效率。这就是為(wèi)什么最好针对要使用(yòng)的位置计划您的太阳能(néng)设计指南。

5.功率增强模块

耗電(diàn)量大的模块将使您的電(diàn)池消耗更快。但是某些应用(yòng)程序需要耗電(diàn)的模块，例如热敏打印机，WiFi或GSM模块。在这种情况下，有(yǒu)必要了解和预测模块的電(diàn)源使用(yòng)情况，以便您可(kě)以预算太阳能(néng)電(diàn)池板和電(diàn)池的容量。例如，系统可(kě)能(néng)只需要每天激活两次GSM模块，即可(kě)将信息传输到数据中心。正确估算数据的估计大小(xiǎo)和传输速度将提供一个数字，表明传输期间将消耗多(duō)少功率。

6.固件架构

尽管固件程序员可(kě)以将微控制器推到非太阳能(néng)应用(yòng)的极限，但太阳能(néng)使这一过程变得更加微妙。花(huā)一些时间来获取正确的固件结构。它可(kě)以使您的太阳能(néng)嵌入式系统持续数周而不是在多(duō)云天气下持续数天。开发太阳能(néng)系统固件的最佳方法是在不使用(yòng)微控制器时将其置于深度睡眠模式。微控制器将仅通过选定的中断或计划的定时器从深度睡眠模式中唤醒。

7.省電(diàn)的硬件设计

在為(wèi)太阳能(néng)嵌入式系统设计硬件时，必须将空闲電(diàn)流降至最低。在非太阳能(néng)供電(diàn)的系统中节省1mA的電(diàn)流可(kě)能(néng)微不足道，但是在太阳能(néng)系统中，在阴天时可(kě)以延長(cháng)工作时间。好的策略是為(wèi)由微控制器控制的逻辑和外围IC提供单独的電(diàn)源通道。不管微控制器的工作模式如何，这都可(kě)以在不使用(yòng)系统时消除不必要的功耗。

最好的太阳能(néng)嵌入式系统闲置时消耗的功率最少。

為(wèi)什么需要分(fēn)析您的输電(diàn)网络

当您被困在沙漠中时，您会意识到珍贵的水是多(duō)么的宝贵，尤其是当您快要跌到最后一滴水时。相同的原理(lǐ)适用(yòng)于太阳能(néng)嵌入式系统的電(diàn)源效率。功率传输网络（）分(fēn)析使您可(kě)以评估PCB上的铜走線(xiàn)是否足以有(yǒu)效地向负载传输功率。您将要避免铜平面之间的狭窄空间或过孔过小(xiǎo)。这将导致電(diàn)阻损耗并产生不必要的热量。您可(kě)以在设计阶段避免这种潜在的功耗浪费，因此，如果您的软件提供了此功能(néng)，则值得利用(yòng)此功能(néng)。