設(shè)計太陽能嵌入式系統(tǒng)的 PCB 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計用于戶外應(yīng)用的太陽能嵌入式系統(tǒng)時，我采取了同樣謹(jǐn)慎的方法。 它與使用穩(wěn)壓電源的嵌入式系統(tǒng)完全不同。 像往常一樣，我學(xué)會了謹(jǐn)慎，因為我的第一個太陽能原型機在雨天甚至沒有用完。

有很多方面需要考慮和規(guī)劃，以確保您的太陽能嵌入式系統(tǒng)可以在沒有陽光的情況下繼續(xù)工作幾天。

設(shè)計太陽能嵌入式系統(tǒng)時要考慮的變量

1. 太陽能電池板

不用說，太陽能電池板是太陽能系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分。 單晶是太陽能電池板的首選，因為它們比多晶或薄膜更有效，并且在炎熱天氣下表現(xiàn)良好。 一些面板可以將高達 22% 的陽光轉(zhuǎn)化為電能。 話雖如此，單晶和多晶的能源效率可能因供應(yīng)商而異，因此最好提前確認(rèn)這些細節(jié)。 PCB 組裝和 PCB 加工制造商解釋了設(shè)計太陽能嵌入式系統(tǒng)的 PCB 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

2、電池容量

對于太陽能嵌入式系統(tǒng)，一個重要的參數(shù)是當(dāng)太陽能電池板的效率下降到0%時系統(tǒng)的持續(xù)時間。 環(huán)境因素可能會導(dǎo)致您的太陽能電池板數(shù)天或數(shù)周無法接受任何陽光。 您需要一塊容量足夠的電池，還需要確保太陽能電池板的充電率高于電池的使用率。 如果充電需要 5 小時，放電僅需 2 小時，效率不是很高。

3. 陽光

從某種程度上來說，太陽能技術(shù)非常簡單。 沒有陽光，就沒有電。 然而，不一定要有8小時的陽光，這意味著你的太陽能電池板可以有效發(fā)電8小時。 還有一個術(shù)語叫“峰值日照時間”，此時太陽在天空中最高，太陽能電池板的能源效率最高。 了解這個變量并計算您的峰值日照時數(shù)是一件好事。

4、堵塞和灰塵

曾經(jīng)有一段時間，我們的一臺太陽能開放式停車機沒電了。 經(jīng)過幾個小時的檢查，我們發(fā)現(xiàn)每個硬件都安裝在樹下，陰影遮住了部分太陽能電池板。 如果太陽能電池板的一小部分被灰塵、陰影或落葉覆蓋，其效率將大大降低。 這就是為什么最好為要使用的位置規(guī)劃太陽能設(shè)計指南。

5.功率增強模塊

使用大量電量的模塊將使您的電池運行得更快。 然而，某些應(yīng)用需要耗電模塊，例如熱敏打印機、WiFi 或 GSM 模塊。 在這種情況下，有必要了解和預(yù)測組件的用電量，以便您可以預(yù)算太陽能電池板和電池的容量。 例如，系統(tǒng)可能只需要每天激活GSM模塊兩次即可將信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。 正確估計數(shù)據(jù)的估計大小和傳輸速度將提供一個數(shù)字，指示傳輸期間將消耗多少功率。

6. 固件架構(gòu)

盡管固件程序員可以將微控制器推向非太陽能應(yīng)用的極限，但太陽能使這個過程更加微妙。 需要一些時間來獲得正確的固件結(jié)構(gòu)。 它允許您的太陽能嵌入式系統(tǒng)在多云天氣下持續(xù)數(shù)周而不是數(shù)天。 開發(fā)太陽能系統(tǒng)固件的最佳方法是在不使用微控制器時將其置于深度睡眠模式。 微控制器只能通過選定的中斷或預(yù)定的定時器從深度睡眠模式中喚醒。

7. 節(jié)能硬件設(shè)計

在設(shè)計太陽能嵌入式系統(tǒng)的硬件時，必須最小化空閑電流。 在非太陽能供電系統(tǒng)中，節(jié)省1mA的電流可能可以忽略不計，但在太陽能供電系統(tǒng)中，陰天時可以延長工作時間。 一個好的策略是為微控制器和外圍 IC 控制的邏輯提供單獨的電源通道。 無論微控制器采用何種工作模式，這都可以消除系統(tǒng)不使用時不必要的功耗。

最好的太陽能嵌入式系統(tǒng)在閑置時消耗的電量最少。

為什么需要分析您的傳輸網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)你被困在沙漠里的時候，你才會意識到水的珍貴，尤其是當(dāng)你快要倒下最后一滴水的時候。 同樣的原理也適用于太陽能嵌入式系統(tǒng)的電源效率。 電力傳輸網(wǎng)絡(luò)分析使您能夠評估 PCB 上的銅布線是否足以有效地將電力傳輸?shù)截?fù)載。 您需要避免銅平面之間的狹窄空間或小過孔。 這會導(dǎo)致電阻損失并產(chǎn)生不必要的熱量。 您可以在設(shè)計階段避免這種潛在的功耗，因此如果您的軟件提供此功能，則值得利用它。 PCB 組裝和 PCB 加工制造商解釋了設(shè)計太陽能嵌入式系統(tǒng)的 PCB 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。