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技術專題
設計太陽能嵌入式系統的PCB設計準則
設計太陽能嵌入式系統的PCB設計準則
在設計用于戶外應用的太陽能嵌入式系統時，我采取了同樣謹慎的方法。它與使用穩壓電源的嵌入式系統完全不同。和往常一樣，我學會了謹慎的態度，因為我的第一個太陽能原型甚至在雨天都沒有用完。
有很多方面需要考慮和計劃，以確保您的太陽能嵌入式系統在沒有陽光的情況下可以繼續工作數天。
設計太陽能嵌入式系統時要考慮的變量
1.太陽能電池板
不用說，太陽能電池板是太陽能系統中最關鍵的部分。單晶是太陽能電池板的首選，因為單晶比多晶或薄膜更有效，并且在炎熱天氣下表現良好。有些面板可以將多達22％的陽光轉化為電能。話雖如此，單晶和多晶的能效可能會因其供應商而異，因此最好事先確認這些細節。
2.電池容量
對于太陽能嵌入式系統，一個重要的參數是當太陽能電池板的效率降至0％時系統的持續時間。環境因素可能會導致您的太陽能電池板幾天或幾周不接收任何陽光。您將需要一個具有足夠容量的電池，并且還需要確保太陽能電池板的充電率高于電池的使用率。如果要花5個小時給電池充電，而僅用2個小時才能將其耗盡，則效率不是很高。
3.陽光照射
在某種程度上，太陽能技術非常簡單。沒有陽光，就不會產生電力。但是，沒有必要擁有8個小時的日光，這意味著您的太陽能電池板可以有效地發電8個小時。還有一個術語稱為“峰值日照時間”，其中太陽在天空中最高，而太陽能電池板在其能源效率最高時。知道此變量并計算您的高峰日照時間是一件好事。
4.堵塞和灰塵
曾經有一段時間，我們的太陽能開放式停車機之一一直沒電。經過數小時的檢查，我們發現每臺硬件都安裝在樹下，并且陰影覆蓋了太陽能電池板的一部分。如果太陽能板的一小部分被灰塵，陰影或落葉覆蓋，則會大大降低其效率。這就是為什么最好針對要使用的位置計劃您的太陽能設計指南。
5.功率增強模塊
耗電量大的模塊將使您的電池消耗更快。但是某些應用程序需要耗電的模塊，例如熱敏打印機，WiFi或GSM模塊。在這種情況下，有必要了解和預測模塊的電源使用情況，以便您可以預算太陽能電池板和電池的容量。例如，系統可能只需要每天激活兩次GSM模塊，即可將信息傳輸到數據中心。正確估算數據的估計大小和傳輸速度將提供一個數字，表明傳輸期間將消耗多少功率。
6.固件架構
盡管固件程序員可以將微控制器推到非太陽能應用的極限，但太陽能使這一過程變得更加微妙?；ㄒ恍r間來獲取正確的固件結構。它可以使您的太陽能嵌入式系統持續數周而不是在多云天氣下持續數天。開發太陽能系統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。微控制器將僅通過選定的中斷或計劃的定時器從深度睡眠模式中喚醒。
7.省電的硬件設計
在為太陽能嵌入式系統設計硬件時，必須將空閑電流降至最低。在非太陽能供電的系統中節省1mA的電流可能微不足道，但是在太陽能系統中，在陰天時可以延長工作時間。好的策略是為由微控制器控制的邏輯和外圍IC提供單獨的電源通道。不管微控制器的工作模式如何，這都可以在不使用系統時消除不必要的功耗。
最好的太陽能嵌入式系統閑置時消耗的功率最少。
為什么需要分析您的輸電網絡
當您被困在沙漠中時，您會意識到珍貴的水是多么的寶貴，尤其是當您快要跌到最后一滴水時。相同的原理適用于太陽能嵌入式系統的電源效率。功率傳輸網絡（）分析使您可以評估PCB上的銅走線是否足以有效地向負載傳輸功率。您將要避免銅平面之間的狹窄空間或過孔過小。這將導致電阻損耗并產生不必要的熱量。您可以在設計階段避免這種潛在的功耗浪費，因此，如果您的軟件提供了此功能，則值得利用此功能。