PCB-Technologie - Leiterplattenlayout des photovoltaischen Stromversorgungskreislaufs

Leiterplattengröße

Der Mikrocontroller ist EFM8 Sleepy Bee von Silicon Labs und der (relativ) große Stecker auf der linken Seite bietet eine direkte Verbindung zum SiLabs USB Debug Adapter. Dieser Stecker verbraucht ziemlich viel Platz auf der Leiterplatte, wodurch das Gesamtdesign größer erscheint, als es wirklich ist.

Die folgende Abbildung zeigt die Leiterplatte Abmessungen in Zoll. The shorter horizontal size is my attempt to estimate how small the board could be if the debug connector were removed (and other components rearranged).

Hier sind einige andere Möglichkeiten, die Größe des Boards zu reduzieren:

Ich habe mich für die größeren passiven Komponenten IC (0805 und 1206) entschieden, weil sie einfacher zu montieren sind. Wenn Sie planen, Platinen zu montieren, können Sie einen 0603 oder sogar einen 0402 verwenden (Sie können annehmbare 2.2μF Kondensatoren in einem 0402 Paket finden, aber für 0.1μF Kondensatoren und Widerstände können Sie einen 0402 verwenden).

Ich habe ein größeres Paket für den Mikrocontroller gewählt; Dies ist ein 9mm x 9mm QFP32. Die 32-polige pinless Packungsgröße ist deutlich kleiner (5 mm x 5 mm), und es gibt eine 24-polige pinless Packungsgröße, die noch kleiner ist (4 mm x 4 mm). Meiner Meinung nach benötigen die meisten Anwendungen, die um dieses Netzteil herum gebaut werden, nicht mehr als ein paar I/O-Pins, so dass ein 24-Pin-Paket wahrscheinlich die beste Wahl ist. Ich habe das 32-polige Gerät verwendet, weil der Mikrocontroller kein anderes Kabel (d.h. kein Blei) Gehäuse hat.

Ich stelle 32.768khz Kristalloszillator für Echtzeit-Uhrenanwendungen zur Verfügung; Es hat etwa die Größe einer 0805 Komponente. Der Mikrocontroller verfügt über einen internen Oszillator mit geringem Leistungsgrad (± 10%) also, wenn Sie kein Timing benötigen, können Sie den Kristall weglassen.

Ladepumpenschalter haben derzeit vier 2,2μF Ausgangskondensatoren, aber nur einer wird benötigt.

LED und sein Widerstand wird nur zum Debuggen verwendet; Sie können bei der endgültigen Gestaltung weggelassen werden.

Sie denken vielleicht, dass Sie alle Schaltungen (Schalter, LDO und zwei Kondensatoren) eliminieren können, die mit dem Debuggen von Netzteilen verbunden sind. Ich empfehle dies nicht, da Solarstrom keine bequeme Quelle für Firmware-Entwicklung und -Tests ist.

Doppelte Wahl

Der letzte Punkt, wie man eine kleinere Liste erstellt, ist, Komponenten oben und unten auf der Platine zu haben. Als ich diesen ARTIKEL schrieb, begann ich mich zu fragen, ob der gesamte Schaltkreis in den Bereich passen würde, der der Größe der Solarzelle entspricht, so dass man eine Leiterplatte entwerfen konnte, die nur die Solarzelle oben und alles andere unten hatte. Ich entschied mich, einige unnötige Komponenten aus dem Schaltplan zu entfernen und diese Idee auszuprobieren, und hier ist, was ich gefunden habe (in Zoll):

Es ist eine grobe Annäherung, aber wie Sie sehen können, sind wir ziemlich nahe daran, alle Schaltkreise in den PCB-Raum zu stopfen, den die Solarzellen einnehmen.

Um diese Bauteilplatzierung zu schaffen, habe ich drei der vier Ausgangskondensatoren eliminiert, den Kristall, die LED und die RESISTANCE der LED. Ich habe auch das Mikrocontroller-Paket auf QFN24 umgestellt. Die passiven Komponenten sind immer noch 1206 und 0805, aber diese größeren Pakete können die Notwendigkeit kompensieren, den Mikrocontroller an den Debug-Adapter anzuschließen. Es gibt sicherlich nicht viel Routing-Platz, aber wenn man ein vierlagiges Board verwenden kann (und oben unter der Solarzelle immer noch viel Platz hat), denke ich nicht, dass dies eine ernsthafte Hürde ist.

Schlussfolgerung

Wir haben das PCB-Layout meiner kürzlich entworfenen Solar-Mikrocontroller-Platine diskutiert, und wir haben auch ein Beispiel für eine räumlich optimierte Implementierung untersucht, bei der die PCB-Größe nahe der Größe einer Solarzelle liegt. Wenn Sie Erfahrung mit platzbeschränkten Designs für Low-Power Embedded-Geräte haben, können Sie Ihre Gedanken gerne in den Kommentaren teilen.