Leistungselektronik für Lithium-Eisen-Phosphat-PCB-Batterien in Altium Designer

Leistungselektronik umfasst eine riesige Liste von Systemen, die das moderne Leben erst möglich machen. Von Automobilsystemen bis hin zu Stromverteilungssystemen sind Leistungselektroniken dafür verantwortlich, den Stromfluss in einem elektrischen System zu steuern und zu verwalten. Da alternative Energiesysteme in Zukunft wahrscheinlich an Beliebtheit gewinnen werden, benötigen Ingenieure und Designer die richtige PCB-Designsoftware für Leistungselektroniksysteme.

Designsoftware für Leistungselektroniksysteme muss Zugang zu umfangreichen Komponentenbibliotheken und Verwaltungsfunktionen bieten sowie Werkzeuge, die den Zusammenhang zwischen Stromverteilung und Hotspots auf PCBs aufzeigen. Mit Altium Designer können Sie die Kontrolle über jeden Aspekt der Leistungselektronik für Lithiumphosphatbatterien übernehmen. Sie haben Zugriff auf all diese Funktionen und mehr in einer einzigen Schnittstelle.

ALTIUM DESIGNER^®

Ein einheitliches PCB-Designpaket mit Designwerkzeugen für Leistungselektronik und Verteilungsanwendungen.

Fossile Brennstoffe kommen aus der Mode und werden langsam durch alternative Energiequellen wie Solar- und Windparks ersetzt. Energiemanagement ist ein wichtiges Thema in der Forschungsliteratur, und Wissenschaftler haben die Verwendung einer Reihe von Methoden zur Speicherung von Energie während Ausfällen in der Stromerzeugung ernsthaft erforscht. Diese Methoden umfassen die Verwendung von Lithiumphosphat (genauer gesagt, LiFePO4) Batteriearrays, die es ermöglichen, Energie zurück ins Netz zu speisen, wenn die Erzeugung sinkt.

Lithium-Ionen-Batterien sind nicht nur auf Energiespeichersysteme beschränkt. Diese Batterien finden sich in mobilen Geräten, Batterien für Elektro- und Hybridfahrzeuge sowie in anderen Elektronikgeräten, die wiederaufladbare Batterien benötigen. Ladungssysteme für diese Batterien müssen ähnlichen Anforderungen wie Ladungssysteme für Energiespeicher entsprechen, wenn auch in kleinerem Maßstab.

Wissenswertes über Lithiumphosphate im PCB-Design

Leistungselektroniksysteme für Lithiumphosphatbatterien müssen so konzipiert sein, dass sie die Ladegeschwindigkeit regulieren und Überladung verhindern. Eine überladene Batterie kann übermäßige Mengen an Wasserstoff- und Sauerstoffgasen produzieren, da das Elektrolyt auf hohe Temperaturen erhitzt wird. Bei vollständig versiegelten Batterien kann diese Ansammlung von Gasen eine Gefahr darstellen, dass die Batterie platzt. Dies verringert die Gesamtlebensdauer der Batterie. Ohne ein Energiemanagement- und Schutzsystem kann die Batterie auch überhitzen, was in extremen Fällen ein Brandrisiko darstellt. Lithiumphosphatbatterien haben eine geringere Energiedichte als andere Lithium-Ionen-Batterien, weshalb sie tendenziell sicherer sind.

Energiemanagementsystem-Anforderungen

Energiemanagementsysteme für wiederaufladbare Lithium-Ionen- und Lithiumphosphatbatterien müssen die Ladespannung/-strom regulieren und den Ladestrom begrenzen, um Überladung zu verhindern. Diese Systeme sollten auch sicherstellen, dass die Entladungsrate im Falle eines Kurzschlusses kontrolliert oder unterdrückt werden kann, um die Lebensdauer der Batterien zu verlängern.

Diese elektronischen Systeme zur Steuerung des Ladens und Entladens von Batterien müssen so gebaut werden, dass sie auch anderen wichtigen Betriebsanforderungen gerecht werden. Diese Systeme werden im Laufe ihres Lebens häufiger thermisch zyklisiert als die meisten PCBs. Diese Systeme werden auch einen hohen Strom führen, daher müssen sie so konstruiert sein, dass sie höheren Temperaturen als andere PCBs standhalten können. Die elektrochemische Umgebung, in der diese elektronischen Systeme betrieben werden, setzt sie einem Korrosionsrisiko aus.

• Wenn Sie planen, eine Batterie zu verwenden, um Ihr nächstes mobiles Gerät zu betreiben oder Notstrom zu liefern, haben Sie viele Optionen zur Auswahl.

  Erfahren Sie mehr über Lithiumphosphat- und Ionenbatterien im PCB-Design.

• Stromverteilungssysteme und Batteriearrays arbeiten oft mit hoher Spannung und Stromstärke und erfordern spezialisierte Entwurfstechniken, um Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Erfahren Sie mehr über das PCB-Design für Hochspannungs-Stromsysteme.
• Das Entwerfen von Stromsystemen ist viel einfacher, wenn Sie ein Werkzeug zur Analyse der Stromversorgung beim Entwurf von Leistungselektronik verwenden. Erfahren Sie mehr über die Einbindung von PDN-Simulationen im Design von Leistungselektronik.

Vorbereitung einer Simulation des Stromversorgungsnetzwerks in Altium Designer

Batterieleistung für eingebettete Systeme

Eingebettete Systeme setzen ihre Akzente in verschiedenen Bereichen, von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zu militärischen Systemen. Mit der zunehmenden Rechenleistung, die in die PCBs dieser Systeme gepackt wird, sowie steigenden Anforderungen an Mobilität und Betriebszeit, müssen Designer den Energieverbrauch dieser Systeme berücksichtigen und die passende Energiemanagementstrategie wählen, die speziell auf Batteriebetrieb ausgerichtet ist. Ingenieure spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Energiemanagementmethoden für Elektronik in eingebetteten Systemen.

Thermisches und Batterie-Energiemanagement in eingebetteten Systemen

Designer und Systemingenieure benötigen eine Reihe wichtiger Werkzeuge, die über PCB-Layoutfunktionen hinausgehen. Da eingebettete Systeme Verarbeitungskapazitäten beinhalten, kann der Energieverbrauch periodisch reduziert werden, wenn Designer ihre Prozessoren so konfigurieren, dass sie in den Schlafmodus wechseln, wenn sie nicht in Gebrauch sind. Dies wird einen großen Einfluss auf den Energieverbrauch Ihres eingebetteten Systems haben und die Lebensdauer der Komponenten auf der Platine erhöhen. Der Energiemanagementteil des Systems muss dann reagieren, um sicherzustellen, dass die Ladung und der verbrauchte Strom auf akzeptable Werte begrenzt werden.

Neben der Verwendung von Komponenten mit geringer Leistungsaufnahme hilft das Identifizieren und Eliminieren von Hotspots auf PCBs dabei, die Gesamtlebensdauer des Systems zu verlängern. Eine sichere Stromversorgung mit minimalen Verlusten und eine angemessene thermische Verwaltung sind möglich, wenn Designer einen in ihre PCB-Designsoftware integrierten Netzwerkanalysator für die Stromversorgung verwenden. Diese Art der Simulation ermöglicht es Designern, Hotspots in ihrem Gerät während des Betriebs leicht zu identifizieren und mit potenziellen Neugestaltungen zu experimentieren.

• Das Design von Stromverteilungsnetzwerken mag schwierig erscheinen, muss es aber nicht sein, wenn Sie mit dem richtigen Simulationspaket arbeiten.

  Sehen Sie, wie Sie ein Experte für Stromversorgungsnetzwerke werden können.

• Sobald Ihre Batterien mit der Stromversorgung beginnen, müssen Sie sicherstellen, dass Ihr Stromversorgungsnetzwerk Energie mit minimalen Verlusten an Ihr System liefern kann.

  Erfahren Sie mehr über das Design von Stromversorgungssystemen mit Lee Ritchey.

• Vielleicht benötigen Sie einen Regler für Ihr Energiemanagementsystem, und Sie müssen entscheiden, welcher Typ von Regler Ihre Energieanforderungen erfüllt. Erfahren Sie mehr über die Auswahl eines Spannungsreglers in Ihrem Energiemanagementsystem.

Hotspots in einem Stromversorgungsnetzwerk identifizieren

Design von Energiemanagementsystemen in Altium Designer

Angesichts der komplexen Anforderungen an Stromversorgungssysteme in mit Lithiumphosphatbatterien betriebenen PCBs muss Ihre Designsoftware Funktionen umfassen, die Ihr Design, Komponentenmanagement und Analysefunktionen in einer einzigen Umgebung integrieren. Das Entwerfen von Stromversorgungsfähigkeiten für eingebettete Systeme erfordert die Organisation Ihrer Stromversorgung, Regulierung und Datenverarbeitungsfunktionalität in hierarchischen Schaltplänen. Dieser Prozess ist viel einfacher, wenn Sie mit hierarchischen Schaltplan-Designwerkzeugen in Ihrer PCB-Designsoftware arbeiten.

Altium Designer: Die einzige einheitliche PCB-Designplattform

Die richtige Designsoftware kann Ihnen helfen, die Funktionalität Ihres Batteriestromversorgungssystems zu entwerfen und zu überprüfen, ohne zwischen Designprogrammen wechseln zu müssen. Nur Altium Designer platziert Ihre wesentlichen Designfunktionen innerhalb eines einzigen Programms. Die hierarchischen Designfunktionen helfen Ihnen, organisiert zu bleiben, und die Simulationsfunktionen helfen Ihnen, die Funktionalität Ihres Batterielade- und Managementsystems zu überprüfen.

• Das Entwerfen eines beliebigen Stromversorgungssystems erfordert die Arbeit mit einem Schaltplaneditor. Altium Designer nimmt einen mehrkanaligen, hierarchischen Designansatz für die Schaltplanerstellung an, der es Ihnen ermöglicht, komplexe Funktionalitäten in Ihre Platine zu integrieren, während Sie organisiert bleiben. Erfahren Sie mehr über die Erstellung von hierarchischen Mehrkanal-Schaltplänen in Altium Designer.
• Pads und Vias sind wichtige Elemente für das thermische Management und müssen ordnungsgemäß entworfen werden. Sehen Sie, wie Altium Designer das Design von PCB-Vias und Pads verändert.
• Die Analyse der Energieversorgung ist entscheidend, um Hotspots zu identifizieren, sicherzustellen, dass maximale Leistung an Komponenten geliefert wird, und den Energieverbrauch in Ihrem Energiemanagementsystem abzuschätzen. Erfahren Sie mehr über die Arbeit mit der PDN Analyzer-Erweiterung von Altium Designer.

Die Arbeit mit der richtigen Designsoftware hilft sicherzustellen, dass Ihr Batterielade- und Energiemanagementsystem alle erforderlichen Funktionen enthält, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Mit Altium Designer sind die Designwerkzeuge, die Sie für den Aufbau von Energiemanagementsystemen benötigen, in einem einzigen Programm vorhanden. Sie können auf Design-, Netzwerkanalyse- und Verifizierungswerkzeuge in einer einzigen Schnittstelle zugreifen.

Wenn Sie mit Altium Designer arbeiten, haben Sie Zugang zu den Werkzeugen und Ressourcen, die Sie benötigen, um erfolgreich zu sein. Sie haben sofortigen Zugang zum AltiumLive-Forum, Webinaren und Podcasts mit Branchenexperten sowie eine umfangreiche Wissensdatenbank voller Designtipps und Tutorials. Kein anderes PCB-Designsoftwareunternehmen bietet Ihnen so viele Ressourcen für den Erfolg.

Während andere PCB-Designsoftwareplattformen damit beschäftigt sind, ihre Werkzeuge in verschiedene Programme mit inkonsistentem Workflow zu trennen, vereint Altium Designer wesentliche Designfunktionen in einer einzigen Umgebung. Setzen Sie sich nicht mit anderen Designplattformen auseinander, die Ihre Produktivität beeinträchtigen. Stattdessen müssen Sie mit der besten Software arbeiten: Sie benötigen Altium Designer.