Electrónica de Potencia para Baterías de PCB de Fosfato de Hierro y Litio en Altium Designer

La electrónica de potencia abarca una extensa lista de sistemas que hacen posible la vida moderna. Desde sistemas automotrices hasta sistemas de distribución de energía, la electrónica de potencia es responsable de controlar y gestionar el flujo de energía a través de un sistema eléctrico. Con los sistemas de energía alternativa destinados a ser más populares en el futuro, los ingenieros y diseñadores necesitan el software adecuado de diseño de PCB para sistemas de electrónica de potencia.

El software de diseño para sistemas de electrónica de potencia debe incluir acceso a extensas bibliotecas de componentes y características de gestión, así como herramientas que muestren la relación entre la distribución de energía y los puntos calientes en los PCBs. Con Altium Designer, puedes tomar control sobre cada aspecto de la electrónica de potencia para baterías de fosfato de litio. Tendrás acceso a todas estas características y más en una única interfaz.

ALTIUM DESIGNER^®

Un paquete unificado de diseño de PCB con herramientas de diseño para electrónica de potencia y aplicaciones de distribución.

Los combustibles fósiles están pasando de moda y serán reemplazados lentamente por fuentes de energía alternativas como granjas solares y eólicas. La gestión de la energía es un tema importante en la literatura de investigación, y los académicos han explorado seriamente el uso de varios métodos para almacenar energía durante las interrupciones en la generación de energía. Estos métodos incluyen el uso de arreglos de baterías de fosfato de litio (más específicamente, LiFePO4), que permiten liberar energía de nuevo a la red cuando la generación disminuye.

Las baterías de iones de litio no se limitan a sistemas de almacenamiento de energía. Estas baterías se encuentran en dispositivos móviles, baterías para vehículos eléctricos e híbridos, y otros electrónicos que requieren baterías recargables. Los sistemas de carga para estas baterías deben cumplir con demandas similares a los sistemas de carga para almacenamiento de energía, aunque a una escala menor.

Lo que Debes Saber sobre los Fosfatos de Litio en el Diseño de PCB

Los sistemas electrónicos de potencia para baterías de fosfato de litio deben ser diseñados para regular la tasa de carga y prevenir la sobrecarga. Una batería sobrecargada puede producir gases de hidrógeno y oxígeno en exceso a medida que el electrolito se calienta a alta temperatura. Con baterías completamente selladas, esta acumulación de gases puede crear un peligro de que la batería estalle. Esto reduce la vida útil total de la batería. Sin un sistema de gestión de energía y protección, la batería también puede sobrecalentarse, creando un riesgo de incendio en casos extremos. Las baterías de fosfato de litio tienen una densidad de energía de salida menor que otras baterías de iones de litio, por lo tanto, tienden a ser más seguras.

Requisitos del Sistema de Gestión de Energía

Los sistemas de gestión de energía para baterías recargables de iones de litio y fosfato de litio necesitan regular el voltaje/corriente de carga y limitar la corriente de carga para prevenir la sobrecarga. Estos sistemas también deben asegurar que la tasa de descarga pueda ser controlada o suprimida en caso de un cortocircuito, ayudando a extender la vida útil de las baterías.

Estos sistemas electrónicos de potencia para controlar la carga y descarga de baterías deben ser construidos para cumplir con otras demandas operativas importantes. Estos sistemas serán sometidos a ciclos térmicos a lo largo de su vida útil más a menudo que la mayoría de los PCBs. Estos sistemas también manejarán alta corriente, por lo tanto, deben ser diseñados para soportar temperaturas más altas que otros PCBs. El ambiente electroquímico en el que operan estos sistemas electrónicos los pone en riesgo de corrosión.

• Si planeas usar una batería para alimentar tu próximo dispositivo móvil o proporcionar energía de emergencia, tienes muchas opciones para elegir.

  Aprende más sobre las baterías de fosfato de litio e ion en el diseño de PCB.

• Los sistemas de distribución de energía y los arreglos de baterías a menudo funcionan a alta tensión y corriente, y requieren técnicas de diseño especializadas para asegurar la fiabilidad.Aprende más sobre el diseño de PCB para sistemas de energía de alta tensión.
• Diseñar sistemas de energía es mucho más fácil cuando se utiliza una herramienta de análisis de entrega de energía al diseñar electrónica de potencia.Aprende más sobre la incorporación de simulaciones de PDN en el diseño de electrónica de potencia.

Preparando una simulación de red de entrega de energía en Altium Designer

Energía de batería para sistemas embebidos

Los sistemas embebidos dejan su huella en varias áreas, que van desde la aeroespacial hasta la automotriz y los sistemas militares. Con más potencia de procesamiento siendo integrada en las PCBs para estos sistemas, y con requisitos de movilidad y tiempo de actividad en aumento, los diseñadores necesitan considerar la energía consumida en estos sistemas y elegir la estrategia de gestión de energía adecuada orientada específicamente hacia la energía de batería. Los ingenieros tienen un papel importante que desempeñar en el desarrollo de metodologías de gestión de energía para la electrónica en sistemas embebidos.

Gestión Térmica y de Energía de Batería en Sistemas Embebidos

Los diseñadores e ingenieros de sistemas necesitan una serie de herramientas importantes que van más allá de las características de diseño de PCB. Dado que los sistemas embebidos incluyen capacidades de procesamiento, el consumo de energía puede reducirse periódicamente cuando los diseñadores configuran sus procesadores para entrar en modo de suspensión cuando no se utilizan. Esto tendrá un gran impacto en la energía consumida en su sistema embebido y aumentará la vida útil de los componentes en la placa. La parte de gestión de energía del sistema debe entonces reaccionar para asegurar que la energía cargada y consumida se limite a valores aceptables.

Además de usar componentes de baja potencia, identificar y eliminar puntos calientes en las PCBs ayuda a extender la vida útil general del sistema. Asegurar la entrega de energía con pérdidas mínimas y una gestión térmica adecuada es posible cuando los diseñadores utilizan un analizador de red de entrega de energía que está integrado en su software de diseño de PCB. Este tipo de simulación permite a los diseñadores identificar fácilmente puntos calientes en su dispositivo durante la operación y experimentar con posibles rediseños.

• El diseño de la red de distribución de energía puede parecer difícil, pero no tiene que serlo cuando trabajas con el paquete de simulación adecuado.

  Vea cómo puede convertirse en un experto en redes de entrega de energía.

• Una vez que sus baterías comiencen a suministrar energía, necesita asegurarse de que su red de entrega de energía pueda entregar energía a su sistema con pérdidas mínimas.

  Aprenda más sobre el diseño del sistema de entrega de energía con Lee Ritchey.

• Puede que necesite un regulador para su sistema de gestión de energía, y necesitará decidir qué tipo de regulador satisfará sus requisitos de energía. Aprenda más sobre la selección de un regulador de voltaje en su sistema de gestión de energía.

Identificación de puntos calientes en una red de entrega de energía

Diseño de Sistemas de Gestión de Energía en Altium Designer

Dado los requisitos complejos sobre los sistemas de gestión de energía en PCBs alimentados por baterías de fosfato de litio, su software de diseño debe incluir capacidades que integren su diseño, gestión de componentes y características de análisis en un único entorno. Diseñar capacidades de gestión de energía para sistemas embebidos requiere organizar su gestión de energía, regulación y funcionalidad de procesamiento de datos en esquemáticos jerárquicos. Este proceso es mucho más fácil cuando se trabaja con herramientas de diseño esquemático jerárquico en su software de diseño de PCB.

Altium Designer: La única plataforma de diseño de PCB unificada

El software de diseño adecuado puede ayudarlo a diseñar y verificar la funcionalidad de su sistema de gestión de energía de batería sin tener que cambiar entre programas de diseño. Solo Altium Designer coloca sus características de diseño esenciales dentro de un solo programa. Las características de diseño jerárquico le ayudan a mantenerse organizado, y las características de simulación le ayudan a verificar la funcionalidad de su sistema de carga y gestión de batería.

• Diseñar cualquier sistema de gestión de energía requiere trabajar con un editor esquemático. Altium Designer adopta un enfoque de diseño jerárquico y multicanal para la creación de esquemáticos, permitiéndole incluir funcionalidades complejas en su placa mientras se mantiene organizado. Aprenda más sobre la creación de esquemáticos multicanal y jerárquicos en Altium Designer.
• Las almohadillas y vías son elementos importantes para la gestión térmica y deben ser diseñadas adecuadamente. Vea cómo Altium Designer está cambiando el diseño de vías y almohadillas de PCB.
• El análisis de entrega de energía es crítico para identificar puntos calientes, asegurar que se entrega la máxima potencia a los componentes y estimar el consumo de energía en todo su sistema de gestión de energía. Aprende más sobre cómo trabajar con la extensión PDN Analyzer de Altium Designer.

Trabajar con el software de diseño adecuado ayudará a asegurar que su sistema de carga de baterías y gestión de energía contenga todas las capacidades requeridas para funcionar correctamente. Con Altium Designer, las herramientas de diseño que necesita para construir sistemas de gestión de energía están presentes en un solo programa. Puede acceder a herramientas de diseño, análisis de la red de distribución de energía y verificación en una sola interfaz.

Cuando trabaje con Altium Designer, tendrá acceso a las herramientas y recursos que necesita para tener éxito. Tendrá acceso instantáneo al foro AltiumLive, webinars y podcasts con expertos de la industria, y una extensa base de conocimientos llena de consejos de diseño y tutoriales. Ninguna otra compañía de software de diseño de PCB le ofrece tantos recursos para el éxito.

Mientras que otras plataformas de software de diseño de PCB están ocupadas separando sus herramientas en diferentes programas con un flujo de trabajo inconsistente, Altium Designer unifica características de diseño esenciales en un solo entorno. No se conforme con otras plataformas de diseño que merman su productividad. En su lugar, necesita trabajar con el mejor software: necesita Altium Designer.