Elettronica di potenza per batterie al litio ferro fosfato su PCB in Altium Designer

L'elettronica di potenza comprende un'ampia lista di sistemi che rendono possibile la vita moderna. Dai sistemi automobilistici ai sistemi di distribuzione dell'energia, l'elettronica di potenza è responsabile del controllo e della gestione del flusso di potenza all'interno di un sistema elettrico. Con i sistemi di energia alternativa destinati a diventare più popolari in futuro, ingegneri e progettisti hanno bisogno del giusto software di progettazione PCB per i sistemi di elettronica di potenza.

Il software di progettazione per i sistemi di elettronica di potenza deve includere l'accesso a vaste biblioteche di componenti e funzionalità di gestione, così come strumenti che mostrano il collegamento tra la distribuzione dell'energia e i punti caldi nei PCB. Con Altium Designer, puoi prendere il controllo su ogni aspetto dell'elettronica di potenza per batterie al fosfato di litio. Avrai accesso a tutte queste funzionalità e molto altro in un'unica interfaccia.

ALTIUM DESIGNER^®

Un pacchetto unificato di progettazione PCB con strumenti di progettazione per l'elettronica di potenza e le applicazioni di distribuzione.

I combustibili fossili stanno passando di moda e saranno lentamente sostituiti con fonti di energia alternativa come le fattorie solari e i parchi eolici. La gestione dell'energia è un argomento importante nella letteratura di ricerca, e gli studiosi hanno esplorato seriamente l'uso di numerosi metodi per lo stoccaggio dell'energia durante le interruzioni nella generazione di potenza. Questi metodi includono l'uso di array di batterie al fosfato di litio (più specificamente, LiFePO4), che permettono di rilasciare energia nella rete quando la generazione cala.

Le batterie agli ioni di litio non sono limitate ai sistemi di accumulo energetico. Queste batterie si trovano in dispositivi mobili, batterie per veicoli elettrici e ibridi e altri dispositivi elettronici che richiedono batterie ricaricabili. I sistemi di ricarica per queste batterie devono soddisfare esigenze simili a quelle dei sistemi di ricarica per l'accumulo di energia, sebbene su scala minore.

Cosa sapere sui fosfati di litio nel design dei PCB

I sistemi elettronici di potenza per le batterie al fosfato di litio devono essere progettati per regolare la velocità di carica e prevenire la sovraccarica. Una batteria sovraccaricata può produrre eccessivi gas di idrogeno e ossigeno man mano che l'elettrolita si riscalda fino a raggiungere una temperatura elevata. Con batterie completamente sigillate, questo accumulo di gas può creare il pericolo che la batteria esploda. Ciò riduce la durata complessiva della batteria. Senza un sistema di gestione e protezione dell'energia, la batteria può anche surriscaldarsi, creando un rischio di incendio in casi estremi. Le batterie al fosfato di litio hanno una densità energetica di uscita inferiore rispetto ad altre batterie agli ioni di litio, quindi tendono ad essere più sicure.

Requisiti del sistema di gestione dell'energia

I sistemi di gestione dell'energia per le batterie ricaricabili agli ioni di litio e al fosfato di litio devono regolare la tensione/corrente di carica e limitare la corrente di carica per prevenire la sovraccarica. Questi sistemi dovrebbero anche garantire che la velocità di scarica possa essere controllata o soppressa in caso di cortocircuito, contribuendo a estendere la durata delle batterie.

Questi sistemi elettronici di potenza per il controllo della carica e scarica delle batterie devono essere costruiti per soddisfare altre importanti esigenze operative. Questi sistemi saranno sottoposti a cicli termici per tutta la loro vita utile più frequentemente della maggior parte dei PCB. Questi sistemi trasporteranno anche un'elevata corrente, quindi devono essere progettati per resistere a temperature più alte rispetto ad altri PCB. L'ambiente elettrochimico in cui operano questi sistemi elettronici li espone al rischio di corrosione.

• Se stai pianificando di utilizzare una batteria per alimentare il tuo prossimo dispositivo mobile o fornire energia di emergenza, hai molte opzioni tra cui scegliere.

  Scopri di più sulle batterie al litio fosfato e ioniche nel design dei PCB.

• I sistemi di distribuzione dell'energia e gli array di batterie spesso funzionano ad alta tensione e corrente, e richiedono tecniche di progettazione specializzate per garantire l'affidabilità. Scopri di più sulla progettazione di PCB per sistemi di alimentazione ad alta tensione.
• Progettare sistemi di alimentazione è molto più semplice quando si utilizza uno strumento di analisi della consegna di potenza durante la progettazione dell'elettronica di potenza. Scopri di più sull'incorporazione delle simulazioni PDN nella progettazione dell'elettronica di potenza.

Preparare una simulazione della rete di consegna di potenza in Altium Designer

Alimentazione a Batteria per Sistemi Embedded

I sistemi embedded lasciano il segno in diversi ambiti, che vanno dall'aerospaziale all'automobilistico e ai sistemi militari. Con sempre più potenza di elaborazione incorporata nelle PCB per questi sistemi, e con crescenti requisiti di mobilità e tempo di attività, i progettisti devono considerare il consumo energetico di questi sistemi e scegliere la strategia di gestione dell'energia appropriata, orientata specificamente verso l'alimentazione a batteria. Gli ingegneri hanno un ruolo importante nello sviluppare metodologie di gestione dell'energia per l'elettronica nei sistemi embedded.

Gestione Termica e dell'Energia da Batteria nei Sistemi Embedded

I progettisti e gli ingegneri di sistema necessitano di numerosi strumenti importanti che vanno oltre le caratteristiche di layout delle PCB. Poiché i sistemi embedded includono capacità di elaborazione, il consumo di energia può essere ridotto periodicamente quando i progettisti configurano i loro processori per entrare in modalità sleep quando non sono in uso. Questo avrà un enorme impatto sul consumo energetico del vostro sistema embedded e aumenterà la durata dei componenti sulla scheda. La parte di gestione dell'energia del sistema deve quindi reagire per garantire che la carica e il consumo di energia siano limitati a valori accettabili.

Oltre all'utilizzo di componenti a basso consumo, identificare ed eliminare i punti caldi nei PCB aiuta a estendere la durata complessiva del sistema. Assicurare la consegna di energia con perdite minime e una corretta gestione termica è possibile quando i progettisti utilizzano un analizzatore di rete di alimentazione integrato nel loro software di progettazione PCB. Questo tipo di simulazione permette ai progettisti di identificare facilmente i punti caldi nel loro dispositivo durante il funzionamento e sperimentare con possibili ridisegni.

• La progettazione della rete di distribuzione dell'energia potrebbe sembrare difficile, ma non deve esserlo quando si lavora con il pacchetto di simulazione giusto.

  Scopri come puoi diventare un esperto di reti di alimentazione.

• Una volta che le tue batterie iniziano a fornire energia, devi assicurarti che la tua rete di alimentazione possa consegnare energia al tuo sistema con perdite minime.

  Scopri di più sulla progettazione del sistema di alimentazione con Lee Ritchey.

• Potresti aver bisogno di un regolatore per il tuo sistema di gestione dell'energia, e dovrai decidere quale tipo di regolatore soddisferà le tue esigenze energetiche. Scopri di più sulla selezione di un regolatore di tensione nel tuo sistema di gestione dell'energia.

Identificare i punti caldi in una rete di alimentazione

Progettazione di Sistemi di Gestione dell'Energia in Altium Designer

Data la complessità dei requisiti sui sistemi di gestione dell'energia nelle PCB alimentate da batterie al litio fosfato, il tuo software di progettazione deve includere capacità che integrino il tuo design, la gestione dei componenti e le funzionalità di analisi in un unico ambiente. Progettare capacità di gestione dell'energia per sistemi embedded richiede di organizzare la tua gestione dell'energia, regolazione e funzionalità di elaborazione dati in schemi gerarchici. Questo processo è molto più semplice quando lavori con strumenti di progettazione schematica gerarchica nel tuo software di progettazione PCB.

Altium Designer: L'Unica Piattaforma Unificata di Progettazione PCB

Il software di progettazione giusto può aiutarti a progettare e verificare la funzionalità del tuo sistema di gestione dell'energia della batteria senza dover passare tra programmi di progettazione. Solo Altium Designer colloca le tue funzionalità di progettazione essenziali all'interno di un unico programma. Le funzionalità di progettazione gerarchica ti aiutano a rimanere organizzato, e le funzionalità di simulazione ti aiutano a verificare la funzionalità del tuo sistema di ricarica e gestione della batteria.

• Progettare qualsiasi sistema di gestione dell'energia richiede di lavorare con un editor schematico. Altium Designer adotta un approccio di progettazione schematico multi-canale e gerarchico, permettendoti di includere funzionalità complesse nella tua scheda rimanendo organizzato.Scopri di più sulla creazione di schemi multi-canale gerarchici in Altium Designer.
• I pad e le vie sono elementi importanti per la gestione termica e devono essere progettati correttamente.Scopri come Altium Designer sta cambiando la progettazione di vie e pad PCB.
• L'analisi della distribuzione dell'energia è fondamentale per identificare i punti critici, garantire che la massima potenza venga fornita ai componenti e stimare il consumo di energia in tutto il sistema di gestione dell'energia. Scopri di più sul lavoro con l'estensione PDN Analyzer di Altium Designer.

Lavorare con il software di progettazione giusto aiuterà a garantire che il tuo sistema di ricarica della batteria e gestione dell'energia contenga tutte le capacità necessarie per funzionare correttamente. Con Altium Designer, gli strumenti di progettazione di cui hai bisogno per costruire sistemi di gestione dell'energia sono presenti in un unico programma. Puoi accedere a strumenti di progettazione, analisi della rete di distribuzione dell'energia e verifica in un'unica interfaccia.

Quando lavori con Altium Designer, avrai accesso agli strumenti e alle risorse di cui hai bisogno per avere successo. Avrai accesso immediato al forum AltiumLive, a webinar e podcast con esperti del settore, e a una vasta base di conoscenze piena di consigli di progettazione e tutorial. Nessun'altra azienda di software per la progettazione di PCB ti offre così tante risorse per il successo.

Mentre altre piattaforme di software per la progettazione di PCB sono impegnate a separare i loro strumenti in diversi programmi con flussi di lavoro incoerenti, Altium Designer unifica le caratteristiche di progettazione essenziali in un unico ambiente. Non accontentarti di altre piattaforme di progettazione che compromettono la tua produttività. Invece, hai bisogno di lavorare con il miglior software: hai bisogno di Altium Designer.