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Altium Designerにおけるリチウム鉄リン酸塩PCBバッテリーのためのパワーエレクトロニクス

パワーエレクトロニクスは、現代生活を可能にするシステムの膨大なリストを包含しています。自動車システムから電力配分システムまで、パワーエレクトロニクスは電気システム全体での電力の流れを制御し管理する責任を持っています。将来的に代替エネルギーシステムがより人気になることが予想されるため、エンジニアやデザイナーはパワーエレクトロニクスシステム用の適切なPCB設計ソフトウェアを必要としています。

パワーエレクトロニクスシステム用の設計ソフトウェアには、大規模なコンポーネントライブラリへのアクセスと管理機能、およびPCB内の電力配分とホットスポットとのリンクを示すツールが含まれている必要があります。Altium Designerを使用すると、リン酸リチウム電池のパワーエレクトロニクスのすべての側面を制御できます。これらの機能すべてに、単一のインターフェースでアクセスできます。

ALTIUM DESIGNER^®

パワーエレクトロニクスおよび配電アプリケーション用の設計ツールを備えた統合PCB設計パッケージ。

化石燃料は時代遅れになりつつあり、ソーラーファームや風力ファームのような代替エネルギー源に徐々に置き換えられています。エネルギー管理は研究文献の重要なトピックであり、学者たちは電力生成の中断中にエネルギーを蓄えるための多くの方法の使用を真剣に探求しています。これらの方法には、リン酸リチウム（より具体的にはLiFePO4）電池アレイの使用が含まれ、これにより生成が低下したときにエネルギーをグリッドに戻すことができます。

リチウムイオン電池は、電力貯蔵システムに限定されていません。これらの電池は、モバイルデバイス、電気自動車およびハイブリッド車の電池、および充電式電池を必要とするその他の電子機器に見られます。これらの電池の充電システムは、エネルギー貯蔵用の充電システムと同様の要求を満たす必要がありますが、規模は小さいです。

PCB設計におけるリチウムリン酸塩について知っておくべきこと

リチウムリン酸塩電池用の電力電子システムは、充電率を制御し、過充電を防ぐように設計されている必要があります。過充電された電池は、電解質が高温になると過剰な水素と酸素のガスを発生させることがあります。完全に密閉された電池では、このガスの蓄積が電池が破裂する危険性を生じさせることがあります。これは、電池の全体的な寿命を短くします。電力管理および保護システムがない場合、電池は過熱し、極端な場合には火災のリスクを生じさせることもあります。リチウムリン酸塩電池は他のリチウムイオン電池よりも出力エネルギー密度が低いため、より安全である傾向があります。

電力管理システムの要件

充電式リチウムイオンおよびリチウムリン酸塩電池用の電力管理システムは、充電電圧/電流を制御し、過充電を防ぐために充電電流を制限する必要があります。これらのシステムは、短絡時に放電率を制御または抑制できるようにすることも保証すべきです。これにより、電池の寿命が延びます。

これらの電力電子システムは、バッテリーの充電と放電を制御するために、他の重要な運用要求を満たすように構築されなければなりません。これらのシステムは、その寿命を通じて、ほとんどのPCBよりも頻繁に熱サイクルを経験します。これらのシステムはまた、高電流を運ぶため、他のPCBよりも高温に耐えるように設計されなければなりません。これらの電子システムが動作する電気化学的環境は、腐食のリスクにさらします。

• もし次のモバイルデバイスを動かすためにバッテリーを使用する計画がある場合、または非常用電源を提供する場合、選択肢はたくさんあります。

  PCB設計におけるリチウムリン酸塩およびイオンバッテリーについてもっと学びましょう。

• 電力分配システムとバッテリーアレイはしばしば高電圧および高電流で動作し、信頼性を確保するために特別な設計技術が必要です。高電圧電力システムのためのPCB設計についてもっと学びましょう。
• 電力システムを設計する際は、電力エレクトロニクスを設計する際に電力供給分析ツールを使用するとはるかに簡単です。電力エレクトロニクス設計にPDNシミュレーションを取り入れることについてもっと学びましょう。

Altium Designerで電力供給ネットワークシミュレーションを準備する

組み込みシステムのためのバッテリーパワー

TRANSLATE: 組み込みシステムは、航空宇宙から自動車、軍事システムに至るまで、いくつかの分野でその影響を及ぼしています。これらのシステム用のPCBにより多くの処理能力が搭載され、移動性と稼働時間の要件が高まる中、設計者はこれらのシステムで消費される電力を考慮し、特にバッテリー電力に特化した適切な電力管理戦略を選択する必要があります。エンジニアは、組み込みシステムの電子機器における電力管理方法論の開発において重要な役割を果たします。

組み込みシステムにおける熱とバッテリー電力管理

設計者とシステムエンジニアには、PCBレイアウト機能を超える多くの重要なツールが必要です。組み込みシステムが処理能力を含むため、設計者がプロセッサを使用していないときにスリープモードに入るように設定すると、定期的に電力消費を削減できます。これは、組み込みシステムで消費される電力に大きな影響を与え、ボード上のコンポーネントの寿命を延ばすことになります。その後、システムの電力管理部分は、充電され消費される電力が許容値に制限されるように反応しなければなりません。

低消費電力のコンポーネントを使用すること以外にも、PCB内のホットスポットを特定して排除することは、システム全体の寿命を延ばすのに役立ちます。最小限の損失で電力を供給し、適切な熱管理を確保することは、PCB設計ソフトウェアに組み込まれた電力供給ネットワークアナライザーを使用する設計者にとって可能です。このタイプのシミュレーションにより、設計者は運用中のデバイス内のホットスポットを簡単に特定し、潜在的な再設計を試すことができます。

• 電力分配ネットワーク設計は難しそうに見えるかもしれませんが、適切なシミュレーションパッケージを使用すればそうである必要はありません。

  電力供給ネットワークのエキスパートになる方法を見てみましょう。

• バッテリーが電力を供給し始めたら、最小限の損失でシステムにエネルギーを供給できるように、電力供給ネットワークが機能していることを確認する必要があります。

  Lee Ritcheyと一緒に電力供給システム設計についてもっと学びましょう。

• 電力管理システムにはレギュレーターが必要になるかもしれませんが、電力要件を満たすレギュレーターのタイプを決定する必要があります。電力管理システムでの電圧レギュレーターの選択についてもっと学びましょう。

電力供給ネットワーク内のホットスポットの特定

Altium Designerでの電力管理システム設計

リチウムリン酸塩バッテリーを搭載したPCBの電力管理システムには複雑な要件が求められるため、設計ソフトウェアには設計、コンポーネント管理、分析機能を一つの環境に統合する機能が含まれている必要があります。組み込みシステムの電力管理機能を設計するには、電力管理、規制、データ処理機能を階層的な回路図に整理する必要があります。このプロセスは、PCB設計ソフトウェア内の階層的な回路図設計ツールを使用すると、はるかに簡単になります。

Altium Designer：唯一の統合PCB設計プラットフォーム

適切な設計ソフトウェアを使用すると、設計プログラム間で切り替えることなく、バッテリー電力管理システムの機能を設計および検証できます。Altium Designerだけが、必要な設計機能を単一のプログラム内に配置します。階層的な設計機能により整理され、シミュレーション機能によりバッテリー充電および管理システムの機能を検証できます。

• 電力管理システムを設計するには、回路図エディターを使用する必要があります。Altium Designerは、マルチチャネル、階層的な設計アプローチを回路図作成に採用しており、複雑な機能をボードに含めながら整理された状態を維持できます。Altium Designerにおける階層的マルチチャネル回路図作成についてもっと学ぶ。
• パッドとビアは熱管理において重要な要素であり、適切に設計される必要があります。Altium DesignerがPCBのビアとパッドの設計をどのように変えているかを見る。
• 電力供給分析は、ホットスポットの特定、コンポーネントへの最大電力の供給の確保、および電力管理システム全体の電力消費の推定に不可欠です。Altium DesignerのPDN Analyzer拡張機能を使用する方法についてもっと学びましょう。

適切な設計ソフトウェアを使用することで、バッテリー充電および電力管理システムが適切に動作するために必要なすべての機能を含むようにすることができます。Altium Designerを使用すると、電力管理システムを構築するために必要な設計ツールが単一のプログラム内に存在します。設計、電力分配ネットワーク分析、および検証ツールに、単一のインターフェースでアクセスできます。

Altium Designerを使用すると、成功に必要なツールとリソースにアクセスできます。AltiumLiveフォーラム、ウェビナー、業界の専門家とのポッドキャストへの即時アクセス、設計のヒントやチュートリアルでいっぱいの広範な知識ベースを利用できます。他のPCB設計ソフトウェア会社がこれほど多くのリソースを成功に提供することはありません。

他のPCB設計ソフトウェアプラットフォームが、異なるプログラムにツールを分離し、ワークフローが一貫しないことに忙しい中、Altium Designerは重要な設計機能を単一の環境で統合します。生産性を低下させる他の設計プラットフォームに満足する必要はありません。代わりに、最高のソフトウェアであるAltium Designerで作業する必要があります。