Eletrônica de Potência para Baterias de Lítio Ferro Fosfato em PCB no Altium Designer

A eletrônica de potência abrange uma vasta lista de sistemas que tornam a vida moderna possível. Desde sistemas automotivos até sistemas de distribuição de energia, a eletrônica de potência é responsável por controlar e gerenciar o fluxo de energia em todo um sistema elétrico. Com os sistemas de energia alternativa destinados a se tornarem mais populares no futuro, engenheiros e projetistas precisam do software de design de PCB adequado para sistemas de eletrônica de potência.

O software de design para sistemas de eletrônica de potência deve incluir acesso a bibliotecas de componentes massivas e recursos de gerenciamento, bem como ferramentas que mostram a ligação entre a distribuição de energia e os pontos quentes em PCBs. Com o Altium Designer, você pode assumir o controle sobre todos os aspectos da eletrônica de potência para baterias de fosfato de lítio. Você terá acesso a todas essas funcionalidades e mais em uma única interface.

ALTIUM DESIGNER^®

Um pacote unificado de design de PCB com ferramentas de design para eletrônica de potência e aplicações de distribuição.

Os combustíveis fósseis estão saindo de moda e serão lentamente substituídos por fontes de energia alternativas como fazendas solares e eólicas. A gestão de energia é um tópico importante na literatura de pesquisa, e acadêmicos exploraram seriamente o uso de vários métodos para armazenar energia durante lapsos na geração de energia. Esses métodos incluem o uso de arranjos de baterias de fosfato de lítio (mais especificamente, LiFePO4), que permitem que a energia seja liberada de volta para a rede quando a geração cai.

As baterias de íon de lítio não são relegadas apenas a sistemas de armazenamento de energia. Essas baterias são encontradas em dispositivos móveis, baterias para veículos elétricos e híbridos, e outros eletrônicos que requerem baterias recarregáveis. Os sistemas de carregamento para essas baterias devem atender a demandas semelhantes às dos sistemas de carregamento para armazenamento de energia, embora em menor escala.

O que Saber Sobre Fosfatos de Lítio no Design de PCB

Os sistemas eletrônicos de potência para baterias de fosfato de lítio devem ser projetados para regular a taxa de carregamento e prevenir o sobrecarregamento. Uma bateria sobrecarregada pode produzir gases de hidrogênio e oxigênio em excesso à medida que o eletrólito aquece até uma alta temperatura. Com baterias totalmente seladas, esse acúmulo de gases pode criar um perigo de que a bateria estoure. Isso reduz a vida útil geral da bateria. Sem um sistema de gerenciamento de energia e proteção, a bateria também pode superaquecer, criando um risco de incêndio em casos extremos. As baterias de fosfato de lítio têm uma densidade de energia de saída menor do que outras baterias de íon de lítio, portanto, tendem a ser mais seguras.

Requisitos do Sistema de Gerenciamento de Energia

Os sistemas de gerenciamento de energia para baterias recarregáveis de íon de lítio e fosfato de lítio precisam regular a tensão/corrente de carregamento e limitar a corrente de carregamento para prevenir o sobrecarregamento. Esses sistemas também devem garantir que a taxa de descarga possa ser controlada ou suprimida no caso de um curto-circuito, ajudando a prolongar a vida útil das baterias.

Estes sistemas eletrônicos de potência para controle de carga e descarga de baterias devem ser construídos para atender a outras demandas operacionais importantes. Esses sistemas serão termicamente ciclados ao longo de sua vida útil mais frequentemente do que a maioria dos PCBs. Esses sistemas também conduzirão alta corrente, portanto, devem ser projetados para suportar temperaturas mais altas do que outros PCBs. O ambiente eletroquímico no qual esses sistemas eletrônicos operam os coloca em risco de corrosão.

• Se você planeja usar uma bateria para alimentar seu próximo dispositivo móvel ou fornecer energia de emergência, você tem várias opções para escolher.

  Saiba mais sobre baterias de fosfato de lítio e íon em design de PCB.

• Sistemas de distribuição de energia e arranjos de baterias frequentemente operam em alta tensão e corrente, e requerem técnicas de design especializadas para garantir a confiabilidade. Saiba mais sobre design de PCB para sistemas de energia de alta tensão.
• Projetar sistemas de energia é muito mais fácil quando você usa uma ferramenta de análise de entrega de energia ao projetar eletrônicos de potência. Saiba mais sobre a incorporação de simulações de PDN no design de eletrônicos de potência.

Preparando uma simulação de rede de entrega de energia no Altium Designer

Energia de Bateria para Sistemas Embarcados

Sistemas embarcados marcam presença em várias áreas, que vão desde a aeroespacial até a automotiva e sistemas militares. Com mais poder de processamento sendo incorporado em PCBs para esses sistemas, e com requisitos de mobilidade e tempo de atividade crescentes, os projetistas precisam considerar o poder consumido nesses sistemas e escolher a estratégia de gerenciamento de energia apropriada, voltada especificamente para a energia da bateria. Os engenheiros têm um papel importante no desenvolvimento de metodologias de gerenciamento de energia para eletrônicos em sistemas embarcados.

Gerenciamento Térmico e de Energia da Bateria em Sistemas Embarcados

Projetistas e engenheiros de sistemas precisam de várias ferramentas importantes que vão além das características de layout de PCB. Como os sistemas embarcados incluem capacidades de processamento, o consumo de energia pode ser reduzido periodicamente quando os projetistas configuram seus processadores para entrar em modo de espera quando não estão em uso. Isso terá um grande impacto no poder consumido em seu sistema embarcado e aumentará a vida útil dos componentes na placa. A parte de gerenciamento de energia do sistema deve então reagir para garantir que a energia carregada e consumida sejam limitadas a valores aceitáveis.

Além de usar componentes de baixa potência, identificar e eliminar pontos quentes em PCBs ajuda a prolongar a vida útil geral do sistema. Garantir a entrega de energia com perdas mínimas e uma gestão térmica adequada é possível quando os designers utilizam um analisador de rede de entrega de energia que está integrado ao seu software de design de PCB. Esse tipo de simulação permite que os designers identifiquem facilmente pontos quentes em seu dispositivo durante a operação e experimentem possíveis redesenhos.

• O design da rede de distribuição de energia pode parecer difícil, mas não precisa ser quando você trabalha com o pacote de simulação correto.

  Veja como você pode se tornar um especialista em rede de entrega de energia.

• Uma vez que suas baterias começam a fornecer energia, você precisa garantir que sua rede de entrega de energia possa entregar energia ao seu sistema com perdas mínimas.

  Aprenda mais sobre o design do sistema de entrega de energia com Lee Ritchey.

• Você pode precisar de um regulador para o seu sistema de gestão de energia, e precisará decidir qual tipo de regulador satisfará suas necessidades de energia. Aprenda mais sobre a seleção de um regulador de tensão no seu sistema de gestão de energia.

Identificando pontos quentes em uma rede de entrega de energia

Design de Sistemas de Gestão de Energia no Altium Designer

Dado os requisitos complexos sobre sistemas de gestão de energia em PCBs alimentados por bateria de fosfato de lítio, seu software de design deve incluir capacidades que integrem seu design, gestão de componentes e funcionalidades de análise em um único ambiente. Projetar capacidades de gestão de energia para sistemas embutidos requer a organização da sua gestão de energia, regulação e funcionalidade de processamento de dados em esquemáticos hierárquicos. Esse processo se torna muito mais fácil quando você trabalha com ferramentas de design esquemático hierárquico em seu software de design de PCB.

Altium Designer: A Única Plataforma Unificada de Design de PCB

O software de design certo pode ajudá-lo a projetar e verificar a funcionalidade do seu sistema de gestão de energia da bateria sem ter que alternar entre programas de design. Somente o Altium Designer coloca suas funcionalidades de design essenciais dentro de um único programa. As funcionalidades de design hierárquico ajudam você a se manter organizado, e as funcionalidades de simulação ajudam você a verificar a funcionalidade do seu sistema de carregamento e gestão de bateria.

• Projetar qualquer sistema de gestão de energia requer trabalhar com um editor esquemático. O Altium Designer adota uma abordagem de design hierárquico e multi-canal para criação de esquemáticos, permitindo que você inclua funcionalidades complexas em sua placa enquanto se mantém organizado. Saiba mais sobre a criação de esquemáticos multi-canal e hierárquicos no Altium Designer.
• Padrões e vias são elementos importantes para a gestão térmica e devem ser projetados adequadamente. Veja como o Altium Designer está mudando o design de vias e pads de PCB.
• A análise de entrega de energia é crucial para identificar pontos quentes, garantir que a máxima potência seja entregue aos componentes e estimar o consumo de energia em todo o seu sistema de gerenciamento de energia. Saiba mais sobre como trabalhar com a extensão PDN Analyzer do Altium Designer.

Trabalhar com o software de design certo ajudará a garantir que seu sistema de carregamento de bateria e gerenciamento de energia contenha todas as capacidades necessárias para funcionar corretamente. Com o Altium Designer, as ferramentas de design de que você precisa para construir sistemas de gerenciamento de energia estão presentes em um único programa. Você pode acessar ferramentas de design, análise de rede de distribuição de energia e verificação em uma única interface.

Quando você trabalha com o Altium Designer, terá acesso às ferramentas e recursos de que precisa para ser bem-sucedido. Você terá acesso instantâneo ao fórum AltiumLive, webinars e podcasts com especialistas do setor, e uma extensa base de conhecimento repleta de dicas de design e tutoriais. Nenhuma outra empresa de software de design de PCB oferece tantos recursos para o sucesso.

Enquanto outras plataformas de software de design de PCB estão ocupadas separando suas ferramentas em diferentes programas com fluxo de trabalho inconsistente, o Altium Designer unifica recursos de design essenciais em um único ambiente. Não se conforme com outras plataformas de design que drenam sua produtividade. Em vez disso, você precisa trabalhar com o melhor software: você precisa do Altium Designer.