Thiết kế Điện tử Công suất cho Pin PCB Lithium Sắt Phosphate trong Altium Designer

Điện tử công suất bao gồm một danh sách lớn các hệ thống làm cho cuộc sống hiện đại trở nên khả thi. Từ hệ thống ô tô đến hệ thống phân phối điện, điện tử công suất chịu trách nhiệm kiểm soát và quản lý dòng điện trong một hệ thống điện. Với việc các hệ thống năng lượng thay thế ngày càng trở nên phổ biến trong tương lai, các kỹ sư và nhà thiết kế cần phần mềm thiết kế PCB phù hợp cho các hệ thống điện tử công suất.

Phần mềm thiết kế cho các hệ thống điện tử công suất phải bao gồm quyền truy cập vào các thư viện linh kiện lớn và các tính năng quản lý, cũng như các công cụ hiển thị mối liên kết giữa phân phối điện và các điểm nóng trên PCB. Với Altium Designer, bạn có thể kiểm soát mọi khía cạnh của điện tử công suất cho pin lithium phosphate. Bạn sẽ có quyền truy cập vào tất cả các tính năng này và hơn thế nữa trong một giao diện duy nhất.

ALTIUM DESIGNER^®

Gói thiết kế PCB thống nhất với các công cụ thiết kế cho điện tử công suất và ứng dụng phân phối.

Nhiên liệu hóa thạch đang trở nên lỗi thời và sẽ dần được thay thế bằng các nguồn năng lượng thay thế như trang trại mặt trời và trang trại gió. Quản lý năng lượng là một chủ đề quan trọng trong văn học nghiên cứu, và các học giả đã nghiên cứu nghiêm túc việc sử dụng một số phương pháp để lưu trữ năng lượng trong những lúc gián đoạn phát điện. Những phương pháp này bao gồm việc sử dụng các mảng pin lithium phosphate (cụ thể hơn, LiFePO4), cho phép năng lượng được giải phóng trở lại vào lưới điện khi việc phát điện giảm xuống.

Pin lithium-ion không chỉ được sử dụng trong hệ thống lưu trữ năng lượng. Các loại pin này được tìm thấy trong thiết bị di động, pin cho xe điện và xe hybrid, cũng như các thiết bị điện tử khác yêu cầu pin có thể sạc lại. Hệ thống sạc cho những pin này phải đáp ứng những yêu cầu tương tự như hệ thống sạc cho lưu trữ năng lượng, mặc dù ở quy mô nhỏ hơn.

Điều Cần Biết Về Lithium Phosphate Trong Thiết Kế PCB

Hệ thống điện tử công suất cho pin lithium phosphate phải được thiết kế để điều chỉnh tốc độ sạc và ngăn chặn việc sạc quá mức. Một pin sạc quá mức có thể sản xuất ra khí hydrogen và oxygen quá mức khi dung dịch điện phân nóng lên đến nhiệt độ cao. Với pin hoàn toàn kín, sự tích tụ khí này có thể tạo ra nguy cơ pin sẽ phát nổ. Điều này làm giảm tuổi thọ tổng thể của pin. Nếu không có hệ thống quản lý và bảo vệ năng lượng, pin cũng có thể quá nhiệt, tạo ra nguy cơ cháy trong trường hợp cực đoan. Pin lithium phosphate có mật độ năng lượng đầu ra thấp hơn so với các loại pin lithium-ion khác, do đó chúng có xu hướng an toàn hơn.

Yêu Cầu Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng

Hệ thống quản lý năng lượng cho pin lithium-ion và lithium phosphate có thể sạc lại cần phải điều chỉnh điện áp/dòng sạc và giới hạn dòng sạc để ngăn chặn việc sạc quá mức. Những hệ thống này cũng nên đảm bảo rằng tốc độ xả có thể được kiểm soát hoặc kìm hãm trong trường hợp xảy ra chập, giúp kéo dài tuổi thọ của pin.

Các hệ thống điện tử công suất này dùng để kiểm soát việc sạc và xả pin phải được xây dựng để đáp ứng các yêu cầu vận hành quan trọng khác. Các hệ thống này sẽ trải qua quá trình chu kỳ nhiệt nhiều lần hơn so với hầu hết các PCB khác. Các hệ thống này cũng sẽ chịu dòng điện cao, do đó chúng phải được thiết kế để chịu được nhiệt độ cao hơn so với các PCB khác. Môi trường điện hóa mà các hệ thống điện tử này hoạt động khiến chúng có nguy cơ bị ăn mòn.

• Nếu bạn đang lên kế hoạch sử dụng pin để chạy thiết bị di động tiếp theo của mình hoặc cung cấp năng lượng khẩn cấp, bạn có nhiều lựa chọn để chọn lựa.

  Tìm hiểu thêm về pin lithium phosphate và ion trong thiết kế PCB.

• Hệ thống phân phối điện và mảng pin thường hoạt động ở điện áp và dòng điện cao, và chúng yêu cầu các kỹ thuật thiết kế chuyên biệt để đảm bảo độ tin cậy. Tìm hiểu thêm về thiết kế PCB cho hệ thống điện áp cao.
• Thiết kế hệ thống điện trở nên dễ dàng hơn khi bạn sử dụng công cụ phân tích cung cấp điện trong thiết kế điện tử công suất. Tìm hiểu thêm về việc kết hợp mô phỏng PDN trong thiết kế điện tử công suất.

Chuẩn bị mô phỏng mạng lưới cung cấp điện trong Altium Designer

Năng lượng Pin cho Hệ thống Nhúng

Các hệ thống nhúng đã tạo dấu ấn trong nhiều lĩnh vực, từ hàng không vũ trụ đến ô tô và hệ thống quân sự. Với khả năng xử lý mạnh mẽ hơn được tích hợp vào PCB cho những hệ thống này, cùng với yêu cầu về khả năng di động và thời gian hoạt động tăng lên, các nhà thiết kế cần phải xem xét đến lượng điện năng tiêu thụ trong các hệ thống này và chọn lựa chiến lược quản lý điện năng phù hợp, đặc biệt là đối với năng lượng pin. Các kỹ sư có vai trò quan trọng trong việc phát triển các phương pháp quản lý điện năng cho điện tử trong hệ thống nhúng.

Quản lý Nhiệt và Điện Năng Pin trong Hệ thống Nhúng

Các nhà thiết kế và kỹ sư hệ thống cần một số công cụ quan trọng vượt ra ngoài các tính năng bố trí PCB. Khi hệ thống nhúng bao gồm khả năng xử lý, lượng tiêu thụ điện năng có thể được giảm định kỳ khi các nhà thiết kế cấu hình bộ xử lý của họ để chuyển vào chế độ ngủ khi không sử dụng. Điều này sẽ tạo ra tác động lớn đến lượng điện năng tiêu thụ trong hệ thống nhúng của bạn và sẽ tăng tuổi thọ của các thành phần trên bảng mạch. Phần quản lý điện năng của hệ thống sau đó phải phản ứng để đảm bảo rằng việc sạc và tiêu thụ điện năng được giới hạn ở những giá trị chấp nhận được.

Ngoài việc sử dụng các thành phần tiêu thụ điện năng thấp, việc xác định và loại bỏ các điểm nóng trên PCB giúp kéo dài tuổi thọ tổng thể của hệ thống. Đảm bảo cung cấp điện năng với tổn thất tối thiểu và quản lý nhiệt độ đúng cách là khả thi khi các nhà thiết kế sử dụng một bộ phân tích mạng lưới cung cấp điện được tích hợp sẵn trong phần mềm thiết kế PCB của họ. Loại mô phỏng này cho phép các nhà thiết kế dễ dàng xác định các điểm nóng trong thiết bị của họ trong quá trình hoạt động và thử nghiệm với các thiết kế lại tiềm năng.

• Thiết kế mạng lưới phân phối điện có vẻ khó khăn, nhưng nó không phải là không thể khi bạn làm việc với gói mô phỏng phù hợp.

  Xem bạn có thể trở thành chuyên gia mạng lưới cung cấp điện như thế nào.

• Một khi pin của bạn bắt đầu cung cấp điện, bạn cần đảm bảo mạng lưới cung cấp điện của mình có thể cung cấp năng lượng cho hệ thống của bạn với tổn thất tối thiểu.

  Tìm hiểu thêm về thiết kế hệ thống cung cấp điện với Lee Ritchey.

• Bạn có thể cần một bộ điều chỉnh cho hệ thống quản lý điện năng của mình, và bạn sẽ cần quyết định loại bộ điều chỉnh nào sẽ đáp ứng yêu cầu điện năng của bạn. Tìm hiểu thêm về việc chọn một bộ điều chỉnh điện áp trong hệ thống quản lý điện năng của bạn.

Xác định các điểm nóng trong mạng lưới cung cấp điện

Thiết kế Hệ thống Quản lý Điện năng trong Altium Designer

Với những yêu cầu phức tạp về hệ thống quản lý năng lượng trong các PCB sử dụng pin lithium phosphate, phần mềm thiết kế của bạn phải bao gồm các khả năng tích hợp thiết kế, quản lý linh kiện và tính năng phân tích vào một môi trường duy nhất. Thiết kế khả năng quản lý năng lượng cho các hệ thống nhúng đòi hỏi việc tổ chức quản lý năng lượng, điều chỉnh và chức năng xử lý dữ liệu của bạn vào các sơ đồ phân cấp. Quá trình này trở nên dễ dàng hơn khi bạn làm việc với các công cụ thiết kế sơ đồ phân cấp trong phần mềm thiết kế PCB của mình.

Altium Designer: Nền tảng Thiết kế PCB Thống nhất Duy nhất

Phần mềm thiết kế phù hợp có thể giúp bạn thiết kế và xác minh chức năng của hệ thống quản lý năng lượng pin mà không cần phải chuyển đổi giữa các chương trình thiết kế. Chỉ có Altium Designer đặt các tính năng thiết kế thiết yếu của bạn trong một chương trình duy nhất. Các tính năng thiết kế phân cấp giúp bạn giữ được tổ chức, và các tính năng mô phỏng giúp bạn xác minh chức năng của hệ thống sạc và quản lý pin của mình.

• Thiết kế bất kỳ hệ thống quản lý năng lượng nào đều đòi hỏi làm việc với một trình biên tập sơ đồ. Altium Designer áp dụng một cách tiếp cận thiết kế phân cấp, đa kênh đối với việc tạo sơ đồ, cho phép bạn bao gồm chức năng phức tạp trong bảng mạch của mình mà vẫn giữ được tổ chức. Tìm hiểu thêm về việc tạo sơ đồ đa kênh phân cấp trong Altium Designer.
• Các pad và via là những yếu tố quan trọng cho quản lý nhiệt và phải được thiết kế đúng cách. Xem cách Altium Designer đang thay đổi thiết kế via và pad PCB.
• Phân tích cung cấp năng lượng là yếu tố quan trọng để xác định các điểm nóng, đảm bảo năng lượng tối đa được cung cấp cho các thành phần, và ước lượng mức tiêu thụ năng lượng trong toàn bộ hệ thống quản lý năng lượng của bạn. Tìm hiểu thêm về làm việc với tiện ích mở rộng PDN Analyzer của Altium Designer.

Làm việc với phần mềm thiết kế phù hợp sẽ giúp đảm bảo rằng hệ thống sạc pin và quản lý năng lượng của bạn chứa đủ các khả năng cần thiết để hoạt động đúng cách. Với Altium Designer, các công cụ thiết kế bạn cần để xây dựng hệ thống quản lý năng lượng đều có mặt trong một chương trình duy nhất. Bạn có thể truy cập vào thiết kế, phân tích mạng lưới phân phối năng lượng, và công cụ xác minh trong một giao diện duy nhất.

Khi bạn làm việc với Altium Designer, bạn sẽ có quyền truy cập vào các công cụ và nguồn lực bạn cần để thành công. Bạn sẽ có quyền truy cập ngay lập tức vào diễn đàn AltiumLive, các hội thảo trực tuyến, và podcast với các chuyên gia trong ngành, cùng một cơ sở kiến thức rộng lớn đầy ắp mẹo thiết kế và hướng dẫn. Không có công ty phần mềm thiết kế PCB nào khác cung cấp cho bạn nhiều nguồn lực để thành công như vậy.

Trong khi các nền tảng phần mềm thiết kế PCB khác đang bận rộn tách các công cụ của họ ra thành các chương trình khác nhau với quy trình làm việc không nhất quán, Altium Designer thống nhất các tính năng thiết kế thiết yếu trong một môi trường duy nhất. Đừng chấp nhận các nền tảng thiết kế khác làm giảm năng suất của bạn. Thay vào đó, bạn cần làm việc với phần mềm tốt nhất: bạn cần Altium Designer.