在设计用于户外应用的太阳能嵌入式系统时，耐用性、性能和能源效率是一个完美的考虑因素。梦想是平衡这三者，但如何才能实现呢？

布局概念化的方式极大地决定了系统的性能、效率和耐用性。在布局阶段调整到设计中的好主意可以显着提高太阳能设备的可制造性。

太阳能电池板的 11 大 PCB 设计技巧

 

以下是太阳能项目的 11 条 PCB 设计技巧——一些适用于更广泛的范围，而另一些则专用于太阳能 PCB：

  1. 尽早让您的 PCB 供应商参与进来
  2. 考虑太阳能电池板的效率
  3. 确认电池和面板尺寸
  4. 评估对功率密集型模块的需求
  5. 考虑固件架构 
  6. 建造一个耐腐蚀的盒子
  7. 实现简单的电流流动
  8. 获得正确的 PCB 元件尺寸
  9. 精益求精
  10. 选择合适的表面处理
  11. PCB元件布局适当

1. 让您的 PCB 供应商尽早参与设计

在PCB 设计中尽早让您的电子制造供应商参与进来。理想的制造供应商具有丰富的行业经验，可以帮助识别设计图纸上可能看不到的问题。 

在初始设计阶段未能处理好小问题可能会导致代价高昂的长期混乱，可能会影响设备制造、性能和认证批准。

2.考虑太阳能电池板的效率

用于电子产品的小型太阳能电池板的能源效率取决于几个因素，包括面板本身的类型。 

通常，单晶太阳能电池板比薄膜或多晶太阳能电池板更有效。太阳能系统的功效也可能因供应商而异。 

在开始 PCB 设计之前确认这些细节是一个很好的做法。

3.确认电池和面板尺寸

需要连续工作的太阳能电子设备需要电池备份系统。 

设计太阳能 PCB 板时要考虑的一个关键参数是光伏电源效的持续时间。 

多种环境因素会影响太阳能电池板的性能，您需要一块容量充足的电池来让您的设备长时间运行。

确定每天的电力需求后，您可以使用以下数据计算出太阳能电池板和电池的大小： 

  • 最大连续黑暗天数——决定了所需的电池容量
  • 最少晴天数——确定为电池充电和为设备供电所需的太阳能电池板尺寸

4. 评估对高功率模块的需求

理想情况下，热敏打印机、Wi-Fi 和 GSM 等某些应用需要耗电模块。 

在针对此类应用进行设计时，请尝试准确了解和预测模块的功率使用情况。评估对电力密集型模块的需求将帮助您计算无缝运行太阳能电池板设备所需的电量。

5.考虑固件架构 

花时间获得正确的固件结构设计，使微控制器在不使用时处于“深度睡眠”模式。正确的固件设计可以帮助您的太阳能嵌入式系统在多云天气下持续使用数周。这确保了关键的节能，可以延长设备在不利条件下的运行时间。

理想的设计应该为物流和由微控制器控制的外围集成电路提供单独的电源通道。这样的系统可以防止系统空闲时不必要的功耗。

6. 建造一个耐腐蚀的盒子

太阳能设备通常位于元件外，通常位于支架上。盒子中提供温度控制，以确保内部的所有太阳能电池板电路板都能承受高/低 的外部温度。

一般规则是提供一个耐腐蚀的盒子来防止恶劣的条件，包括：

  • 冰雹
  • 极端温度变化
  • 飓风

7.实现简单的电流

太阳能电池板电路板设计过程中，创建理想的线宽以促进电流轻松流动。

理想情况下，可以利用各种在线计算器来帮助了解最佳线宽以方便电流流动。选择不阻碍电流流动的线宽是最大化布局效率的好方法。无缝电流对于设备的最佳能源利用也至关重要。 

同样，在构思 PCB 布局时，对连续的两个层使用单独的布线方向。

8. 正确选择 PCB 元件尺寸

在设计过程中选择尺寸过小的零件肯定会使设备的制造过程复杂化。如果您的电路板上有空闲空间，请选择更大的组件以提高产品的可制造性。

经验法则是在设计的早期阶段多投资一点，以保证快速生产并减少缺陷。

9. 精益求精

精益太阳能 PCB 设计最终会减少对工程、测试、加工、处理和库存管理的需求。更少的零件也意味着更低的成本和装配时间。 

值得注意的是，复杂的 PCB 设计，如双面采用SMT（表面贴装技术）的设计，往往成本非常高。同样，避免在两侧都放置通孔，除非它对产品至关重要。

10.选择合适的表面处理

选择理想的表面光洁度是 PCB 设计中必不可少的一步。完美的 PCB 表面应保护电路免受腐蚀。它还应该为您的组件提供可焊接的表面。

选择表面时，请考虑：

  • 您使用的组件
  • 您的预期产量
  • 耐久性要求
  • 环境影响和成本

要避免的一种 PCB 表面处理是符合 RoHS 标准的热风焊料整平 (HASL)。虽然 HASL 被认为是一种标准表面处理，但它往往会擦掉太阳能 PCB 板上的焊料。 

更好的选择是化学镀镍浸金(ENIG)。ENIG 表面处理对于大多数 PCB 设计而言具有成本效益且实用。它也是完全平坦的，并且比其他可用选项更容易焊接。此外，大多数电路板装配厂都可以在自己的设施中处理 ENIG，从而节省制造时间和成本。

11. 适当地放置 PCB 元件布局

在PCB 设计布局中放置组件的位置非常重要。

将组件放置得太靠近边缘会影响系统的效率和耐用性。通常，陶瓷电容器在放置得太靠近边缘时往往会很快破裂。放置得太近的组件在功能上也往往很差。例如，连接此类组件可能具有挑战性，并且经常会导致可能影响整体系统效率的错误。

确保设计人员在边缘附近的任何部件周围和整个 PCB 布局周围放置一条路线。

在 PCB 设计期间与您的供应商合作

面向可制造性的 PCB 太阳能电池板设计旨在更快、更轻松、更高效地构建您的产品。在电子设计阶段的早期与您的 PCB 制造商合作有助于简化和优化整个制造过程。 

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