Bu teknik doküman B107AA R6 için hazırlanmış olup yeni yapılacak olan tasarımlara kaynak niteliğindedir.
B107AA-R6 Güç Mimarisi
Genel Bakış
B107AA‑R6 güç katmanı; harici 5V DC adaptör üzerinden gelen enerjiyi kart içine alır, sahaya uygun olacak şekilde giriş koruma katmanlarından geçirir, BQ24298 ile tek hücre Li‑ion bataryanın şarj + power‑path (yedekleme) yönetimini yapar ve kartın ihtiyaç duyduğu regüle gerilim raylarını üretir.
R6’da güç mimarisi iki ana prensibe göre tasarlanmıştır:
-
Omurga sade ve öngörülebilir olsun: Tek besleme kaynağı harici adaptör (5V / 20W sınıfı; pratikte ). Kart üzeri AC‑DC/HLK opsiyonu kaldırıldı.
-
Gürültü ve arıza enerjisinin etkisi segmentlensin: Adaptör kaynaklı transient/ters bağlantı gibi arızalar, röle switching gürültüsü ve GSM TX akım sıçramaları; mümkün olduğunca “tek bir noktada” ana omurgayı çökertmesin.
Bu kapsamda R6 güç ağacı aşağıdaki şekilde özetlenebilir:
- V_External (5V adaptör) → DC Input Protection (PPTC + ters polarite + TVS + EMI/LC)
- VDC (5V omurga) → BQ24298 (power‑path) → VSYS (3.6–4.4V bandı)
- VSYS → TPS61088 → 5V (boost)
- 5V → AP2112K‑3.3 → 3V3 (ana dijital besleme, sürekli açık)
- 5V → LT1528 → 3V8 (GSM beslemesi, 3V8_EN kontrollü)
- 5V → TPS22917 → V_FOTA (FOTA modül beslemesi, latch kontrollü)
- 5V → (izole DC/DC
PDS1‑S5‑S5) → 5V_ISO → AP2112K‑3.3 → 3V3_ISO (enerji analizör beslemesi) - 5V → 5V_Relay (LC/TVS + bulk ile ayrıştırılmış dal)
Bu sayfa, üstteki blok diyagrama göre hazırlanmıştır. Alt şematiklerdeki bileşen değerleri (ör. TPS61088 FB/ILIM dirençleri) değişebilir; hesap bölümlerini R6 şematiğindeki gerçek değerlerle doğrulayın.
Tasarım Hedefleri
R6 ile hedeflenen ana kazanımlar:
- Saha dayanımı: Ters polarite, kısa devre, kablo kaynaklı transient/darbe ve ESD etkilerinde kartın hasar görme ihtimalini düşürmek.
- Segmentlenmiş gürültü yönetimi: Röle ve GSM gibi “gürültülü” yüklerin ana 5V/3V3 omurgasını çökertmesini engellemek.
- Ölçüm doğruluğu: Enerji analizör katmanında güç ve sinyal izolasyonu ile analog ölçüm referansını korumak.
- Servis kolaylığı: Besleme seçeneklerini sadeleştirmek, saha montaj hatalarını tolere etmek ve test/validasyonu hızlandırmak.
R6’da Yeni Neler Yapıyoruz?
1. Adaptör giriş koruması (DC Input Protection)
R5’te adaptör girişinin “adaptör üzerinde sigorta var” varsayımı sahada her zaman yeterli olmadı. R6’da kart girişine şu katman eklendi:
- PPTC (polyfuse): Kısa devre/yanlış bağlantı senaryolarında akımı sınırlamak
- Ters polarite koruması: Yanlış bağlantıda kartın ters beslenmesini engellemek
- TVS: Kablo + adaptör kaynaklı transient’leri bastırmak
- EMI/LC: Girişte yüksek frekans gürültüyü ve kablo etkisini azaltmak
Bu yaklaşımın mühendislik detayları “Adaptör girişi” alt sayfasında ayrıca dokümante edilmiştir.
2. Batarya tarafında sahaya uygun koruma
Batarya hattı; saha servisinde pilin çıkar‑tak yapılması, yanlış bağlantı ve kablo hasarı gibi senaryolara açıktır. R6’da batarya tarafında da PPTC + ters polarite yaklaşımı ile arıza enerjisi sınırlanır.
3. Regülatör standardizasyonu (BOM sadeleşmesi)
R6’da 3V3 üretiminde ve izole tarafta 3V3_ISO üretiminde aynı LDO ailesi kullanılır:
- AP2112K‑3.3 (ana 3V3)
- AP2112K‑3.3 (izole 3V3_ISO)
Bu sayede hem maliyet/BOM sadeleşir hem de validasyon yaklaşımı tekilleşir.
4. Röle beslemesi ana 5V’dan ayrıldı
Röle coil’leri (ve sürüş anındaki geri tepme/dv/dt) ana 5V omurgasında düşüm ve gürültü üretebilir. Bu yüzden R6’da 5V_Relay dalı ayrılmış ve LC/TVS + bulk ile ana raydan ayrıştırılmıştır.
5. Enerji analizör katmanı için “tam izole” ray
Enerji analizör katmanında:
- Güç izolasyonu: 5V → 5V_ISO
- Regülasyon: 5V_ISO → 3V3_ISO (LDO)
Bu topoloji R4’teki 3V3→3V3 ISO tecrübesine göre seçilmiştir ve ölçüm doğruluğu açısından daha güvenli bir yaklaşım sunar.
6. Yazılım stratejisi: interrupt yerine polling
R6’da hem MAX17055 fuel gauge hem de BQ24298 şarj entegresi için kullanılan interrupt/alert hatları kaldırılmıştır. Pil durumu ve şarj/power‑path bilgileri, veri gönderimi öncesi firmware tarafından I2C polling ile okunur.
Ölçüm ve Doğrulama
Güç katmanının hızlı doğrulanması için aşağıdaki kontrol akışı önerilir:
-
VDC doğrulaması: Adaptör 5V girişinin, koruma katmanından sonra BQ24298 VBUS hattına ulaştığını doğrulayın.
-
VSYS davranışı:
- Adaptör bağlıyken VSYS’nin oluştuğunu ve yükle birlikte kararlı kaldığını gözleyin.
- Adaptör kesildiğinde VSYS’nin batarya bandına düzgün geçtiğini doğrulayın.
- Regüle raylar:
- 5V: TPS61088 çıkışı (boost)
- 3V8: LT1528 çıkışı (3V8_EN açıkken)
- 3V3: AP2112K‑3.3 çıkışı (ana dijital besleme)
- 5V_Relay: röle dalı (LC/TVS + bulk ile ayrıştırılmış)
- 5V_ISO / 3V3_ISO: izole hatlar (PDS1‑S5‑S5 + AP2112K‑3.3)
- Yük altında stabilite:
- Röle çekişlerinde 5V/3V3 düşümü
- Modem TX sırasında 3V8 düşümü
- İzole tarafta 3V3_ISO kararlılığı
- Termal kontrol:
- Özellikle LT1528 ve AP2112K üzerinde, modem aktifken sıcaklık artışını gözleyin.
Maliyet Özeti (Güç Mimarisi)
Bu bölümde, güç mimarisinin alt sayfalarında hesapladığımız maliyetleri tek tabloda topluyoruz.
Aşağıdaki maliyetler tahmini olup tedarikçi/adet/stok/kur durumuna göre değişir.
Bu tablo yalnızca güç üretimi ve güç anahtarlama bloklarını kapsar; şu kalemler dahil değildir:
- MCU’lar, GSM modül, enerji ölçüm entegresi (MAX78630) ve izolasyon data hatları
- Start/Stop röleleri ve röle sürücü katmanı
- Konnektörler, test point’ler, anten/SIM/SD gibi GSM periferi bileşenleri
Amaç: R6 güç mimarisinin BOM etkisini “blok bazında” hızlı görmek.
Blok bazında maliyet (USD)
| Blok | Sayfa | Prototip (1–10) | Pilot (100) | Seri (1k+) | Not |
|---|---|---|---|---|---|
| DC Input Protection (PPTC + ters polarite + TVS + EMI/LC) | Adaptör girişi | $0.70 | $0.45 | $0.30 | Koruma katmanı (tahmini) |
| Power‑Path + Şarj | BQ24298 | $3.10 | $2.10 | $1.65 | Şarj + VSYS yönetimi (tahmini) |
| Batarya koruma (PPTC + ters polarite) | Batarya & koruma | $0.40 | $0.25 | $0.18 | Saha servis hatalarına tolerans (tahmini) |
| 5V Boost core (VSYS→5V) | 5V Boost | $2.696 | $1.823 | $1.349 | TPS61088 + L + MLCC |
| 3V3 omurga (5V→3V3) | 3V3 LDO | $0.408 | $0.264 | $0.173 | AP2112K + CIN/COUT |
| 3V8 GSM besleme (5V→3V8) | 3V8 LDO | $7.318 | $5.009 | $3.907 | LT1528 + bead + MLCC |
| VFOTA güç kapısı (5V→VFOTA) | FOTA Feed | $1.164 | $0.747 | $0.551 | TPL5111 + TPS22917 + pasif |
| Enerji analizör izole besleme | Energy Analyzer Feed | $5.228 | $3.809 | $3.076 | 5V→5V_ISO→3V3_ISO |
| TOPLAM (minimum) | $21.014 | $14.452 | $11.186 | Opsiyonelsiz/temel set |
Opsiyonlar dahil “maksimum tipik” toplam
Bazı alt sayfalarda önerdiğimiz opsiyonel bulk/filtre elemanları (saha ölçümüne göre) maliyeti artırabilir:
| Opsiyon | Prototip | Pilot | Seri | Kaynak |
|---|---|---|---|---|
| 5V_Relay filtre opsiyonları (bulk/TVS vb.) | $0.864 | $0.582 | $0.412 | 5V Boost sayfası |
| 3V8 opsiyonel bulk (reset riski görülürse) | $0.45 | $0.30 | $0.22 | 3V8 sayfası |
| 3V3 omurga ek bulk (22–47µF) | $0.18 | $0.12 | $0.08 | 3V3 sayfası |
| 3V3_ISO / 5V_ISO ek bulk | $0.24 | $0.16 | $0.11 | Energy Analyzer Feed |
| Opsiyon toplamı | $1.734 | $1.162 | $0.822 |
- TOPLAM (opsiyonlar dahil):
- Prototip: $22.748
- Pilot: $15.614
- Seri: $12.008
Bu tablo, “güç mimarisi”nin maliyetini netleştirir.
Ürünün toplam BOM maliyeti için GSM/MCU/ölçüm/konnektör/röle katmanları da eklendiğinde doğal olarak daha yukarı çıkacaktır.
R6 Revizyon Notları
R6 revizyonunda güç katmanı; saha servis kolaylığı ve şebeke/adaptör kaynaklı arızaların kartı etkilememesi hedefiyle aşağıdaki kararlarla güncellenmiştir:
- Kart üzeri AC‑DC/HLK opsiyonu kaldırıldı: Güç girişi yalnız harici adaptör üzerinden kurgulanmıştır.
- DC Input Protection eklendi: Ters polarite + PPTC (polyfuse) + TVS + EMI/LC filtre katmanı ile giriş dayanımı artırıldı.
- Batarya girişine PPTC eklendi: Batarya kablosu/yanlış bağlantı kaynaklı arıza senaryolarında akım sınırlaması sağlandı.
- Röleler için 5V_Relay dalı ayrıldı: LC/TVS + bulk ile röle gürültüsü ana 5V rayından izole edildi.
- 3V3/3V3_ISO standardizasyonu: Ana 3V3 ve izole 3V3_ISO raylarında AP2112K‑3.3 kullanılarak BOM sadeleştirildi.
- TPS61088 ILIM/indüktör kontrolü: ILIM ayarı, indüktör satürasyon akımı ve 5V peak yük ile birlikte değerlendirilmelidir.
- Interrupt pinleri kaldırıldı: R6 revizyonunda hem fuel gauge (MAX17055) hem de şarj entegresi (BQ24298) için kullanılan interrupt/alert pinleri tasarımdan çıkarılmıştır. Pil durumu ve şarj/power-path bilgileri yazılım tarafından I2C polling ile okunacaktır.