B107AA-R6 BQ24298
Bu teknik doküman B107AA R6 için hazırlanmış olup yeni yapılacak olan tasarımlara kaynak niteliğindedir.
Batarya Şarj Yöneticisi (BQ24298)
I2C adresi: 0x6B
B107AA R6’da tek hücre LiPo/Li‑ion bataryanın şarj yönetimi ve adaptör varken sistemin kesintisiz çalışması, TI BQ24298 entegresi etrafında kurgulanmıştır. Bu entegre yalnız “şarj eden” bir blok değil; aynı zamanda power‑path mimarisiyle adaptör takılıyken sistemi besler, bataryayı kontrollü biçimde şarj eder; adaptör yokken ise sistemin bataryadan beslenmesini sağlar.
Bu katmanın sahadaki asıl amacı:
- Batarya şarjını güvenli ve kontrollü yürütmek,
- Adaptör varken sistemin beslemesini kesintisiz tutmak,
- GSM gibi tepe akımlı yüklerde “adaptör + batarya” davranışını yönetilebilir hale getirmektir.
Güç Akışı
Bu blokta üç ana hat vardır:
- VDC (VBUS): Adaptör girişi (tipik 5V)
- BAT+: Batarya hattı
- VCC (SYS): Sistem beslemesi (adaptör varken power‑path üzerinden, adaptör yokken bataryadan)
Şematik notu: SYS hattı bu tasarımda 3V–4V2 aralığında çalışır (batarya seviyesine bağlı) ve kartın “üst beslemesi” olarak kullanılır.
Donanım Uygulaması (R5 → R6)
R6 tarafında topoloji korunur; bileşen değerleri R5 şematiğiyle uyumlu şekilde devam eder.
Pin / Net Özeti
| Pin | Net / Bağlantı | Kritik not |
|---|---|---|
| VBUS (1,24) | VDC | Giriş kapasitörleri yakın olmalı |
| BAT (13,14) | BAT+ | Batarya yakın decoupling + kısa hat |
| SYS (15,16) | VCC (3V–4V2) | Sistem hattı |
| SW (19,20) | Charger_SW | Anahtarlama düğümü; kısa/kompakt yerleşim |
| BTST (21) | Charger_BTST | SW’ye bootstrap kapasitörü |
| PMID (23) | Charger_PMID | PMID bypass zorunlu |
| REGN (22) | Charger_REGN | REGN bypass + TS bölücü beslemesi |
| SCL/SDA | I2C_SCL / I2C_SDA | 3V3 seviye, pull‑up bus genelinde |
| INT | NC (kullanılmıyor) | R6: INT hattı kaldırıldı → olaylar I2C polling + PG/STAT ile izlenir |
| PG / STAT | Charger_PG / Charger_Stat | Open‑drain durum pinleri; LED sürmek için ideal |
| CE / PSEL / OTG | Charger_CE / Charger_PSEL / Charger_OTG | MCU kontrol + default pull‑down/pull‑up stratejisi |
| TS | Charger_TS | NTC yoksa bölücü ile “valid TS window” sağlanır |
| ILIM | Charger_ILIM | Giriş akım limiti dirençle belirlenir |
R6 Revizyon Notu: INT Kaldırıldı
R5 tasarımında BQ24298’in INT pini MCU’ya bağlanarak olay bazlı yönetim mümkündü. R6’da bu hat komple kaldırılmıştır.
R6 yaklaşımı:
- Şarj/adapter durumu PG/STAT pinlerinden okunur (donanım LED’leri varsa sahada görsel teşhis sağlar).
- Detaylı durum ve hata bayrakları için MCU, BQ24298 register’larını periyodik polling ile okur.
Bu kararın gerekçesi; INT hattının sahada ek kablolama/EMI karmaşıklığı yaratması ve şarj yönetiminin bu ürün için “kritik olay yakalama” yerine zaten telemetri/polling akışıyla yönetilmesidir.
Giriş Kapasitörleri (VBUS)
VDC hattında “adaptör + kablo” kaynaklı transientler, GSM yük basamakları ve anahtarlamalı şarj regülatörünün ihtiyacı nedeniyle girişte yeterli kapasitans gerekir.
R5 şemasındaki yapı:
- C32: 100µF, 6.3V, 1206 (bulk)
- C33: 10µF, 6.3V, 0603
- C34: 1µF, 25V, 0603
Pratik yorum:
- 100µF bulk; kablo/adapter dalgalanmasını ve kısa süreli yük artışlarını yutar.
- 10µF + 1µF; yüksek frekans bileşenlerde giriş empedansını düşürür.
Anahtarlamalı Güç Katı (SW → SYS)
BQ24298 anahtarlamalı bir şarj/power‑path entegresi olduğu için SW düğümünde bir bobin ve çıkış kapasitörleri ile SYS hattı oluşturulur.
R5 şemasındaki seçim:
- L1: 2.2µH, 6A (SRP4020TA‑2R2M)
- C9/C10: 10µF + 10µF, 6.3V (SYS hattı)
- C8: 47nF (BTST ↔ SW bootstrap)
Bobin Seçimi İçin Hızlı Kontrol
Bobin seçimi için iki kritik parametre:
- Isat (saturation current): tepe akımı taşıyabilmeli (GSM burst + şarj akımı + power‑path geçişleri).
- DCR: düşük olmalı (verim + ısınma).
R5’te 6A sınıfı bobin seçimi, “maksimum akım 3A” hedefi ile güvenlik payı sağlar.
Not: Anahtarlama frekansı datasheet’te tanımlıdır. Bu sayfada ripple hesabı “tasarım kontrol” amaçlıdır; kesin değerlendirme için datasheet fSW ile doğrulanmalıdır.
TS (Batarya Sıcaklık Girişi)
Sahada batarya NTC’si kullanılmayacaksa TS pininin “geçerli sıcaklık penceresinde” tutulması gerekir; aksi halde entegre şarjı kesebilir.
R5 şemasındaki yaklaşım:
- R7: 5.49k (REGN → TS)
- R11: 10k (TS → GND)
- C14: 4.7µF (REGN bypass)
Bu durumda TS gerilimi yaklaşık:
Bu oran, çoğu charger ailesinde “NTC normal” penceresi içinde kalacak şekilde seçilir. R6’da da NTC kullanılmayacaksa bu bölücü yaklaşımı korunabilir.
ILIM (Giriş Akım Limiti)
ILIM pini, adaptörden çekilecek maksimum akımı sınırlar. Bu, adaptör kapasitesini aşmamak ve kablo/konnektör ısınmasını kontrol etmek için kritiktir.
R5 şemasında:
- R10: 316Ω (ILIM → GND)
Şematikte hedef maksimum akım 3A olarak not edilmiş. Bu nedenle R10 değeri, datasheet’te verilen ILIM denklemi ile 3A civarı giriş limiti hedefleyecek şekilde seçilmiş olmalıdır.
Not: ILIM’in katsayısı (K\) datasheet’e bağlıdır. R6’da kesin limit hedefi (örn. 2A mı 3A mı?) netleştirildikten sonra datasheet formülü ile R10 yeniden doğrulanmalıdır.
Durum LED’leri (PG / STAT)
BQ24298’in PG ve STAT pinleri open‑drain durum çıkışlarıdır. R5 şemasında iki adet durum LED’i ile sahada hızlı teşhis amaçlanmıştır:
- D1 (Red) + R3=330Ω: STAT
- D2 (Green) + R4=330Ω: PG
Bu yaklaşımın artısı; sahada “adaptör var mı / şarj oluyor mu” sorusuna osiloskop olmadan cevap verebilmesidir. Eksisi; çok küçük de olsa sürekli LED akımı tüketimidir. (R6 hedeflerine göre LED’ler opsiyonel bırakılabilir.)
I2C Hattı ve EMI Önlemleri
Şarj entegresi I2C ile konfigüre edildiği için bus stabilitesi önemlidir. R5’te I2C için:
- Pull‑up: R5=10k, R6=10k (3V3’e)
- EMI kapasitörleri: C11=33pF, C12=33pF (SCL/SDA → GND)
Bu RC, yüksek frekanslı parazitleri bastırır; I2C hızını agresif yükseltmek istenirse (400kHz) bus toplam kapasitansı ile birlikte tekrar kontrol edilmelidir.
Komponent Seçimi
Seçilen Komponentler (R5 ile uyumlu)
- U3: BQ24298 (WQFN‑24)
- L1: 2.2µH, ≥6A (SRP4020TA‑2R2M)
- C32: 100µF, 6.3V, 1206 (VBUS bulk)
- C33: 10µF, 6.3V, 0603 (VBUS)
- C34: 1µF, 25V, 0603 (VBUS)
- C9/C10: 10µF, 6.3V, 0603 (SYS)
- C8: 47nF, 6.3V, 0402 (BTST)
- C13: 22µF, 6.3V, 0603 (PMID)
- C14: 4.7µF, 6.3V, 0402 (REGN)
- R10: 316Ω, 1%, 0402 (ILIM)
- R7/R11: 5.49k / 10k, 1%, 0402 (TS bölücü – NTC yoksa)
- LED’ler: D1/D2 + R3/R4=330Ω (opsiyonel saha teşhisi)
Alternatifler
| Alternatif | Artı | Eksi | Prototip (1–10) | Pilot (100) | Seri (1k+) |
|---|---|---|---|---|---|
| TI BQ25895 | Daha modern, yaygın, güçlü power‑path | Entegrasyon/komut seti değişir | $2.80 | $2.10 | $1.60 |
| TI BQ24075 (linear) | Çok basit, EMI düşük | Verim düşük, ısınma yüksek (switching değil) | $1.50 | $1.10 | $0.85 |
| Microchip MCP73871 | Power‑path + basit tasarım | Akım/özellik seti sınırlı olabilir | $1.90 | $1.40 | $1.05 |
| BQ24295 sınıfı | Yakın aile, benzer yaklaşım | Varyant/tedarik farkları | $2.10 | $1.60 | $1.25 |
Not: Bu fiyatlar tahmini aralıklardır ve paket tipi, tedarikçi, stok ve adetlere göre değişir.
Tahmini Maliyet
Aşağıdaki maliyetler tahmini olup tedarikçi, stok ve adetlere göre değişebilir.
| Kalem | Adet | Seçilen | Prototip (1–10) | Pilot (100) | Seri (1k+) |
|---|---|---|---|---|---|
| Şarj entegresi | 1 | BQ24298 | $2.50 | $1.90 | $1.45 |
| Bobin | 1 | 2.2µH / 6A | $0.40 | $0.28 | $0.20 |
| VBUS bulk | 1 | 100µF 1206 | $0.15 | $0.10 | $0.07 |
| VBUS kapasitör | 2 | 10µF + 1µF | $0.03 | $0.02 | $0.015 |
| SYS kapasitör | 2 | 10µF + 10µF | $0.04 | $0.03 | $0.02 |
| PMID/REGN kapasitör | 2 | 22µF + 4.7µF | $0.05 | $0.035 | $0.025 |
| BTST kapasitör | 1 | 47nF 0402 | $0.005 | $0.003 | $0.002 |
| ILIM + TS dirençleri | 3 | 316Ω + 5.49k + 10k | $0.01 | $0.006 | $0.004 |
| LED + seri R (ops.) | 4 | 2x LED + 2x 330Ω | $0.06 | $0.04 | $0.03 |
| Toplam (LED dahil) | $3.245 | $2.416 | $1.818 |
Bu sayfanın maliyetini esasen şarj entegresi + bobin belirler. Tasarım başarısı ise çoğu zaman layout (SW döngüsü), ILIM hedefi ve firmware’de “adaptör/şarj akımını sahaya göre yönetme” kararı ile belirlenir.