Revizyon Bilgisi

Bu teknik doküman B107AA R6 için hazırlanmış olup yeni yapılacak olan tasarımlara kaynak niteliğindedir.

Batarya Ölçüm (Fuel Gauge)

Batarya durumu, MAX17055 fuel gauge entegresi ile ölçülür (1S Li‑ion). Bu entegre I2C üzerinde slave olarak çalışır; I2C bus’ın master’ı ana MCU’dur.

Bu yapı iki temel ölçüm modunu destekler:

• Gerilim/SoC ölçümü: MAX17055 batarya gerilimini izler ve model tabanlı algoritmalarla doluluk (SoC) gibi değerler üretir.
• Akım ölçümü: Batarya eksi hattına seri yerleştirilen şönt direnç üzerinden CSP/CSN girişleri ile akım ölçümü yapılır.

not

SoC (yüzde) değerinin en iyi doğruluğu için en az bir kez tam şarj-deşarj çevrimi gerekir. Sahada hızlı kararlar için anlık voltaj seviyesi daha güvenilir bir göstergedir.

R6 tasarım kararları

• ALRT/interrupt kullanılmayacak: R6’da MAX17055’in ALRT pini MCU’ya bağlı değildir. R5’te pratikte çok az kullanıldığı için karmaşıklık azaltılmıştır.
• Polling okuma yaklaşımı: Ana MCU, her veri gönderimi öncesinde MAX17055 üzerinden $V_{cell}$, $I_{bat}$ ve $SoC$ değerlerini okur ve telemetri paketine ekler.
• Sıcaklık ölçümü: R6’da dış NTC zorunlu değildir. MAX17055, yapılandırma ile dahili die sıcaklığını veya harici NTC ölçümünü destekler.

bilgi

Bu sayfa ölçüm prensiplerini anlatır. Sahadaki karar mekanizmaları için “Batarya ve Koruma Devresi” sayfasındaki güç yolu topolojisi ile birlikte değerlendirilmelidir.

ipucu

I2C adresi: 0x36

MAX17055 neleri ölçer ve bize ne kazandırır?

MAX17055; batarya durumunu tahmin edebilmek için gerilim, akım ve sıcaklık bilgilerini kullanır ve bunlardan türetilen fuel-gauge çıktıları üretir.

PowerStat tarafında pratikte en değerli metrikler:

• Batarya gerilimi ($V_{cell}$): Anlık saha teşhisi için en güvenilir gösterge.
• Batarya akımı ($I_{bat}$): Adaptör kesildiğinde sistemin ne kadar akım çektiğini ve TX burst etkisini görmek için.
• Doluluk oranı ($SoC$): Uzun vadeli trend takibi için.

Ek olarak MAX17055; ortalama/min-max değerler gibi kayıtlar tutabildiği için, istenirse firmware tarafında “son X dakika ortalaması” gibi daha stabil metrikler de üretilebilir.

bilgi

Anlık akım okumaları sadece veri gönderim öncesi değerleri teşkil edeceği için, akım okumalarında ortalama akım okumaları ileri analizler için daha doğru bir veri seti olacaktır.

Firmware akışı

1. Veri paketi oluşturma öncesi I2C üzerinden MAX17055 register’ları okunur.

2. Aşağıdaki alanlar telemetri payload’ına eklenir (değişebilir):

   • $V_{cell}$ (mV)
   • $I_{bat}$ (mA)
   • $SoC$ (%)

3. Ölçüm değerleri aynı payload içinde GSM/LoRa/REST kanalından sunucuya iletilir.

ipucu

$SoC$ yerine ya da yanında $V_{cell}$ gönderilmesi, adaptör arızası / enerji kesintisi gibi senaryolarda kural motoru için daha sağlam bir sinyal oluşturur.

---

Pin bağlantıları ve pasifler

Aşağıdaki tablo MAX17055’in temel pinlerinin R6 kullanım amacına göre nasıl bağlandığını özetler.

Pin	İşlev	R6 bağlantı prensibi
SCL / SDA	I2C haberleşme	Ana MCU I2C bus’ına bağlanır. SDA open-drain olduğundan bus’ta pull-up gerekir.
BATT	Batarya gerilim sense + besleme	Batarya pozitif terminaline bağlanır. BATT–CSP arasına yakın konumlu by-pass kapasitörü konur.
CSP / CSN	Şönt üzerinden akım ölçümü	Şöntün iki ucuna Kelvin bağlantı yapılır. CSP batarya tarafı, CSN yük tarafıdır.
REG	Dahili 1.8V reg çıkışı	REG–CSP arasına by-pass kapasitörü konur (yalnız decouple amaçlı).
ALRT	Alert (open-drain)	R6’da kullanılmaz (MCU’ya bağlı değil).
THRM / AIN	Harici NTC ölçümü / yardımcı analog	R6’da NTC zorunlu değil. Harici NTC kullanılmayacaksa firmware tarafında die sıcaklığı seçilir. AIN kullanılmıyorsa CSP’ye bağlanır.

Decoupling

MAX17055’in analog ölçüm doğruluğu için by-pass kapasitörlerinin yeri ve döngü alanı kritiktir:

• REG–CSP: $0.47\,\mu\mathrm{F}$ (REG pin bypass)
• BATT–CSP: $0.1\,\mu\mathrm{F}$ (BATT pin bypass)

not

CSP aynı zamanda entegre için “analog referans/şase” gibi davranır. Bu nedenle by-pass kapasitörlerinin dönüşü mümkün olduğunca CSP’ye direkt ve kısa döngü ile bağlanmalıdır.

---

Ölçüm mühendisliği

Akım ölçümü dinamiği ve ölçüm aralığı

MAX17055, şönt üzerindeki diferansiyel gerilimi ölçer ve bunu akıma çevirir.

• Şönt ölçüm aralığı: $\pm 51.2\,\mathrm{mV}$
• Akım dönüşümü:

$I_{bat}=\frac{V_{CSP}-V_{CSN}}{R_{shunt}}$

$R_{shunt}=10\,\mathrm{m\Omega}$ seçildiğinde:

• Tam skala akım aralığı:

$I_{FS}=\frac{51.2\,\mathrm{mV}}{10\,\mathrm{m\Omega}}=5.12\,\mathrm{A}$

Bu değer, GSM TX burst sırasında görülebilecek tepe akımlar için “ölçüm taşması” riskini azaltır.

Şönt direnci hesapları

Şönt direnci, batarya akımını ölçebilmek için batarya eksi hattına seri konumlanır.

Şönt üzerindeki gerilim düşümü:

$V_{shunt}=I\cdot R_{shunt}$

Şöntün harcadığı güç:

$P_{shunt}=I^2\cdot R_{shunt}$

$R_{shunt}=0.01\,\Omega$ için örnek tablo:

Batarya akımı (A)	$V_{shunt}$ (mV)	$P_{shunt}$ (W)
0.5	5	0.0025
1.0	10	0.0100
2.0	20	0.0400
3.0	30	0.0900
4.0	40	0.1600
5.0	50	0.2500

Isıl seçim kuralı:

$P_{nom} \ge 2\times P_{shunt}(I_{max})$

Ölçüm doğruluğunu etkileyen parametreler

• Şönt toleransı (%): Akım ölçümü doğrudan ölçeklenir.
• TCR (ppm/°C): Şönt ısındıkça direnç değişir; akım ölçümünde drift üretir.
• Kelvin bağlantı: CSP/CSN hatları şöntün sense pad’lerinden alınmalıdır.
• Seri dirençler: PPTC, holder teması, MOSFET $R_{DS(on)}$ ve iz direnci toplamı batarya hattında ekstra düşüm yaratır; bu düşüm ölçümü bozmaz (çünkü akım şöntten okunur) ancak batarya geriliminin saha davranışını etkiler.

---

Termal değerlendirme

Şönt direnci

En kötü durum yaklaşımıyla $I_{max}=5\,\mathrm{A}$ kabul edilirse:

$P_{shunt}=5^2\cdot 0.01=0.25\,\mathrm{W}$

2512 sınıfı, yüksek güçlü bir şöntte $0.25\,\mathrm{W}$ tipik olarak düşük bir yüklenmedir. Kart üzerinde bakır alan iyi tasarlanırsa (geniş pad + termal yayılım) şöntteki sıcaklık artışı genelde yönetilebilir seviyede kalır.

Yaklaşık sıcaklık artışı için basit bir model:

$\Delta T\approx P\cdot \theta$

Burada $\theta$; PCB, bakır alan ve hava akışına göre değişen efektif termal dirençtir.

Örnek aralık:

• $\theta=40\,\mathrm{^{\circ}C/W}$ için: $\Delta T\approx 0.25\cdot 40=10\,\mathrm{^{\circ}C}$
• $\theta=80\,\mathrm{^{\circ}C/W}$ için: $\Delta T\approx 0.25\cdot 80=20\,\mathrm{^{\circ}C}$

uyarı

Enclosure içi yüksek sıcaklık + uzun süreli yüksek akım, şöntteki $\Delta T$’yi artırır. Bu nedenle şönt pad’leri ve akım taşıyan izler termal yayılım sağlayacak şekilde tasarlanmalıdır.

MAX17055 entegresi

MAX17055’in tipik çalışma akımı $\mu A$ mertebesindedir. Batarya gerilimi $3.7\,\mathrm{V}$ kabul edilirse:

$P_{IC}\approx 3.7\,\mathrm{V}\cdot 7\,\mu\mathrm{A}=25.9\,\mu\mathrm{W}$

Bu güç seviyesi termal açıdan ihmal edilebilir düzeydedir.

---

Komponent seçimi değerlendirmesi

Fuel gauge

• MAX17055, coulomb counting + gerilim tabanlı yaklaşımı birleştiren ModelGauge algoritması ile $SoC$ tahmini üretir.
• Akım ölçümü için CSP/CSN üzerinde $\pm 51.2\,\mathrm{mV}$ aralık kullanır; $R_{shunt}$ seçimi bu nedenle doğrudan tam skala aralığı belirler.

Şönt (R6)

GSM veri gönderim sırasında $I_{peak}>2\,\mathrm{A}$ şartı göz önünde bulunarak güvenlik payı ile $I_{max}=5\,\mathrm{A}$ kabul edilmiştir.

Bu koşulda $P_{shunt}=0.25\,\mathrm{W}$ olduğundan şönt en az 0.5W, tercihen daha yüksek güçlü seçilmelidir.

R6 için uygun görülen şönt:

• KOA Speer TLRH3APTTE10L0F ($10\,\mathrm{m\Omega}$, 2512, yüksek güç sınıfı)

Alternatif komponent zorunlu parametreleri:

Direnç	Güç	Tolerans	Kılıf
$0.01\,\Omega$	$\ge 0.75\,\mathrm{W}$	$\le \%1$	2512

---

Batarya ve koruma devresi ile uyum kontrolü

Fuel-gauge topolojisi, “Batarya ve Koruma Devresi” sayfasındaki kurguyla uyumludur:

• Batarya akımı şönt üzerinden geçtiği için $I_{bat}$ hem şarj hem de deşarj yönünde ölçülebilir.
• PPTC ve ters polarite MOSFET batarya hattında seri elemanlardır; bunlar batarya gerilimindeki düşüm/çökme davranışını etkileyebilir. Bu nedenle saha teşhisinde $V_{cell}$ trendi her zaman bu seri empedanslar ile birlikte yorumlanmalıdır.
• CSP/CSN Kelvin bağlantı ve kısa döngü by-pass kapasitörleri, ölçüm doğruluğu için kritik kabul edilmiştir.

---

Tahmini maliyet analizi (Batarya ölçüm alt bloğu)

Aşağıdaki maliyetler tahmini olup tedarikçi/adet/stok/kur durumuna göre değişir. Buradaki amaç; R6’da seçilen MAX17055 + şönt topolojisinin BOM etkisini görünür kılmaktır.

bilgi

Bu maliyet tablosu batarya hücresi (18650 / Li‑ion pouch) ve şarj/power‑path entegresini kapsamaz.

• Hücre maliyeti kapasite/sertifikasyon/tedarik kanalına göre çok değişir.
• Şarj/power‑path maliyeti “Şarj” sayfasında ayrıca değerlendirilir.

Varsayımlar

• Fuel gauge: MAX17055 (I2C slave)
• Şönt: $10\,m\Omega$ / 2512 / yüksek güç
• Bypass: $0.47\,\mu\mathrm{F}$ (REG–CSP) ve $0.1\,\mu\mathrm{F}$ (BATT–CSP)
• NTC: R6’da zorunlu değil (opsiyonel)

---

Komponent seçimi ve alternatifler

Fonksiyon	Ref	Seçilen (R6)	Alternatifler	Yorum
Fuel gauge (akım + SoC)	U?	MAX17055	MAX17260/61 sınıfı (akım şöntlü), TI coulomb‑counter sınıfı (daha kompleks)	Akım ölçümü gerekiyorsa “şönt girişli” model seçilmeli
Şönt direnci	Rshunt	KOA Speer TLRH3APTTE10L0F (10mΩ, 2512)	10mΩ 2512, ≥0.75W, ≤%1	TCR düşük olmalı; bakır yayılım kritik
REG bypass	Creg	0.47µF X7R (0402/0603)	0.47–1.0µF	CSP’ye kısa döngü
BATT bypass	Cbatt	0.1µF X7R (0402)	0.1–1.0µF	CSP’ye kısa döngü
Harici NTC (ops.)	NTC	DNP (R6 default)	10k NTC (B=3435)	Saha ihtiyacına göre

---

Maliyet tablosu (R6 hedef konfigürasyon)

Kalem	Adet	Prototip (1–10)	Pilot (100)	Seri (1k+)	Not
MAX17055 fuel gauge	1	$2.60	$1.85	$1.35	Tedarik/stok etkisi yüksek
Şönt 10mΩ 2512 (TLRH3A...)	1	$0.45	$0.28	$0.18	Güç/TCR sınıfına göre
$0.47\,\mu\mathrm{F}$ X7R	1	$0.010	$0.006	$0.004	0402/0603
$0.1\,\mu\mathrm{F}$ X7R	1	$0.004	$0.002	$0.0015	0402
TOPLAM (R6 hedef)		$3.064	$2.138	$1.536	Fuel gauge + şönt + bypass

Opsiyonel ekler

Opsiyon	Prototip (1–10)	Pilot (100)	Seri (1k+)	Açıklama
Harici NTC (10k) + RC ağı	$0.03	$0.02	$0.015	THRM/AIN kullanılacaksa
Test pad / TP (kelvin ölçüm için)	$0.00	$0.00	$0.00	Ek BOM yok (yalnız layout)

uyarı

Fuel gauge doğruluğunda “komponent” kadar layout belirleyicidir.

• CSP/CSN Kelvin bağlantı yapılmazsa akım ölçümü drift eder.
• Şönt pad’leri ve akım taşıyan izlerde ısıl yayılım zayıfsa $R_{shunt}$ ısınır → TCR kaynaklı ölçüm hatası büyür.