Revizyon Bilgisi

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

FOTA Modülü Güç Kontrolü

ipucu

Bu sayfa 2026-01-11 tarihinde güncellendi (R6 format + hesaplar + maliyet analizi eklendi).

FOTA katmanı (FOTA MCU + FOTA LED’leri + FOTA burn buffer), ana sistemden bağımsız olarak açılıp kapanabilen ayrı bir güç domaini olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu domainin besleme hattı VFOTA olarak adlandırılır ve 3V3 omurgasından türetilir.

Bu sayfadaki amaç; VFOTA’nın nasıl açılıp kapandığını, kullanılan bileşenlerin neden seçildiğini ve sahada güvenilir çalışması için kritik mühendislik noktalarını netleştirmektir.

Topoloji

VFOTA güç kontrolü iki bloktan oluşur:

• U21 (latched trigger / timer): MCU’dan gelen tetik ile VFOTA’yı açtırır, FOTA MCU’dan gelen DONE darbesi ile kapatır.
• U22 (load switch): 3V3’ü VFOTA hattına taşır. Açma-kapama davranışı, kontrollü açılış (slew rate / soft-start) ve hızlı boşaltma (quick output discharge) gibi güç kalitesi konularını yönetir.

Bu yaklaşımın ana kazancı: Ana sistem 7/24 açık kalırken, FOTA katmanı yalnız gerektiğinde açılır ve iş bitince donanım seviyesinde kapanır.

Kullanılan bileşenler ve seçim gerekçeleri

Blok	Ref	Bileşen	Neden bu bileşen?
Latched trigger	U21	TPL5111DDCR	Ultra düşük bekleme tüketimi (nA seviyesinde), DONE darbesi ile donanım tabanlı kapanış, M_DRV ile manuel/harici tetik desteği.
Yük anahtarı	U22	TPS22917DBVR	1–5.5V aralığı, 2A sınıfı, düşük $R_{DS(on)}$, CT ile ayarlanabilir slew rate, QOD ile kontrollü deşarj, reverse-current blocking.

not

Bu topoloji “MCU bir pin kaldırdı → güç açıldı, başka bir pin kaldırdı → güç kapandı” gibi basit bir yaklaşım değildir. Kapanış mekanizmasının DONE darbesi ile donanımda tanımlı olması, firmware kaynaklı “unutma” veya kilitlenme senaryolarında riski azaltır.

Sinyaller ve varsayılan durum

• FOTA_POWER_EN : Ana MCU’nun tetik sinyalidir.
• FOTA_POWER_DRVN : U21’in ürettiği sürücü çıkışıdır; U22’nin ON pinini sürer.
• FOTA_POWER_DONE : FOTA MCU’nun ürettiği DONE darbesidir.

Varsayılan durumda (reset / güç verildiği an):

• FOTA_POWER_EN = LOW
• FOTA_POWER_DRVN = LOW → U22 kapalı
• VFOTA kapalıdır ve QOD konfigürasyonuna göre VFOTA hattı kontrollü şekilde boşaltılır.

Çalışma mantığı

Kritik zamanlama gereksinimleri

Bu blokta iki zamanlama kritik:

1. DONE darbesi (FOTA MCU → TPL5111)
2. Manuel tetik darbesi (harici/debug tetik → DELAY/M_DRV)

DONE darbesi (FOTA_POWER_DONE)

TPL5111, DONE pininde LOW→HIGH geçişini “geçerli tamamlandı” olarak algılar. Datasheet’e göre minimum DONE darbe genişliği:

$t_{DONE} \ge 100\,\mathrm{ns}$

Pratikte firmware tarafında bunu “tam sınırda” üretmek yerine, gürültü/kenar yumuşatma ihtimallerini de düşünerek:

• 1–5 ms aralığında bir DONE pulse üretmek güvenli bir mühendislik tercihidir.

Not: TPL5111 aynı interval içinde birden fazla DONE görürse yalnız ilkini işler.

Manuel tetik (DELAY/M_DRV)

DELAY/M_DRV pinine uygulanan “manuel power-on” darbesinin datasheet’te tanımlı gözlem penceresini aşması gerekir. Pratik kural:

$t_{M\_DRV} \ge 20\,\mathrm{ms}$

Bu yüzden harici debug/elektrikçi aparatı ile tetik verilecekse, tetik darbesi en az 20ms olacak şekilde tasarlanmalıdır.

Fail-safe kapanış (DONE gelmezse)

FOTA MCU kilitlenip DONE üretmezse, TPL5111 programlanan aralık sonunda DRVn’i de-assert eder ve VFOTA kapanır. Bu fail-safe davranışın garantili olabilmesi için REXT datasheet aralığında seçilmelidir.

TPS22917 Güç kalitesi

Inrush akımı

VFOTA açıldığında en büyük risk, VFOTA hattındaki toplam kapasitansın bir anda şarj olması nedeniyle oluşan inrush akımıdır. Basit model:

$I_{inrush} \approx C_L \cdot \frac{dV}{dt}$

Burada $C_L$ VFOTA hattındaki toplam efektif kapasitans (kondansatörler + modül giriş kapasiteleri), $dV/dt$ ise U22’nin çıkış ramp hızıdır.

TPS22917’de ramp hızı CT pini ile yavaşlatılabilir. Böylece:

• 3V3 hattında çökme (dip) riski azalır,
• reset / brown-out ihtimali düşer,
• EMI ve kablo/hat rezonansları daha az tetiklenir.

Soft start

TPS22917’de CT pini, VOUT yükseliş eğimini kontrol ederek inrush akımını yönetmemize izin verir.

Inrush basit yaklaşım:

$I_{inrush} \approx C_L \cdot \frac{dV}{dt}$

Burada $C_L$ VFOTA üzerindeki toplam efektif kapasitans, $dV/dt$ ise VOUT ramp hızıdır.

Hedefleme yöntemi (R6)

1. VFOTA hattının efektif kapasitansını belirle:

$C_L \approx C_{bulk} + C_{bypass} + C_{load}$

2. 3V3 omurgayı çökertmeyecek bir inrush limiti seç:

$I_{inrush,\max}$

3. Buna göre hedef ramp hızını bul:

$\left(\frac{dV}{dt}\right)_{hedef} \approx \frac{I_{inrush,\max}}{C_L}$

4. CT’yi TPS22917 datasheet yaklaşımıyla seç:

$C_T \approx \frac{SR_{ON}}{(dV/dt)_{hedef}}$

TPS22917 için uygulama notlarında verilen örnekten hareketle $SR_{ON}\approx 1900\,(\mathrm{mV/\mu s})\cdot\mathrm{pF}$ alınabilir.

Örnek hesap (pratik ve hızlı)

• Eğer $C_L\approx 47\,\mu\mathrm{F}$ ve $I_{inrush,\max}=150\,\mathrm{mA}$ hedeflenirse:

$\left(\frac{dV}{dt}\right)_{hedef} \approx \frac{0.15}{47\times 10^{-6}} = 3.19\,\mathrm{mV/\mu s}$

$C_T \approx \frac{1900}{3.19} \approx 596\,\mathrm{pF}$

Bu durumda E12 seçim:

• 680 pF (C0G/NP0 tercih) iyi bir başlangıçtır.

• Eğer $C_L\approx 22\,\mu\mathrm{F}$ ise aynı limitte:

$\left(\frac{dV}{dt}\right)_{hedef} \approx 6.82\,\mathrm{mV/\mu s} \Rightarrow C_T\approx 279\,\mathrm{pF}$

Bu durumda:

• 330 pF – 470 pF iyi bir başlangıçtır.

ipucu

CT’nin tek “doğru” değeri yoktur.

R6 doğrulama akışı:

• VFOTA açılışında 3V3 dip var mı?
• VFOTA ramp eğrisi beklenenden hızlı mı?

Sorun görülürse CT artırılarak ramp yavaşlatılır (inrush düşer).

QOD ile kontrollü kapanış

TPS22917’nin QOD fonksiyonu, kapanışta VFOTA hattını “floating” bırakmak yerine kontrollü şekilde boşaltmak için kullanılır.

Datasheet’e göre QOD yolu için iç deşarj direnci mevcuttur ve dışarıdan ek direnç ile düşüş süresi ayarlanabilir. Pratik model:

• QOD doğrudan VOUT’a bağlıysa: $R_{DIS}\approx R_{QOD,int}$ (hızlı deşarj)
• QOD–VOUT arasına direnç eklenirse: $R_{DIS}=R_{QOD,int}+R_{QOD}$ (daha yavaş)

Yaklaşık düşüş süresi:

$t_{FALL} \approx 2.2 \cdot (R_{DIS} \parallel R_L) \cdot C_L$

Örnek (hızlı kapanış)

• Varsayım: $C_L=22\,\mu\mathrm{F}$
• İç deşarj: $R_{QOD,int}\approx 150\,\Omega$ mertebesi

$t_{FALL} \approx 2.2\cdot 150\,\Omega\cdot 22\,\mu\mathrm{F} \approx 7.3\,\mathrm{ms}$

Bu yaklaşımın faydası: VFOTA kapanınca hat kısa sürede 0V’a yaklaşır ve “yarım besleme / brown bölgesi” senaryoları azalır.

not

Eğer VFOTA hattı çok büyük kapasitans taşıyorsa veya kapanış sırasının kontrollü uzatılması gerekiyorsa QOD–VOUT arasına harici direnç eklenerek düşüş uzatılabilir.

Güç kaybı ve termal değerlendirme

TPS22917 bir LDO gibi “(Vin–Vout)×I” kaybı oluşturmaz; kayıp büyük ölçüde iletim direncine bağlıdır:

$P_{loss} \approx I^2 \cdot R_{DS(on)}$

Örnek (temsilî):

$I = 200\,mA$

$R_{DS(on)} = 80\,m\Omega$

$P_{loss} \approx (0.2)^2 \cdot 0.08 = 0.0032\,W$

Bu değer çok düşüktür; dolayısıyla bu blokta ana risk ısınma değil, inrush ve güç bütünlüğüdür.

PCB yerleşim

• U22’nin VIN/VOUT/GND döngüsü mümkün olduğunca kısa ve geniş olmalı.
• U22 girişine yakın bir CIN (en az 1µF + 100nF) mutlaka yerleştirilmeli; 3V3 kaynağı “yavaş” ise ek bulk gerekebilir.
• CT kondansatörü kullanılacaksa U22’ye çok yakın konumlandırılmalı.
• QOD hattı, VOUT’a giden deşarj yoludur; gereksiz uzun hatlardan kaçın.
• FOTA_POWER_EN ve FOTA_POWER_DONE hatları dijital sinyaldir; ancak VFOTA anahtarlama anlarında gürültü kapabilir. Bu hatların GND referansı temiz olmalı, gerekiyorsa seri küçük direnç (22–100Ω) ile kenar yumuşatılabilir.

Doğrulama / test

1. VFOTA kapalıyken: VFOTA hattının kapanıştan sonra makul sürede 0V’a yaklaştığı doğrulanır (QOD davranışı).
2. VFOTA açılışında: 3V3 hattında çökme/dip var mı osiloskopla gözlenir.
3. DONE senaryosu: FOTA MCU DONE pulse ürettiğinde VFOTA’nın deterministik kapandığı doğrulanır.
4. DONE yok senaryosu (fail-safe): FOTA MCU bilinçli olarak DONE üretmeyecek şekilde test edilip VFOTA’nın maksimum açık kalma süresi ölçülür (REXT ile belirlenen süre).

uyarı

Bu fail-safe davranışın gerçekten devreye girebilmesi için U21’in DELAY/M_DRV pinindeki REXT değeri datasheet aralığında seçilmelidir.

• REXT aralığı: $500\,\Omega \;\text{ile}\; 170\,k\Omega$ (önerilen)
• Hassasiyet: en az %1

REXT yalnız “maksimum açık kalma süresini” belirlemez; aynı zamanda start-up’ta yapılan dijital ölçümün kararlı okunması için de sınırlandırılmıştır.

ipucu

Bu güç kapısı doğru çalıştığında, FOTA katmanı kilitlenirse dahi VFOTA’nın süreli açık kalıp kapanması, batarya tüketimini sınırlayan önemli bir korumadır.

---

Komponent seçimi ve alternatifler

VFOTA güç kapısı iki kritik entegre ve birkaç pasif ile çözülür. Bu blok “az parçayla çok iş” yapar; bu yüzden seçim kriteri yalnız fiyat değil, fail-safe davranış ve güç bütünlüğüdür.

Blok	Ref	Seçilen (R6)	Alternatifler	Seçim notu
Nano timer / güç kapılama	U21	TPL5111DDCR	TPL5110 (benzer aile), TPL5010 (watchdog’lu), MCU ile soft-timer	TPL5111: DONE ile deterministik kapanış + çok düşük bekleme
Load switch	U22	TPS22917DBVR	TPS22910A/TPS22918 sınıfı load switch’ler, muadil vendor load switch	CT ile ramp kontrol + QOD ile kapanış + RCB
CT (soft-start)	C_T	680 pF C0G/NP0	470 pF / 1 nF (C0G)	CL ve inrush hedefiyle ayarlanır
QOD direnç	R_QOD	DNP (varsayılan)	330Ω–2.2kΩ	Kapanış süresi istenirse uzatılır
EN/DONE hat seri R	R_SIG	22–100Ω (ops.)	0Ω / 47Ω	Kenar yumuşatma / EMI

---

Tahmini maliyet analizi (VFOTA güç kapısı)

Aşağıdaki maliyetler tahmini olup tedarikçi/adet/stok/kur durumuna göre değişir. Bu tablo yalnızca VFOTA güç kapısı (U21+U22+pasifler) içindir; FOTA MCU, LED’ler ve burn buffer bu sayfaya dahil değildir.

Kalem	Adet	Prototip (1–10)	Pilot (100)	Seri (1k+)	Not
TPL5111DDCR	1	$0.65	$0.42	$0.32	Nano timer
TPS22917DBVR	1	$0.38	$0.25	$0.18	Load switch
CT (680 pF C0G)	1	$0.03	$0.015	$0.01	0603/0402
CIN (1–10 µF) + 100 nF	2	$0.10	$0.06	$0.04	Regülasyon/decouple
QOD ops. direnç + sinyal seri R	2	$0.004	$0.002	$0.0014	Opsiyonel
TOPLAM (VFOTA güç kapısı)		$1.164	$0.747	$0.551	Opsiyonelsiz/az opsiyonlu

ipucu

Bu blokta maliyet kırmanın “en pahalı” sonucu genelde şudur: VFOTA açılışında 3V3 dip → ana MCU reset → FOTA akışı bozulur.

Bu yüzden R6 yaklaşımı: önce güç bütünlüğünü garanti et, sonra gerekiyorsa CT/QOD ile ince ayar yap.