zits456shkwon 님의 블로그

일반적으로 Load Swith는 2개의 TR을 쓴다.

• Power 트랜지스터 (보통 P-채널 MOSFET)
  → 실제로 전력 라인을 연결/차단하는 스위치 역할
• 작은 제어 트랜지스터 (보통 N-채널 MOSFET이나 BJT)
  → 위의 Power 트랜지스터의 게이트 전압을 조절해서 ON/OFF 시킴

그냥 TR 하나로 쓰면 되는거아녀?

아쉽지만, 전압 레벨이 다르기 때문에 굳이 이렇게까지 해야된다.

아래 회로는 Supercap을 소스에 달아서 평소에는 PMOS가 도통되고, 전원이나, Cap에 문제가 생기면 Floating 시켜서 PMOS를 OPEN 시키는 회로다.

Q) 1.8V가 왜 저전력인지 이해가 안갑니다.

    배터리는 mAh잖아.

    3.3V를 쓰면 전류를 시간대비 조금만 먹는거 아냐? 그럼 오래 쓸 수있고 아니야?

Answer)

직관적으로 **“전압이 높으면 전류 적게 쓰니까 오래 쓰는 거 아냐?”**라고 생각할 수 있는데,

그냥 IC 자체가 절대적으로 덜 먹어서 저전력이다..

굳이 말하자면 

IC 내부에 도배하다 시피 들어가는 CMOS 의 P = V^2에 비례하기 때문이라고 한다.

결론 : 배터리를 사용하는 환경에서 1.8[V] 시스템을 선택 아닌 필수.

전력 관리 소자는 무엇이 있나? 

DCDC나 LDO가 있는데, LDO는 전압을 약간 낮출 때 쓰는데 전력 관리 입장에서는 별로인 소자고..

Buck DCDC를 이야기 하자면,

시스템 구동 전체 전력 P =  DCDC in = DCDC Out ( DCDC Out = DCDC in *  η) 

                         50mw  =  5[V] * 10[mA] = 1.8[V] * (28* η )[mA]

즉 입력단에서 10mA만 주는데, 실제로 시스템에서는 28*  η 만큼의 전류를 쓴다는 거지~

대부분 효율은 90%는 되니까 25.2mA정도 쓸수 있다. 이거야~

그니까 1.8V를 넣는 거 보다 5V를 넣어서 강압시켜 쓰는게 훨신 이득이라는 소리지~

전원 공급파워쪽이면 그냥 잘 만든 거 가져다 쓰는게 마음 편한것 같다.

시정수라는 용어가 참 안다가오는데 비유적으로 설명하자면,,

• 컵에 물을 따를 때, 컵이 채워지는 속도가 빠르냐 느리냐는 **입구 크기(R)**와 **컵의 크기(C)**에 따라 달라진다~
• 이 두 요소(R, C)가 합쳐져서 "물이 대략 이만큼 차는 데 걸리는 시간"을 결정해 주는 기준 시간이 바로 시정수

= 시스템이 목표값에 도달하는데 걸리는 시간, 느리게 ~ 아니면 빠르게~ 

근데 RC 시정수니까 저항과 커패시터는 전압과 관계가 있는 소자고, 당연히 특정 Level의 전압(목표값) 까지 걸리는 

시간을 조절하는 걸 나타낸다~

R로만은 당연히 안되고, E 저장 소자인 CAP을 어떻게 배치하느냐에 따라서 달라진다~

#시정수 ( τ = RC)

시간 τ 동안 최종값의 63% 만큼 충전된다.
시간 5τ 동안 최종값의 99.3%(약 100%) 만큼 충전된다.

뭐 식으로 해서 나온 수치인데, 그렇다고 한다.

번외로 Cap은 전자를 저장하는 소자인데, 당연히 외부에 저항이 없는 단일로 회로를 구성할 수는 없다.

저항이 없으면, Cap에 이론상으로 무한대의 전자가 가져다 박는 꼴인데..이론으로는 완충되버리는 말도

안되는 현상이 생긴다.

그래서 저항이랑 같이 연결한다.

아래 그래프 같이 전자가 쉽게 쌓이는데, 점점 반발력 때문에 전자를 모으기가 힘들다.

그래서 일반적으로 직렬 연결시, 충전간 Cap에 걸리는 저항을 보면 기울기가 점점 완만해진다.

바보같지만 R만 쓰는 시정수는 있을까..? 당연히 없다, V = IR로 선형적인 소자기 때문..

위 점 때문에 RC 시정수를 통해 반응 시간을 조절하는 시스템을 만들 수 있다.

#시정수의 사용
1) RC 적분회로(LPF)
시간지연(RC DELAY) 회로로도 사용가능.
(파형을 지연시키고 싶으면 R과 C가 커야함)

왜 적분이냐?

2) RC 미분회로
입력파형의 고주파만 출력됨.
시정수가 커질수록 파형의 꼬리가 생김.

더 잘 알려주는 사이트~

https://analog-circuit-design.tistory.com/entry/16-%EC%A0%84%EC%9E%90-%ED%9A%8C%EB%A1%9C-%EC%8B%9C%EC%A0%95%EC%88%98-time-constant%EC%97%90-%EB%8C%80%ED%95%B4-%EC%89%BD%EA%B2%8C-%EC%9D%B4%ED%95%B4%ED%95%98%EA%B8%B0

MCU 설명한 부분이 기가 멕힌다. 꼭 가서 읽어보삼

ChatGPT의 말:

TI 의 BQ24090 제품을 통해 알아보자

Ref 회로도를 보자.

일반적인 경유 USB 케이블을 통해 연결할 터, 데이터 라인 / 파워 라인 구분해서 사용한다.

기본적으로 1번 Pin을 통해서 V in  / Out을 통해서 Load로 설정한 전류를 흐르게 하는게 Charger IC

근데 위 대로 만들면 안되지 않나?

Charger IC는 설정한 값만큼의 전류 값만 전달하는데, 만약 Load 가 켜져있으면, 그만큼 전류를 먹으니까

배터리 완충에 시간이 오래걸릴 것 같다.

배터리 뒤로 P-ch Mosfet 하나 박고, 충전시에는 Load 와 배터리가 따로 전류를 먹도록 하면 좋지 않을까 싶다.

요즘 끄는 제품도 거의 없는 편이고, 어차피 충전 중에는 전류를 더 먹어도 상관 없기 때문.. 

배터리 충전은 전자를 꾹꾹 눌러담는거다~ 

충전상태 관련 핀들을 보자

데이터 시트를 보자면 -CHG 핀은 충전 중에는 Low라는 거겠다, 완충되면 High가 걸리는 모양

내부에 FET가 있다고 하는데 Open-Drain이라 회로도를 보면 풀업이 걸려있다.

평소에는 Low니까 전류가 CHG 핀쪽으로 흐르겠고, 다 되면 High가 되서 전류가 안흐르는 모양이다.

https://m.blog.naver.com/techref/222012233866

어떤 원리로 저렇게 동작하는지를 보자면..

일단 TR은 보면 이어져있는 D-MOSFET이고, N -CH을 사용하고 있다.

= Gate 전압이 Low 일 때, CHG - GND Short로 전류가 흐르고, High가 되면 Open되어 전류가 안흐르는 것이다.

완충이 되었는지 확인하는 부분은 어떤 부분일까?

PRE-TERM은 충전을 종료하는 전류를 정할 수 있다. = PRE-TERM에서 설정한 종료 전류 값이랑 충전 전류랑 비교하는 것

그러면 충전 전류의 크기를 정하고, 언제 충전이 끝날지 정해야한다.

일반적인 CC-CV 충전과는 조금 다르긴 한데.. 4단계라고 한다.

• Pre-Conditioning Phase (예비 충전 단계)
• Thermal Regulation Phase (온도 조절 단계)
• Current Regulation Phase (정전류 단계)
• Voltage Regulation & Termination Phase (정전압 + 충전 종료 단계)

중요한 건 전류고, 1,2 단계는 PASS 하고 Current regulation phase에서 정전류, 뒤에서 정전압(전류 감소) 단계로

구성된다.

ISET은 빠른 충전 전류 설정을 할 수 있다. R_ISET값으로 말이다. = Current regulation phase

(ISET2는 USB를 통해 받는 전류의 최대상한선을 조절할 수 있다.)

말했듯이 PRE-TERM 핀으로 종료 전류의 값을 설정할 수 있다.

TS는 온도 센서 NTC로 감시하는 쪽이고, -PG는 Low 일때 입력 전압이 정상이라는 감시 역할을 한다. \

NTC: https://zits456shkwon.tistory.com/10

ISET2에는  풀업 저항 걸어서 500mA 그대로 쓰거나, ISET까지만 흐르게 하거나,, 그냥 OPEN 상태로 100mA만 땡길 수 있게 한다고 한다.

ISET 전류는 RISET으로 조절!

370mAh 배터리를 사용할 떄, 0.4869C(180mA) 정전류 충전을 하고, 종료 전류를 충전전류의 10%(18mA)로 하고싶다?

 정전류 값 설정 RISET = 540AΩ / 180mA = 3 KΩ 

종료 전류 설정 R(PRETERM) =10% * 200Ω/% * = 2000 Ω = 2K Ω

딱히 더 볼거 없을 것 같다. 끗.

• TS 핀은 NTC 서미스터(Negative Temperature Coefficient Thermistor)를 이용해 배터리 온도를 감지합니다.
• 배터리 온도가 안전 범위를 벗어나면 충전을 자동으로 제한 또는 중단합니다.

🧊 기본 온도 범위

🔧 NTC 서미스터 연결법

• NTC는 TS 핀과 VSS(GND) 사이에 연결합니다.
• 온도 감지 기능이 불필요한 경우, 10k 또는 100k 고정 저항을 TS-VSS 사이에 연결해 "정상 온도"로 인식시킬 수 있음.

⚠️ 특수 동작 (TS 핀에 따른 동작)

즉 TS 핀은 **입력 핀(Input)**이다.
이 핀에 연결된 **NTC 서미스터의 저항값(=온도 변화)**를 내부에서 **비교기(Comparator)**로 감지해서 충전 제어를 한다!

배터리는 위 첨부된 것 같이, 전자를 화학적으로 방출하는 화학전지(Lithum ion) 부분이랑

화학 전지를 보호하기 위한 회로 모듈(PCM)으로 구성된다.

사실 화학 전지는 외부적으로 역전압 가해서 고 에너지를 만드는거고, 단순히 에너지가 낮아지기 위해

자연방전되는 부분이라 외부에서 적절하게 조절이 필요하다.

어차피 PCM 설계할 일은 없긴한데,, 모듈로 사니까..원리만 알아본다.

https://www.ufinekorea.com/blog/post/how-does-the-lithium-battery-protection-circuit-board-work.html

전체적으로 보면 B+, B-는 배터리와 연결되는 부분, P+, P-는 부하와 연결되는 부분이겠다.

일반적인 경우 Charger IC 와 연결되시겠다.

좀 안맞는 것 같은데 가볍게 보자면,, 전류가 흐르려면 폐회로에 부하(Load)가 들어간 꼴이여야 하니까

뭔가 문제가 생기면 OD, OC라고 생긴 놈들이 Gate 전압을 컨트롤해서 자체를 OPEN, SHORT하는 형태다.

8205는 못찾겠고,,어차피 비슷하겟거니 하고 8205 A를 살펴보자.

Dual N-ch E Type MOSFET이라는데 AND Gate 마냥 둘 다 문제가 없어야지 스위치로서 동작한단다.

참고로 Enhanced Mosfet은 평소에는 Source - Drain 사이에 Path가 없는 상태고,

N - Channal(전자)가 Path를 구성하는 TR이다. 즉 OD랑 OC가 High이면 도통된다.

OD = Over Discharge = 배터리 전압이 너무 낮아지면 Li-on Cell 손상(배터리 손상 방지)

OC = Over Current = 너무 큰 전류는 발화 위험도 있고, Load의 제품도 망가질 수도 있겠다.

당연히 어느정도 수준까지 허용하는지도 데이터 시트에서 찾을 수 있다.

내부적으로 비교기도 있고 하다고 되어있는데,,비교한다는거 외에는 잘 몰라서..패스하고

과충전, 과방전은 Max 4.3 / 2.3 정도, 과전류도 뭐 시트 안에 Ref가 있을 것 같은데 못찾겠다.

Named 된 것 처럼 구조적 차이가 있다.

BJT는 Junction = 접합 / MOSFET 는 FE = Field Effect 를 사용한다.

MOSFET은 Gate와 Source 사이에 저항이 엄청 크다.

Gate_Source간 전압이 걸리면 전계 효과에 의해 Path가 생기는 형태로 그냥 그 길을 전자들이 이동하는 형태다.

예로 NPN BJT는 Gate 전압이 전압이 유지되는 동안, P 반도체의 전자가 Gate쪽으로 끌려오게 되는데

실제로 Emitter → Collector로 전류가 흐르기 위해서는 VBE > 0.7[V]이상이 필요하다.

VBE > 0.7[V] 조건은 기본적인 Path를 만들기 위함으로, 만약 Base - Emitter 간 전자의 흐름이 없으면

C-E 간 전류는 안흐를 것..근데 이런 경우는 가정하지 않는다.

이부분은 사실 ST-LINK부분입니다.

코딩 부분이랑 이제 상관없긴한데 회로도 분석이니 끝까지 가보기로 합시다.

ST-LINK 에도 동일한 MCU를 사용하고 있네요.

하단을 먼저 보겠습니다.

CN1의 507BMR-05-SM을 검색하면 USB - B type입니다. USB에 끼우면 당연히 U5V = 5V가 Vin되겠죠?

오른쪽의 PWR_U1은 3V3 고정형 LDO네요~. 그러면 USB만 끼워지면 3V3 ST_LINK는 3.3V가 항상 나오게 되겠네요.

C1,C4,C7,C11을 병렬로 그라운드랑 연결해서, AC 노이즈는 그라운드로 빼주고 있네요.

USB ST-LINK라고 써있는 왼쪽 하단만 살펴보면..

USB 커넥터를 통해 5V가 인가되고 D-,D+ 은 데이터 통신 라인되시겠다.

ID라고 써있는 핀은 OTG핀인데 풀다운 되어있으면 미사용이라고 한다.

USB 인식 관련: https://m.blog.naver.com/lecroykorea/223162287116

D+에 R16(1K5) 풀업저항이 달려있으니 High Speed를 사용한다

TR 옆에 달린 저항을 보자면..U5V가 5V인 경우, R12 때문에 항상 풀업 전압이 걸릴거고, U5V가 Floating 일 때 R10 때문에

TR은 OFF 상태일거다. 당연히 U5V가 5V 일 때, GPIO LOW가 되면, 전류가 Base로 안가서 TR은 꺼질거다.~

즉 MCU가 USB RENUMn = USB Re-enumeration if nagative 임으로 Low 일 때 SW적으로 USB를 재인식하는 기능을 한다.

https://blog.naver.com/ansdbtls4067/221348896393

BJT도 다시 공부해야할 판이다.

상단 왼쪽 ST LINK용 MCU는 딱히 볼거는 없을 것 같고,, 오른쪽은 외부 CN4 커넥터를 통해 

ST Link 만 사용가능한가보다.

따로 쓸일은 없을 것 같다. 

마지막 장은 외부 커넥터인데 위 그림같이 커넥터들이다..