PCB Power Management

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La arquitectura queda validada con BQ24075RGTT, MAX17048G+T10, STM6600CS25DM6F, TPS63070RNMR para 3,3 V y TPS61236PRWLR para 5 V. También seleccioné el conector USB4215-03-A, el termistor TX08F103F3435ER y protección de celda basada en BQ29700DSER.
Corrección importante: 604 Ω es correcto para ISET ≈ 1,47 A, pero 1,05 kΩ no es válido para ILIM porque el mínimo recomendado es 1,10 kΩ; usaré 1,10 kΩ, que programa aproximadamente 1,46 A con el factor típico actual. Además, el NTC directo produce aproximadamente una ventana de 0–50 °C, por lo que hará falta un corte adicional si 45 °C es obligatorio.
Pendiente
  • Cerrar el circuito exacto de corte térmico a 45 °C y comprobar disipación del cargador.
  • Documentar la BOM completa y construir/verificar el esquemático.
  • No pude continuar porque ya no hay ACUs disponibles.

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Aceptado. Verificaré las relaciones TS exactas del BQ24075 para calcular la red 0–45 °C y sustituiré el elevador de 5 V por una opción de bajo consumo evaluada también por su impacto EMI sobre GNSS L1/L5.

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Acepto el cambio del riel de 5 V a TPS61099DRVR, con 2,2 µH, 10 µF de entrada y ≥20 µF efectivos de salida. Tiene ~1 µA de reposo y soporta el margen requerido, aunque su control histérico/burst implica frecuencia variable; habrá que contener EMI mediante colocación y filtrado.
Corrección importante: la red TS pasiva del BQ24075 no puede estrechar la ventana nominal de 0–50 °C a 0–45 °C; TI indica que Rs/Rp solo permite ampliarla. Al resolver 0 °C/45 °C con 75 µA, 2,1 V y 0,3 V se obtiene Rs negativa (~−0,85 kΩ), físicamente imposible. Para garantizar 45 °C necesitaremos un comparador/interruptor térmico adicional, otro cargador con umbrales configurables, o aceptar el corte nominal cercano a 50 °C.
Comparador térmico externo
Evaluar otro cargador
EMI del elevador 5 V
Documentar decisiones térmicas
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Project Specification
Project Overview
Estado: Aprobado para esquemático. Módulo independiente de energía para una PCB matriz con ESP32-S3, alimentado por una celda Li-ion 21700 reemplazable o USB-C.
Intended Use
Equipo instalado en cabina de aeronave, incluso sobre tablero expuesto al sol. Debe operar conectado a alimentación externa mientras carga y tolerar vibración y servicio de campo.
What the Device Should Do
  • Cargar una celda 21700 desde USB-C de 5 V.
  • Mantener la carga del sistema prioritaria mediante power-path/DPPM.
  • Entregar 3,3 V/2 A y 5 V/0,5 A.
  • Medir SOC por I2C y generar alerta.
  • Encender con pulsador, permitir apagado ordenado y corte forzoso por pulsación larga.
  • Proteger la celda contra sobredescarga, sobrecorriente y cortocircuito.
Main Features
  • USB-C sink con Rd de 5,1 kΩ en CC1 y CC2.
  • Cargador BQ24074 o equivalente con SYS separado.
  • MAX17048, dirección I2C 0x36.
  • STM6600/STM6601 o equivalente.
  • Buck-boost 3,3 V/2 A y boost 5 V/0,5 A habilitable.
  • Botón local y conector JST-PH para botón externo.
System Architecture
Diagram



  
    
  
  
    
  

























USB-C 5 V
Proteccion VBUS
Cargador power-path
Celda 21700 + proteccion
MAX17048
SYS
Botones
STM6600
Buck-boost node_3V3
Boost node_5V
Conector PCB matriz
Hardware Subsystems
  • Entrada: USB-C de alimentación, protección ESD/sobrecorriente.
  • Carga/power-path: 1,5 A objetivo, DPPM, señales CHG y PGOOD.
  • Batería: JST-PH 2 pines, NTC 10 kΩ B=3435 y protección independiente.
  • Medición: MAX17048 sin shunt, SDA/SCL/ALRT.
  • Control: pulsador local/externo, PSHOLD, nINT y apagado forzoso.
  • Regulación: 3,3 V buck-boost y 5 V boost habilitable.
Interfaces and Connections
Conector polarizado y shrouded 2x8, 2,54 mm:

Table

PinSeñalPinSeñal
13V39ALRT
23V310PSHOLD
3GND11nINT
4GND12CHG_STAT
55V13PGOOD
6GND145V_EN
7SDA15RESERVADO/TP
8SCL16GND
Conectores adicionales: USB-C, batería JST-PH 2P, NTC 2P y botón externo JST-PH 2P.
Power and Runtime Expectations
  • Celda Li-ion 1S 21700 reemplazable.
  • Carga inhibida fuera de 0–45 °C; el sistema puede seguir desde USB hasta aproximadamente 60 °C, sujeto a ratings finales.
  • Operación simultánea durante carga obligatoria.
Power Tree and Power Budget

Table

RielMáximo de salidaPotencia
3V32,0 A6,6 W
5V0,5 A2,5 W
Total útil—9,1 W
La entrada nominal USB de 5 V/1,5 A aporta 7,5 W antes de pérdidas. Por tanto no puede alimentar ambos rieles a máximo simultáneo y cargar la batería. El power-path deberá reducir la corriente de carga y, si su arquitectura lo permite, suplementar desde la batería; el presupuesto final y los límites de SYS deben verificarse contra datasheets.
Manufacturing and Assembly Expectations
  • SMD profesional, PCB de dos capas.
  • Plano GND continuo inferior; vías térmicas y cobre bajo cargador.
  • Separar nodos conmutados del conector y de la zona GNSS de la placa matriz.
  • TP accesibles: VBAT, SYS, 3V3, 5V, SDA y SCL.
  • Cuatro barrenos NPTH M2.5.
Firmware-Relevant Hardware Requirements
  • Leer MAX17048 por I2C en 0x36 y atender ALRT.
  • Mantener PSHOLD durante operación y liberarlo para apagado ordenado.
  • Atender nINT del controlador de pulsador.
  • Controlar 5V_EN.
  • Leer CHG_STAT y PGOOD. La capacidad de distinguir fin de carga de inhibición térmica se validará con el comportamiento real del cargador.
Physical Design Expectations
Conectores polarizados, resistentes a error de inserción y adecuados para vibración. Mantener convertidores e inductores alejados de la interfaz hacia la PCB con GNSS L1/L5.
Important Design Decisions
  • Buck-boost obligatorio para 3,3 V porque SYS cruza 3,3 V.
  • Fuel gauge dedicado en vez de divisor/ADC.
  • Sin detección CC poblada; fuente incluida anuncia ≥1,5 A y DPPM protege ante fuentes débiles.
  • Botón externo conectado directamente a la placa de energía.
Assumptions
  • La celda y el portapilas soportan la corriente pico final calculada.
  • La fuente USB-C incluida anuncia al menos 1,5 A.
  • El consumo máximo simultáneo de ambos rieles puede ser transitorio; si es continuo, se requiere revisar la potencia de entrada.
Change Notes
  • Conector matriz ampliado de 12 a 16 posiciones.
  • Botón externo movido a JST-PH dedicado.
  • Ventana de carga fijada en 0–45 °C con NTC 10 kΩ B=3435.

  • Project Overview

  • Intended Use

  • What the Device Should Do

  • Main Features

  • System Architecture

  • Hardware Subsystems

  • Interfaces and Connections

  • Power and Runtime Expectations

  • Power Tree and Power Budget

  • Manufacturing and Assembly Expectations

  • Firmware-Relevant Hardware Requirements

  • Physical Design Expectations

  • Important Design Decisions

  • Assumptions

  • Change Notes

Documents

Assets

No assets added.

Módulo de Energía ESP32 21700

Módulo de Energía ESP32 21700 thumbnail
Breakout de energía para una celda 21700 con entrada USB-C, cargador power-path, fuel gauge, encendido por pulsador y salidas reguladas de 3,3 V y 5 V para una PCB ESP32-S3.

Properties

Properties describe core aspects of the project.

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