Lenovo y700-15isk | BY511 NM-A541 Prośba o wyjaśnienie shcematu.

Witam, proszę o wyjaśnienie zasady działania układu ładowania na przykładzie schematu BQ24780SRUYR na płycie głównej lenovo y700-15isk BY511 NM-A541, strona 53/66.

Z góry dziękuje za pomoc

Działanie tego układu nie jest zbyt skomplikowane, trzeba tylko pamiętać o ustalonej kolejności pojawiania się napięć/sygnałów i spodziewanej reakcji układu. Opiszę może po kolei w krokach, żeby łatwiej było prześledzić, jak układ powinien "odpowiadać" na zadane napięcia i sygnały. Najpierw omówię obwód detekcji zasilacza i sterowania tranzystorami wejściowymi (przyjmijmy, że na razie nie podłączamy baterii, lecz sam zasilacz):

1. napięcie zasilania (VIN lub BATT+) przychodzi do układu na n. 28 (VCC); dla Lenovo napięcie VIN wynosi najczęściej 20V. Napięcie to przychodzi do chargera przez diodę PD102 (VIN), lub w przypadku zasilania tylko z baterii - przez diodę PD103 (BATT+), gdzie napięcie to wynosi ok. 15V.
2. napięcie detekcji podłączonego zasilacza/ładowarki przychodzi na n. 6 (ACDET); jest ono tworzone przez dzielnik PR110/PR112, więc łatwo policzyć z prawa Ohma, jakie napięcie powinno być na tej nóżce:
   
   • najpierw liczymy prąd całego dzielnika PR110/PR112: I = U/R, czyli I = 20V / (PR110+PR112) = 20V / 496.9kΩ = 20V / 496900Ω ≅ 0,00004A (czyli 40µA)
   • teraz liczymy napięcie na PR112: U = I*R, czyli U = 0,00004A * 64,9kΩ = 0,00004A * 64900Ω ≅ 2.6V (czyli jest powyżej minimalnej wartości napięcia detekcji zasilacza, wynoszącej 2.4V). Gdyby napięcie VIN spadło do 18V, szybkie przeliczenie daje nam wynik 2.35V - czyli poniżej progu detekcji, wynoszącego 2.4V, co oznacza, że przy napięciu zasilania ≤18V układ chargera nie wykryje podłączonego zasilacza.
3. napięcie wewnętrznego stabilizatora liniowego wychodzi z n. 24 (REGN); jego wartość to dokładnie 6V. Pojawia się tylko wtedy, gdy napięcie na ACDET jest wyższe, niż 0.6V.
4. sygnał ACOK wychodzi z n. 5 (a właściwie to nie wychodzi, bo pin 5 jest po prostu rozwierany wewnątrz chargera i przez zworkę RE94 oraz rezystor pull-up RE42 dołączany do wyjścia stabilizatora wewnętrznego +3VL przetwornicy PU201). Wartość sygnału ACOK w stanie aktywnym wynosi zatem zwykle ok. 3,3V. Jednakże producent w tej konkretnej płycie zabezpieczył sobie i taką możliwość, że wyjście ACOK może być podłączone przez rezystor pull-up R115 do wyjścia stabilizatora liniowego chargera (REGN), którego napięcie wyjściowe wynosi 6V. Poziom napięcia sygnału ACOK jest zatem zdeterminowany wyłącznie obsadą elementów zewnętrznych.
5. sygnał CMSRC (Common Source) na n. 3 jest to wejście do podtrzymania zasilania pompy ładunkowej, wbudowanej w układ PU102, która ma za zadanie podwyższyć napięcie zasilania o ok. 6-8V w stosunku do napięcia zasilania, aby można było wysterować (otworzyć) MOSFETy PQ101 i PQ102, które tutaj są tranzystorami N-MOSFET, a zatem potrzebują na bramce napięcia o kilka V wyższego, niż na źródle.
6. sygnał ACDRV (AC Drive) wychodzi z n. 4 i steruje tranzystorami obwodu wejściowego PQ101/PQ102, podając na ich bramki napięcie o ok. 6-8V wyższe, niż napięcie zasilania VIN. Na ACDRV przy prawidłowej pracy chargera powinniśmy mieć zatem ok. 26-28V. To podbicie napięcia na ACDRV zapewnia wbudowana w układ chargera wspomniana wyżej pompa ładunkowa. Załączenie tranzystorów PQ101/PQ102 skutkuje pojawieniem się pełnego napięcia zasilacza (20V) w gałęzi B+, z której zasilana jest w zasadzie cała reszta płyty.
7. wejścia pomiarowe ACP (n. 2) oraz ACN (n. 1) są to wejścia pomiaru prądu zasilania (a właściwie to spadku napięcia na rezystorze pomiarowym PR102, który ma bardzo małą i bardzo precyzyjną rezystancję; im większy spadek napięcia, tym proporcjonalnie większy prąd przepływa przez rezystor, co wynika wprost z prawa Ohma). Gdy gałąź B+ jest przeciążona lub zwarta do masy, charger PU102 wykrywa takie zdarzenie i natychmiast wyłącza obwód wejściowy PQ101/PQ102, nie dopuszczając do wystąpienia długotrwałego zwarcia zasilacza/ładowarki lub udarów prądowych, mogących powodować dalsze uszkodzenia czy nawet pożar urządzenia.
8. sygnał BATDRV wychodzi z n. 18 chargera i służy do włączania lub wyłączania tranzystora PQ103. W przypadku zasilania samą baterią (bez podłączonej ładowarki) tranzystor ten jest włączany (sygnał BATDRV w stanie wysokim ok. 20V), aby zredukować do zera straty mocy na jego wewnętrznej diodzie pasożytniczej. Gdy podłączymy zasilacz, tranzystor PQ103 zostaje natychmiast wyłączony (sygnał BATDRV w stanie niskim 0V), aby nie dopuścić do bezpośredniego "spotkania się" napięcia zasilania VIN (20V) z napięciem baterii BATT+ (14.8V).
9. sygnał BATSRC jest to wejście chargera, stanowiące napięcie odniesienia dla sygnału BATDRV - gdy charger ma włączyć PQ103, poziom napięcia na BATDRV jest zawsze ustawiany na wartość o 6V wyższą, niż odczytane napięcie na BATSRC.

I to by było na tyle, jeśli chodzi o obwód wejściowy i sterowanie tranzystorami. Teraz omówię zachowanie się układu, gdy do płyty, podłączonej do zasilacza/ładowarki, podłączymy baterię:

1. sygnał BATPRES# (n. 15) to wejście detekcji podłączonej baterii. Gdy bateria jest odłączona, to wejście przyjmuje stan wysoki (ok. 3V - podwieszone do 3VALW przez rezystory PR10 i PR15). Gdy podłączymy baterię, pin BATPRES# przyjmuje stan niski 0V, co skutkuje natychmiastowym wyłączeniem tranzystora PQ103 przez zwarcie sygnału BATDRV do masy. Sygnał BATPRES# jest również wykorzystywany przez kontroler KBC, który w przypadku wykrycia podłączonej baterii najpierw odczytuje jej aktualny stan przez magistralę SMBus, by na podstawie tych danych zaprogramować odpowiednio charger PU102 (przez tą samą magistralę).
2. magistrala SMBus (pracująca w standardzie I2C) na n. 11 i 12 jest to magistrala cyfrowa, która służy kontrolerowi KBC do zaprogramowania układu chargera. KBC wysyła przez tą magistralę rozkazy, które charger "tłumaczy" na odpowiednie napięcie wyjściowe BATT+, a tym samym na odpowiedni prąd ładowania. Gdy komunikacja z KBC zostaje nawiązana, charger rozpoczyna ładowanie baterii.
3. piny 23 (LODRV), 25 (BTST), 26 (HIDRV) i 27 (PHASE) tworzą klasyczną przetwornicę Step-Down, zamieniającą napięcie zasilania 20V na niższe. Przy czym układ chargera ma zdolność do regulacji napięcia wyjściowego w zakresie od 1.024V aż do 19.2V z krokiem 16mV, co daje 1136 poziomów regulacji. Po jej wystartowaniu, bateria jest ładowana ustalonym przez KBC prądem i napięciem.
4. wejścia pomiarowe SRP (n. 20) i SRN (n. 19) są to wejścia monitorujące prąd ładowania baterii (a właściwie to mierzące spadek napięcia na rezystorze pomiarowym PR114 o bardzo niskiej i bardzo dokładnej rezystancji).
5. wejście ogranicznika prądu ILIM (n. 21) służy do ustalenia ograniczenia maksymalnego prądu dla dwóch przypadków - ładowania baterii oraz jej rozładowywania. Gdy ustawiona na tym pinie wartość któregokolwiek z parametrów zostanie przekroczona choćby na moment, charger przestaje ładować baterię lub całkowicie odcina obwód wejściowy.
6. sygnały wyjściowe IADP (n. 7), IDCHG (n. 8), PMON (n. 9) oraz PROCHOT# (n. 10) to wyjścia do wykorzystania przez inne obwody na płycie głównej. Sygnał IADP podaje do kontrolera KBC i czujnika temperatury CPU napięcie wprost proporcjonalne do napięcia zmierzonego na rezystorze pomiarowym PR102, wzmocnione 20x lub 40x (zależnie od zaprogramowanego przez SMBus poziomu wzmocnienia). Sygnał IDCHG podaje do kontrolera KBC napięcie wprost proporcjonalne do prądu rozładowywania baterii, wzmocnione 8x lub 16x (zależnie od zaprogramowanego przez SMBus poziomu wzmocnienia). Sygnał PMON dostarcza sterownikowi przetwornicy CPU (VCORE) informację o całkowitym poborze mocy z zasilacza i baterii, przy czym dostarczany na tym pinie prąd wyjściowy jest wprost proporcjonalny do całkowitej mocy, pobieranej przez całe urządzenie. Sygnał PROCHOT# jest to wyjście, pozwalające na awaryjne wyłączenie zasilania (większości przetwornic) w sytuacji, gdy którykolwiek z parametrów (prąd ładowania, prąd rozładowywania, prąd pobierany z ładowarki) przekroczy założoną wartość. Na podstawie krzywej poboru prądów, układ chargera jest w stanie oszacować, czy procesor nie ulega przegrzewaniu (zwykle w takiej sytuacji pobór prądu powoli, lecz sukcesywnie, rośnie). Dlatego sygnał nosi nazwę PROCHOT# (od PROCessor HOT). Sygnał ten steruje czujnikiem temperatury CPU.

Proste, prawda?

Bardzo dziękuje za tak obszerną odpowiedz