Raspberry Pi Zero W/2W - 게임보이 만들기 2 - 전원부 설계

새로운 IC 를 헌팅 하면서 데이터시트를 보고 하는 회로도 작성은 재미있지만 아트워크 만큼은 지루함의 연속이다. 기구설계와 함께 해야 하는 아트워크는 많은 시간이 소요되는데, 가능하면 PCB 에 각 부품을 배치하면서 사이즈를 가늠한 다음 3D CAD 프로그램으로 하우징 설계를 먼저 하는 것을 선호한다. 

아트워크 작업은 인테리어와 같다고 볼 수 있다. 효율이냐, 안전이냐, 깔끔하냐, 개판이냐, 둘 다 전문성이 높을수록 안전하고 효율적으로 깔끔한 작업이 가능한 것 같다. 

그러나 개판인지는 누가 개판이라고 하기 전까진 스스로 깨닫기 힘들다. 

마치 나는 내 방이 정리 정돈이 잘 되어 있다고 생각하지만 항상 엄마는 개판이라고 하는 것 처럼 말이다. 

개판처럼 보여도 그 안에도 철학과 질서가 있다고 생각한다.

아래 사진은 이번에 새로 만들고 있는 게임보이의 PCB의 전원부이다. 

수동 소자의 경우 현미경이 없기 때문에 가능한 큰 부품들을 사용했다. 작은 부품들은 현미경 없이 작업하면 하루만에 시력 저하를 느낄 수 있다.

전반적인 설계를 보자면 U4 가 배터리 충전 관리를 하고 U3 가 U4가 보내는 DC 전압을 승압 시켜준다. PCB 레이아웃은 가능한 권장 설계를 따라서 만들어서 그런지 큰 고민 없이 금방 끝난 부분 같다. 

IC 동작에 대한 부분은 데이터시트에서 제공하는 방정식을 통해 IC 의 동작이나 출력 전압, 충전 전압 등을 프로그래밍 할 수 있는데 R11, R12, R17~ R19 저항이 해당 부분을 담당한다.

그 외에도 샘플을 테스트를 하는 동안 예상치 못한 결과나 너무 높은 온도 등으로 인해 원하는 결과를 얻지 못할 경우를 대비하여 R7~R10에 0옴 저항을 사용해 회로를 단락 시켜 IC의 동작을 변경할 수 있도록 하였다.

다음은 배터리 관리 부분 회로이다.

배터리 관리 IC BQ24072를 거친 출력은 Vbat+225mV 로 출력 된다고 한다.

만약 부스트 회로를 별도로 구성하고 싶지 않다면, BQ24075 를 사용하여 얻은 5.5V 를 필요한 만큼 잘라서 사용하는 방법도있다. 위 회로도의 주석은 데이터시트에 있는 내용을 적어둔 것으로 EN2/EN1의 상태에 따라 충전 동작을 바꿀 수 있다. 프로그래밍 한 대로 동작하길 원한다면 R9와 R8을 단락 시켜주면 된다.

다음은 DC 부스트 회로이다. 

이 제품도 5V 로 고정 출력되는 것이 있다. 보통 고정 출력을 갖는 제품은 수동소자를 더 적게 사용할 수 있고, 피드백 부분 설계에 별도 지침이 있다. 아마 Vout 에 붙이라던가 비워 두라던가 그럴 것이다.

위 설계에서는 비교적 구하기 쉬운 값의 저항을 사용하였다. 

저항을 하나 더 사용해야 했지만 소량 제작에는 나눠서 쓰는 것이 더 저렴하다.

충전 전류는 0.89A로 최대 입력 전류는 1.4A로 제한하였으며, 출력 전압의 경우 DC 부스트 회로를 거쳐 5.15V 로 승압 하도록 하였다.

실제 동작 결과가 어떨지 기대가 되는 부분이다.