EnerCera® Pouch + Nano Energy™ 协作板用户指南：设计与操作全解析

在电子设备设计领域，电池管理系统的设计一直是关键环节。今天，我们来深入了解一下 EnerCera® Pouch + Nano Energy™ 协作板，这是一款专为评估 EnerCera 和 Nano Energy 特性而设计的参考板。

文件下载：REFLVBMS001-EVK-001.pdf

一、协作板概述

1.1 设计目的与适用范围

此协作板主要用于对 EnerCera 和 Nano Energy 特性进行简单评估，由 ROHM 公司推出。需要注意的是，它仅适用于专业人员的研发用途，不能用于大规模生产产品。EnerCera® 是 NGK INSULATORS, LTD 的注册商标，Nano Energy™ 是 ROHM Co., Ltd 的商标或注册商标。

1.2 功能实现

协作板通过对 NGK 制造的 EnerCera Pouch 可充电电池进行充电，并通过降压和稳压输出电池存储的电能。采用 Nano Energy 技术的电源和复位 IC 可最大程度延长电池寿命。相关线性充电器、复位 IC 和降压 DC/DC 转换器 IC 的数据手册可在 ROHM 网站获取，EnerCera Pouch 的数据手册可在 NGK 网站获取。

二、存储注意事项

由于协作板配备了电池，在存储时，需将其置于袋中，防止电池正负极短路。同时，将板上的 EN 跳线设置为 “L” 以关闭 DC/DC 转换器。

三、操作条件

3.1 功能模块工作原理

协作板的充电器 IC（BD71631）通过向 VIN 引脚施加电压开始对 EnerCera 充电，若无需充电，可让 VIN 引脚悬空。复位 IC（BD5230）持续监测 EnerCera 引脚电压，当电压低于 3.0V 时，强制停止 DC/DC 转换器的运行。DC/DC 转换器（BD70522）能高效转换 EnerCera 存储的电能，最大输出电流可达 500mA，放电时间取决于 EnerCera 的存储电量。PG 引脚用于监测 DC/DC 转换器输出电压状态，正常运行时为高电平（≈VOUT）。

3.2 推荐操作条件

项目	符号	最小值	典型值	最大值	单位	条件
充电输入电压	VIN	4.5	-	5.5	V	充电电流 ≤ 100mA，CV + 0.3V
输出电流	IOUT	-	-	0.5	A
PG 引脚灌电流	IPG	-	-	10	mA
工作环境温度（充电）	Ta,chg	0	-	45	°C	符合 EnerCera Pouch 规定
工作环境温度（放电）	Ta,dischg	-20	-	+45	°C	符合 EnerCera Pouch 规定

3.3 典型特性参数

项目	符号	最小值	典型值	最大值	单位	条件
电池监测检测电压	VDETECT	2.925	3.000	3.075	V	DC/DC 转换器关闭电压
电池监测释放电压	VRELEASE	3.105	3.150	3.195	V	DC/DC 转换器开启电压
输出电压设置范围	VOUTSEL	1.2	-	3.3	V	9 种可选输出电压
输出电压精度	VTOL	-2.0	0.0	+2.0	%	IOUT = 10mA
VOUT 监测检测电压	VPGdet	-	95% of VOUT	-	V	VOUT 上升扫描
VOUT 监测释放电压	VPGrel	-	90% of VOUT	-	V	VOUT 下降扫描
PG 输出泄漏电流	IPGleak	-	0.0	1.0	μA
PG 输出低电平电压	VPGlow	-	0.0	0.3	V	ISINK = 1mA
充电电压	VCHG	-	4.143	-	V	R4 = 620kΩ, R5 = 105kΩ, 1mA ~ 300mA 可调
充电电流	ICHG	-	13	-	mA	R2 = 39kΩ, 1mA ~ 300mA 可调
终止电流	ITERM	-	1.28	-	mA	R3 = 39kΩ, 50μA ~ 10mA 可调

四、协作板特点

4.1 设计优势

协作板采用超薄的 EnerCera Pouch 和超小型封装的 Nano Energy IC，实现了低轮廓和小面积安装。由于它在同一板上具备充电和放电功能，可对 “电池 + 电源” 的整体特性进行评估。此外，多种类型的 EnerCera Pouch 具有相同的端子形状，只需更换电池即可评估其他型号，但需根据使用的 EnerCera Pouch 更改充电 IC 的充电电流设置电阻值。

4.2 薄型封装应用

将 EnerCera Pouch 安装在背面，可使电池的安装面积几乎为零，有助于物联网设备的小型化和薄型化。

五、跳线设置

协作板使用 MAC EIGHT CO., LTD 制造的 HHP - 3 跳线。设置跳线状态时，将 HHP - 3 的中心端子短接到丝印指定的 H 侧或 L 侧端子。当 EN 跳线移除时，可直接从中心端子控制 DC/DC 转换器的 EN 引脚，从 H 端子可测量监测 EnerCera 输出电压的复位输出。

六、操作步骤

6.1 EnerCera 充电步骤

在 VIN 和 GND 之间施加 4.5V 至 5.5V 的直流电压输入（电流能力 20mA 以上）。充电时 LED 亮起，充电完成后熄灭。当 EN 跳线设置为 “H” 时，充电期间 DC/DC 转换器工作，PG = H。

6.2 DC/DC 输出步骤

将 EN 设置为 “H” 以启动 DC/DC 转换器。启动完成后，PG 引脚从 0V 变为 VOUT。

6.3 DC/DC 输出电压设置步骤

1. 将 EN 设置为 “L” 关闭 DC/DC 转换器。
2. 根据所需输出电压设置 VSEL1 和 VSEL2 的跳线状态（见下表）。
3. 将 EN 设置为 “H” 开启 DC/DC 转换器，VOUT 将等于配置的电压输出。

VOUT	VSEL2
1.2V	OPEN
1.5V	L
1.8V	L
2.0V	L
2.5V	H
2.8V	OPEN
3.0V	OPEN
3.2V	H
3.3V	H

七、充电器 IC（BD71631QWZ）操作

7.1 充电状态

充电器 IC（BD71631QWZ）可通过外部电阻配置各种参数。充电过程包括预充电、恒流充电、恒压充电和终止充电等阶段。当电池电压达到预充电电压 VPRE 前，预充电电流 IPRE 以 ICHG / 2 的恒定电流流动；达到 VPRE 后，以充电电流 ICHG 进行恒流充电；电池电压达到 VCHG 后，进行恒压充电，充电电流逐渐减小；当充电电流达到终止电流 ITERM 时，进入 TOP - OFF 状态，15 秒后进入 DONE 状态。

7.2 状态转换条件

序号	状态转换	条件
①	SUSPEND -> CHARGE	UVLO、TSD 未检测到，VIN > VBAT + 0.3V，VBAT OVP 未检测到，温度错误未检测到，持续满足条件 25ms
②	CHARGE -> TOP_OFF	充电电流 < ITERM，持续满足条件 25ms
③	TOP_OFF -> CHARGE	充电电流 > ITERM，持续满足条件 25ms
④	TOP_OFF -> DONE	持续满足 ③ 条件 15s
⑤	CHARGE 或 TOP_OFF 或 TEMP_ERROR_1 或 TEMP_ERROR_2 -> BATTERY ERROR	VBAT OVP 检测到或 10 小时安全定时器到期
⑥	DONE -> CHARGE	VBAT < 再充电电压，持续满足条件 25ms
⑦	CHARGE -> TEMP_ERROR_1 或 TOP_OFF -> TEMP_ERROR_2	温度错误检测到，持续满足条件 25ms
⑧	TEMP_ERROR_1 -> CHARGE 或 TEMP_ERROR_2 -> TOP_OFF	温度错误未检测到，持续满足条件 25ms
⑨	所有状态 -> SUSPEND	UVLO、TSD 检测到或 VIN < VBAT + 0.3V

7.3 安全定时器和内部控制设置

状态	电池充电	10 小时安全定时器	LEDCNT
SUSPEND	停止	停止并重置	Hi - Z
CHARGE	充电	计数	低
TOP_OFF	充电	计数	低
DONE	停止	停止并重置	Hi - Z
BATTERY_ERROR	停止	停止并重置	Hi - Z
TEMP_ERROR_1	停止	计数	Hi - Z
TEMP_ERROR_2	停止	计数	Hi - Z

7.4 部件配置

7.4.1 充电电压和再充电电压设置

充电电压（VCHG）可通过公式 (V{CHG}=(R4 + R5) / R5 × 0.6[V]) 设置，再充电电压可通过在 VREBRE 引脚添加电阻 RFBRE1 和 RFBRE2 确定，公式为 (V{RECHG} = (RFBRE1 + RFBRE2) / RFBRE2 × 0.6[V])。

7.4.2 充电电流和终止电流设置

充电电流（ICHG）可通过外部电阻 R2 设置，公式为 (I{CHG}=(500000 / R2[Omega])[mA])，终止电流（ITERM）可通过外部电阻 R3 设置，公式为 (I{TERM}=(50000 / R3[Omega])[mA])。

7.4.3 充电电流与电池温度关系

可使用 NTC 热敏电阻监测电池温度，充电电流根据电池温度进行控制。通过 NTC 热敏电阻和上拉电阻设置，可根据不同温度下 NTC 端子的电压计算外部电阻和 NTC 常数。

八、PCB 布局与应用数据

8.1 PCB 信息

协作板 PCB 采用 4 层 FR - 4 材料，尺寸为 56mm x 32mm x 1.0mmt，铜厚度为 1oz（35μm）。

8.2 应用数据

包括待机电流、连续放电特性、负载瞬态波形和充电波形等数据，这些数据为实际应用提供了参考。

九、注意事项

使用该协作板时，需注意信息可能会随时变更，使用前应联系销售代表确认最新规格。同时，由于半导体可能因各种因素出现故障，为防止人身伤害或火灾，需采取安全措施。此外，该产品不适合在辐射环境、高可靠性要求的应用（如航空航天设备、核电控制系统等）中使用。

总之，EnerCera® Pouch + Nano Energy™ 协作板为电池管理系统的设计和评估提供了一个很好的平台。电子工程师们在使用过程中，可根据实际需求灵活调整参数，以实现最佳的性能和可靠性。大家在实际应用中遇到过哪些类似协作板的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。