深入解析bq2000EVM：便携式电池充电管理评估模块

在电子设备飞速发展的今天，电池充电管理技术变得愈发重要。作为电子工程师，我们常常需要对各类充电管理方案进行评估和测试。TI的bq2000EVM评估模块就是一款非常实用的工具，下面就为大家详细介绍这款模块。

文件下载：BQ2000EVM.pdf

一、bq2000EVM简介

1.1 设备背景

bq2000是一款可编程的单片集成电路，适用于镍镉（NiCd）、镍氢（NiMH）或锂离子（Li - Ion）电池的快速充电管理，可用于单化学或多化学电池应用。它能自动检测电池化学类型，并采用最优的充电和终止算法，避免电池出现欠充或过充情况，实现快速充电的准确安全终止。

对于不同化学类型的电池，bq2000提供了多种充电终止标准。例如，对于NiCd和NiMH电池，可基于峰值电压检测（PVD）终止充电；对于Li - Ion电池，可基于最小充电电流、最高温度或最长充电时间终止充电。为确保安全，在电池电压和温度未达到用户定义的范围时，bq2000会禁止快速充电。若电池电压低于低电压阈值，它会采用涓流充电对电池进行预处理。对于NiMH电池，还提供可选的补充充电功能，以最大化电池容量。其集成的高频比较器，为镍基和锂基电池的高效功率转换电路奠定了基础。

1.2 EVM差异

除了bq2000EVM，还有DV2000S1和DV2000TS1 EVM可用于评估bq2000或bq2000T的性能。DV2000S1/TS1板采用通孔器件，而bq2000EVM板后来开发，采用了表面贴装器件，减小了评估模块的物理尺寸。这两款评估模块都为bq2000/bq2000T提供了完整的评估环境，支持最多4节Li - Ion电池或10节NiCd/NiMH电池，用户还可对其他电池节数进行编程，并且可选择是否开启补充充电阶段。使用时，需参考相应的用户指南。

1.3 性能规格总结

规格	最小值	典型值	最大值	单位
输入直流电压，V(DC+) – V(DC–)	10	-	25	V
电池电压，V(BAT+) – V(BAT–)	-	-	18	V
电池充电电流，I(BAT+)	-	-	1.0	A
热敏电阻电压，V(TS)	0	-	5	V

二、设置与配置

2.1 连接说明

bq2000EVM上的跳线连接决定了其工作模式，以下是各跳线的详细说明：	跳线标识	描述
J1: DC+	外部电源的直流输入正电压
J1: DC–	直流输入地
J2: BAT+	电池或电池组的正极端
J2: BAT–	电池或电池组的负极端
J2: TS	热敏电阻连接
J3: C/4, 320, Y	选择C/4充电速率、320分钟超时、开启补充充电模式
J3: C/4, 320, N	选择C/4充电速率、320分钟超时、关闭补充充电模式
……	……
J6: 4	使用4节串联Li - Ion电池组时放置跳线
J6: 3	使用3节串联Li - Ion电池组时放置跳线
……	……

2.2 电路板设置

• 电池节数选择（JP5, JP6）：这两个跳线用于选择Li - Ion或NiCd/NiMH电池的节数。只有在电池未连接或直流电源未接入电路板时，才能更改这些跳线。为确保电路配置正确，J5或J6上只能放置一个跳线。需要注意的是，J5上有两个用户定义的连接，可用于配置bq2000EVM上预定义之外的NiCd/NiMH或Li - Ion电池节数，通过在USER Y或N位置放置合适的电阻，可根据所需电池组电压进行配置。

2.3 带电池组测试的设置步骤

1. 在J5或J6的一个连接点上放置一个跳线，为bq2000EVM配置合适的电池节数和类型。
2. 在J4的COM和YES之间放置跳线，启用bq2000的补充充电模式；在COM和NO之间放置跳线，则不使用该模式。
3. 在J3的一个连接点上放置一个跳线，选择充电速率和超时时间。若使用补充充电模式，应选择标有“Y”的J3连接；若不使用，则选择标有“N”的连接。
4. 将热敏电阻连接在TS和较低的BAT–之间。若不需要使用热敏电阻，可在TS和BAT–之间连接一个10kΩ的电阻。
5. 将电池组连接到BAT+和BAT–。
6. 将充电电源连接到J1，并确保其在bq2000EVM推荐的直流工作范围内。

2.4 不带电池组测试的设置步骤

有时，由于电池组充电/放电所需时间较长，在不实际充电的情况下测试电池充电器会很有帮助。此时，可使用四象限电源作为电池的理想替代品，若没有四象限电源，可将负载卡与标准两象限电源并联使用。以下是具体设置步骤：

1. 同带电池组测试的步骤1，配置电池节数和类型。
2. 同带电池组测试的步骤2，选择是否使用补充充电模式。
3. 同带电池组测试的步骤3，选择充电速率和超时时间。
4. 连接负载卡，可方便地在负载卡上添加一个10kΩ的热敏电阻或电阻。JP1插头和4.99kΩ电阻用于演示bq2000EVM的温度传感功能。移除跳线时，评估模块将正常充电；安装跳线时，模拟过热情况，充电器将关闭。
5. 按图示将第二个电源连接到负载卡。串联二极管用于保护电源，防止电流倒灌和潜在损坏。开启第二个电源，使其电压在步骤一中设置的范围内（若模拟锂离子电池，为4.2V/节；若为镍基电池，为1.2V/节）。
6. 将充电电源连接到J1，并确保其在bq2000EVM推荐的直流工作范围内。

负载卡允许使用两象限电源，它通过分流电阻将电流引入BAT–。上述负载卡设计用于以1A恒定电流为单节锂离子电池充电。单节锂离子电池的充电范围为2.7V至4.2V。当第二个电源的电压低于2.7V时，bq2000EVM将关闭，第二个电源将通过分流电阻提供电流。bq2000EVM的充电算法取决于它在BAT+上检测到的充电电压。当第二个电源的电压升至bq2000EVM设定的充电范围内时，bq2000EVM将进入恒定电流模式，并向负载卡提供设定的充电电流（1A）。随着第二个电源提供的电压升高，它将向负载卡提供足够的电流，满足公式 (V{ps 2}=R{load } times(I{ps 2}+I{charge })) 。当第二个电源的电压超过bq2000EVM上设置的终止点时，bq2000EVM将关闭，所有电流将由第二个电源提供。

若要为任意电池组设计负载卡，可按以下步骤进行：

1. 确定所需电池组的最小（ (V{min }) ）和最大（ (V{max }) ）充电电压。
2. 确定所需的恒定充电电流（ (I_{chg }) ）。
3. 根据公式 (R{load }=V{min } / I{chg }) 计算BAT+和BAT–之间所需的电阻（ (R{load }) ）。
4. 根据公式 (P{shunt }=V{max }^{2} / R{load }) 计算分流电阻将耗散的功率（ (P{shunt }) ）。
5. 选择一组并联电阻，使其等效电阻和总功率耗散额定值满足上述方程。注意，要确保功率电阻正确散热，以避免组件过应力。

三、原理图与物理布局

文档中还提供了bq2000EVM的原理图和物理布局图，这对于我们理解电路板的工作原理和进行实际的硬件设计非常有帮助。原理图展示了各个组件之间的连接关系，而物理布局图则显示了组件在电路板上的实际位置。

四、物料清单

物料清单详细列出了bq2000EVM上使用的所有组件，包括电容、电阻、二极管、晶体管、集成电路等。以下是部分物料清单示例：	数量	参考编号	值	描述	尺寸	零件编号	制造商
2	C1, C2	0.1 µF	陶瓷电容，X7R，0.1 µF	0603	{std}	-
1	C10	0.15 µF	陶瓷电容，X7R，0.15 µF，16V	0603	{std}	-
……	……	……	……	……	……	……

在使用这些组件时，需要注意一些事项，如这些组件对静电放电敏感，需采取防静电措施；组件必须清洁，无焊剂和其他污染物；组件必须符合IPC - A - 610 Class 2工艺标准等。

五、注意事项

5.1 FCC警告

该评估板/套件仅用于工程开发、演示或评估目的，TI不认为它是适合一般消费者使用的成品。它会产生、使用并辐射射频能量，且未经过FCC规则第15部分规定的计算设备限值测试，在其他环境中使用可能会对无线电通信造成干扰，用户需自行承担纠正干扰的费用。

5.2 输入输出范围限制

操作该评估模块时，输入电压应在10V至25V范围内，超出此范围可能导致意外操作和/或对评估模块造成不可逆损坏。连接负载时，应确保其在指定的输出范围内，否则可能导致意外操作和/或对评估模块造成永久性损坏。如有疑问，可联系TI现场代表。

5.3 温度注意事项

正常运行时，部分电路组件的外壳温度可能超过50°C。只要输入和输出范围保持在规定范围内，评估模块设计为可在某些组件温度高于50°C的情况下正常工作。这些组件包括线性稳压器、开关晶体管、功率晶体管和电流检测电阻等。在操作过程中，将测量探头靠近这些设备时，需注意它们可能会很烫。

总之，bq2000EVM是一款功能强大的电池充电管理评估模块，为我们评估和开发便携式电池充电解决方案提供了便利。在使用过程中，我们需要严格按照操作指南进行设置和配置，同时注意各项注意事项，以确保评估工作的顺利进行和设备的安全。大家在使用过程中有没有遇到什么问题呢？欢迎在评论区交流分享。