bq24018（bqTINY™）评估模块用户指南解析

在便携式设备的设计中，电池充电管理是一个关键环节。德州仪器（TI）的 bq24018（bqTINY™）评估模块为我们提供了一个便捷的解决方案，用于评估适用于便携式应用的充电管理性能。本文将深入解析该评估模块的用户指南，为电子工程师们在设计中提供参考。

文件下载：BQ24018EVM.pdf

一、模块介绍

1.1 背景

bqTINY 系列是高度集成的锂离子和锂聚合物线性充电管理设备，主要针对空间受限的便携式应用。它采用小封装，集成了 PowerFET、电流传感器、反向阻断二极管等，具备高精度的电流和电压调节、充电状态指示以及充电终止功能。该系列以三个阶段对电池进行充电：预处理、恒流和恒压，并基于最小电流终止充电，内部充电定时器还为充电终止提供了备份安全保障。此外，当电池电压低于内部阈值时，它会自动重启充电；当 (V_{CC}) 电源移除时，会自动进入睡眠模式。

1.2 性能规格总结

评估模块（EVM）的性能规格总结如下表：	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
VI(DC) 输入直流电压	VREG + 0.5	5.0	5.4(1)	V
IO(CHG) 电池充电电流	见(1)	0.7	1	A
功率耗散	(V(DC+) – V(BAT+)) × I(CHG)			1.5	W

需要注意的是，输入电压最大值是 IC 上最大允许功率耗散的函数，当前充电电流编程为 0.7 A。如果更改编程充电电流，则必须调整最大输入电压，计算公式为 (P{maxIC }=1.5) (Watt =I{CHG}(V{DC+}-V{BAT+})) 。

二、测试总结

2.1 I/O 和跳线连接

bq24018 EVM 板需要单节锂离子或锂聚合物电池组以及 5 - VDC、1 - A 电源来提供输入功率。以下是各接口的连接说明：

• J1 - DC +：连接到电源正极，预设为 5.0 VDC，1 - A 电流限制。
• J1 - DC–：连接到电源地。
• J2 - BAT +：连接到电池组正极。
• J2 - BAT–：连接到电池组负极。
• J2–TTE：不需要连接，EVM 上用 10 kΩ 电阻下拉。
• J2 - BAT–：不需要连接。
• J3 - STAT1：如果 J4 - EXT 跳线（出厂时未跳线），则连接到外部硬件。
• J3 - STAT2：如果 J5 - EXT 跳线（出厂时未跳线），则连接到外部硬件。
• J3 - DC -：J3 信号的返回端。
• J3–CE：不需要连接，EVM 上用 10 - kΩ 电阻下拉。
• J4（跳线）：STAT1 指示位置选择 — LED（EVM）或 EXT。
• J5（跳线）：STAT2 指示位置选择 — LED（EVM）或 EXT。

2.2 测试程序

在进行测试和评估之前，务必验证 IC 上的最大功率耗散不超过 1.5 瓦。具体测试步骤如下：

1. 打开预设为 5.0 VDC 和 1 A 电流限制的电源。
2. 如果电池电压低于 (V{(LOWV)}) 阈值，bq24018 进入预处理模式，以低电流（通常为 (I{O(CHG)} / 10 = 0.7 ~A / 10 = 70 ~mA)）对电池进行预充电，直到电池电压达到 (V_{(LOWV)}) 阈值或预充电定时器到期。如果定时器到期，充电电流将终止，bq24018 进入故障模式，两个 LED 熄灭。通过切换输入电源或更换电池可重置故障模式。
3. 一旦电池电压高于 (V_{(LOWV)}) 阈值，电池进入快速充电模式，此 EVM 编程为 0.7 A 的快速充电电流。
4. 当电池达到电压调节（4.36 V）时，随着电池达到满容量，电流逐渐减小。
5. 电池保持在快速充电模式，直到快速充电定时器到期、充电渐减时间到期或达到充电终止阈值。
6. 如果电池放电到再充电阈值，充电器将开始快速充电。

此外，除了使用电池进行测试外，还可以使用能够吸收电流的源表轻松调整以测试每个模式。或者在输出端连接 1 - mF 电容器和 10 - kΩ 电阻器，代替电池在示波器上观察上电以及电压调节和快速充电之间的循环。但由于电池检测电路的存在，不能使用静态负载电阻器在调节和恒流模式之间切换，可使用动态负载板代替电池电路进行测试。

2.2.1 测试设备

• 电源：电流限制为 5 - V 的实验室电源，电流限制设置为 1.0 A ± 0.1 Amp。
• 两个 Fluke 75 或等效或更好的万用表。
• 示波器：TDS220 或更好。
• 负载测试板。

2.2.2 设备设置

1. 将负载板连接到 BAT + 和 BAT–，将 SW1 至 SW4 置于闭合位置。
2. 将电压表连接到 BAT + / BAT– 输出以监控输出电压（范围 0 至 5 V）。
3. 将实验室电源设置为 5.1 V ± 0.1 VDC，1.0 ± 0.1 A 电流限制，然后关闭电源。将电源连接到电流表和 J1，注意极性（如果内部源电流表精度为 5% 或更好，可使用）。
4. 在每个 J4 和 J5 接头的 LED 引脚 1 和 2 上安装分流跳线。

2.2.3 测试流程

1. 确保遵循设备设置步骤（开关应处于闭合位置，安装分流器，电源设置为 5.1 V/± 0.1 VDC），打开电源。
2. 验证红色 LED 亮起。
3. 验证输出电压充电到 2.7 ± 0.2 V。
4. 打开开关 SW2，然后关闭开关 SW2。
5. 验证输出电压稳定在 3.5 ± 0.2 V。
6. 验证输入电流为 0.73 ± 0.08 Amps。
7. 打开开关 SW3。
8. 验证输入电流为 0.13 ± 0.03 Amps。
9. 验证输出电压为 4.360 V ± 0.050 VDC。
10. 打开开关 SW2。
11. 使用示波器（1 V/div，200 ms/div）验证输出充电到 4.4 V ± 0.1 V 并以 1 Hz ± 0.5 Hz 的频率放电到 3.6 V ± 0.5 V。
12. 验证 LED 在红色（D1）和绿色（D2，主要为绿色）之间闪烁。
13. 关闭开关 SW2 和 SW3（现在所有开关应闭合），关闭电源。
14. 如果所有测试都通过，则 EVM 正常，移除 I/O 连接。
15. 如果还有更多 EVM 需要测试，返回步骤 7.1 继续，直到所有单元都测试完毕。

三、参考资料

设计过程中可参考 bq2401x 数据手册（SLUS530）。

四、原理图、物理布局和物料清单

4.1 原理图

文档中提供了 EVM 原理图，它是设计和理解模块工作原理的重要依据。

4.2 物理布局

• 组装视图：展示了 EVM 的整体组装情况。
• 顶层：呈现了电路板顶层的布局。
• 底层：显示了电路板底层的布局。

4.3 物料清单

项目编号	bq24018	参考编号	描述	尺寸	制造商	零件编号
1	0	C1	陶瓷电容器，X5R，1 μ F，10 V	805	松下	ECJ - 2YB1A105K
2	1	C2	陶瓷电容器，X5R，1 μ F，10 V	805	松下	ECJ - 2YB1A105K
3	1	C3	陶瓷电容器，X7R，0.47 μ F，16 V	805	松下	ECJ - 2YB1C474K
4	1	D1	红色 LED 二极管，1.8 V，20 mA，20 mcd	603	光宝	160 - 1181 - 1 - ND
5	1	D2	绿色 LED 二极管，2.1 V，20 mA，6 mcd	603	光宝	160 - 1183 - 1 - ND
6	1	J1	2 针接线端子，6 A，3.5 mm	0.27 × 0.25	OST	ED1514
7	2	J2, J3	4 针接线端子，6 A，3.5 mm	0.55 × 0.25	OST	ED1516
8	2	J4, J5	3 针插头，100 mil 间距，（36 针条）	0.100 × 3	Sullins	PTC36SAAN
9	2	R1, R2	贴片电阻，1.5 k Ω，1/16 W，1%	603	Std	Std
10	0	R3	贴片电阻，1 M Ω，1/16 W，1%	602	Std	Std
11	2	R5, R6	贴片电阻，10 k Ω，1/16 W，1%	603	Std	Std
12	1	R4	贴片电阻，1.3 k Ω，1/16 W，1%	603	Std	Std
13	1	U1	单节锂离子/锂聚合物充电管理器 IC	MLP10	TI	bq24018DRC
14	2	—	100 - mil 黑色分流器	0.100	3M	929950 - 00
15	1	—	bq24018 PCB，1.6 in × 1.3 in × 0.031 in		Any	HPA261

需要注意的是，这些组件对静电敏感，必须采取静电防护措施；组件必须清洁，无焊剂和所有污染物，不允许使用免清洗焊剂；组件必须符合 IPC - A - 610 2 级工艺标准。标有星号（**）的参考编号组件不能用替代品替换，其他组件可以用等效制造商的组件替换。

五、重要注意事项

5.1 评估板使用限制

该评估板仅用于工程开发、演示或评估目的，并非适用于一般消费者的成品。处理该产品的人员必须具备电子学培训并遵守良好的工程实践标准。它可能不符合欧盟关于电磁兼容性、有害物质限制（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE 或 UL 的指令，也可能不满足这些指令或其他相关指令的技术要求。

5.2 保修和责任

如果评估板不符合用户指南中规定的规格，可在交付日期起 30 天内退回以获得全额退款。卖方对买方的唯一保修即上述保修，取代所有其他明示、暗示或法定保修，包括适销性或特定用途适用性的任何保修。用户承担妥善和安全处理货物的所有责任和义务，并赔偿 TI 因处理或使用货物而产生的所有索赔。

5.3 操作范围限制

必须在输入电压范围 0 V 至 5.4 V 和输出电压范围 0 V 至 4.25 V 内操作该 EVM。超过指定输入范围可能导致意外操作和/或对 EVM 造成不可逆转的损坏；连接超出指定输出范围的负载可能导致意外操作和/或对 EVM 造成永久性损坏。

5.4 温度注意事项

在正常操作期间，某些电路组件的外壳温度可能高于 60°C。只要保持输入和输出范围，EVM 设计为在某些组件高于 60°C 的情况下正常运行。这些组件包括但不限于线性稳压器、开关晶体管、功率晶体管和电流感测电阻器。在操作期间将测量探头靠近这些设备时，要注意它们可能很烫。

5.5 产品使用限制

TI 产品未经授权不得用于安全关键应用（如生命支持），除非双方官员已签署专门管理此类使用的协议。TI 产品也不设计或用于军事/航空航天应用或环境，除非 TI 专门指定为军用级或“增强塑料”；不设计或用于汽车应用或环境，除非特定 TI 产品被指定符合 ISO/TS 16949 要求。

电子工程师们在使用 bq24018（bqTINY™）评估模块进行设计时，务必仔细阅读用户指南，严格遵守各项注意事项，以确保设计的顺利进行和产品的可靠性。你在实际设计中是否遇到过类似充电管理模块的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。