深度解析bq241xx（bqSWITCHER™）评估模块的应用与测试

在便携式设备电源管理领域，高效且可靠的充电管理解决方案至关重要。bq241xx（bqSWITCHER™）系列产品以其出色的性能，为便携式应用的充电管理提供了强大的支持。本文将基于该产品的用户指南，详细解析其评估模块（EVM）的相关信息，包括背景、性能规格、测试设置与流程等，为电子工程师在实际设计中提供参考。

文件下载：BQ24100EVM.pdf

一、产品背景

bqSWITCHER系列是高度集成的Li - Ion和Li - Pol开关模式充电管理设备，广泛应用于各种便携式设备中。其优势在于采用了小型热增强型QFN封装，集成了同步PWM控制器和功率FET，具备高精度的电流和电压调节功能，同时还提供充电调节、充电状态指示和充电终止等功能。系统控制版本还能在系统控制下实现全面的充电管理。

该系列产品的充电过程分为三个阶段：调节、恒流和恒压。充电终止基于用户可选择的最小电流水平，并配备可编程充电定时器作为备用安全保障。若电池电压低于内部阈值，它会自动重启充电；当 (V_{CC}) 电源移除时，自动进入睡眠模式。

二、评估模块概述

bq241xxEVM评估模块为评估bq241xx产品系列在便携式应用中的充电管理解决方案性能提供了便捷途径。这是一个经过完整设计和测试的充电器，设计上可提供高达2.0A的连续输出电流，出厂时被编程为提供1.33A的充电电流。

三、性能规格

评估模块的性能规格总结于表1，其中TS引脚已被禁用，通过将其电压固定为设定值，便于进行充电评估。若要使用外部热敏电阻，可参考EVM原理图（图1）和数据手册（SLUS606）来更改R10和R11的值。	规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入直流电压 (V_{IN})	(I_{(DC)})	(V_{REG} + 0.6)		5.0	V
电池充电电流 (I_{O(CHG)})			1.33	2.0	A
功率损耗 - bq24100（1节电池）	(5 V ≤ V{IN} ≤ 16 V)，(V{(BAT)} = 4.2 V)，(I_{OUT} = 1.33 A)		0.6		W
功率损耗 - bq24103、bq24103A、bq24113（1节电池）	(5 V ≤ V{IN} ≤ 16 V)，(V{(BAT)} = 4.2 V)，(I_{OUT} = 1.33 A)		0.6		W
功率损耗 - bq24103、bq24103A、bq24113（2节电池）	(9 V ≤ V{IN} ≤ 16 V)，(V{(BAT)} = 8.4 V)，(I_{OUT} = 1.33 A)		0.85		W
功率损耗 - bq24105、bq24115（1节电池）	(5 V ≤ V{IN} ≤ 16 V)，(V{(BAT)} = 4.2 V)，(I_{OUT} = 1.33 A)		0.0		W
功率损耗 - bq24105、bq24115（2节电池）	(9 V ≤ V{IN} ≤ 16 V)，(V{(BAT)} = 8.4 V)，(I_{OUT} = 1.33 A)		0.65		W
功率损耗 - bq24105、bq24115（3节电池）	(13.5 V ≤ V{IN} ≤ 16 V)，(V{(BAT)} = 12.6 V)，(I_{OUT} = 1.33 A)		1.17		W

四、测试设置与流程

4.1 测试设备

• 电源：限流15V实验室电源，其电流限制设置为高于编程充电电流的25%（出厂设置为1.7A），这主要是出于安全考虑，实际直流输入电流应小于充电电流。
• 两个Fluke 75万用表（可选）：用于测量输入和输出电压以及电流检测电阻两端的电压降。

4.2 测试设置

bq241xx EVM板需要一个稳压电源，其电压至少比电池组的稳压电压高0.3V（1节电池组：4.2V；2节电池组：8.4V；3节电池组：12.6V），最大输入电压为16V DC。 评估EVM需要一个1 - 3节的电池组，应根据要评估的电池节数选择和设置EVM。具体设置参考表2，需预设输入电源至所需电压，关闭电源后连接到J1，并将电源的电流限制设置为高于编程充电电流25%。测试设置的连接和跳线选择是为独立评估而配置的，也可根据需要进行更改以与外部硬件（如微控制器）接口。	组件	-001 bq24100	-002 bq24105 (1)	-003 bq24113 (2)	-004 bq24115 (1)	-005 bq24103 (2)	-006 bq24103A (2)
U1	设备
J1	DC + / DC - ：输入电压范围 (V)	5 至 16	(V_{REG} + 0.8) 至 16 (1)	5 至 16	(V_{REG} + 0.8) 至 16 (1)	5 至 16 (2)	5 至 16 (2)
J2	BAT + / BAT - 电池串联节数	1	1	1	1	1	1
输出稳压电压 (V)	4.2	4.2 (1)	4.2 (2)	4.2 (1)	4.2 (2)	4.2 (2)
J5	PG	LED 或 EXT	LED 或 EXT	LED 或 EXT	LED 或 EXT	LED 或 EXT	LED 或 EXT
J6	STAT1	LED 或 EXT	LED 或 EXT	LED 或 EXT	LED 或 EXT	LED 或 EXT	LED 或 EXT
J7	STAT2	LED 或 EXT	LED 或 EXT	N/C 无跳线	N/C 无跳线	LED 或 EXT	LED 或 EXT
J8	TTC 或 CMOD	TTC 无跳线	TTC 无跳线	CMOD 跳线 HI	CMOD 跳线 HI	TTC 无跳线	TTC 无跳线
J9	CE	CE 跳线 LO	CE 跳线 LO	CE 跳线 LO	CE 跳线 LO	CE 跳线 LO	CE 跳线 LO
J10	Cells 或 FB	无跳线	无跳线	Cells 跳线 LO	无跳线	Cells 跳线 LO	Cells 跳线 LO

注： (1) R5和R7可更改以调节输出电压在约3.2V至15.5V之间，需根据需要调整输入电压，出厂时输出设置为4.2V DC。 (2) 若要作为2节电池版本（8.4V）运行，需用2节串联电池组替换电池，将J10设置为High，并将输入电压调整在9.2V至16V之间。

4.3 测试流程

1. 连接与设置：按照上述说明进行必要的I/O连接和跳线选择，设置评估板。在测试和评估之前，务必确认所选的EVM已正确设置以适配要充电的电池组，部分评估模块有CELLs选项，可针对不同串联电池数量进行编程。TI强烈建议要充电的电池组具备内部保护作为安全备份。
2. 施加电源：使用电源为电路板供电，预设电源值为表2中建议的值，并将电流限制设置为约1.7A。
3. 充电状态指示：若电池正在充电，PG LED和STAT1应亮起。
4. 预调节模式：若电池电压低于 (V{(LOWV)}) 阈值，bq241xx进入预调节模式。在此模式下，bq241xx以ISET2引脚编程的低电流对电池进行预充电。若 (R{SET1}) 和 (R{SET2}) 电阻值相同，则预充电电流为快速充电电流的十分之一（(I{PRE - CHG} = 1.33 A / 10 = 133 mA)），直至电池电压达到 (V_{(LOWV)}) 阈值或预充电定时器到期。若定时器到期，充电电流将终止，bq241xx进入故障模式，此时STAT1和STAT2（若有）LED熄灭。需注意，有几种非充电模式会共享此状态，切换输入电源或更换电池可重置故障模式。
5. 快速充电模式：一旦电池电压高于 (V_{(LOWV)}) 阈值，电池进入快速充电模式。此EVM被编程为提供约1.3A的快速充电电流，(overline{PG}) 和STAT1 LED应亮起。
6. 恒压充电与充电终止：当电池达到稳压电压（4.2V）时，随着电池接近满容量，电流逐渐减小。PG和STAT1 LED应保持亮起。当电流达到由 (R_{SET2}) 电阻设置的终止阈值时，充电终止，PG LED应保持亮起，STAT1 LED熄灭，STAT2 LED亮起。
7. 重新充电：若电池放电至重新充电阈值，充电器将开始快速充电，PG LED应保持亮起，STAT2 LED熄灭，STAT1 LED亮起。

另一种测试EVM的方法是使用源表，它可以吸收或提供电流，能够轻松调整以测试每个模式，替代电池进行测试。

五、物理布局与材料清单

5.1 物理布局

评估模块的物理布局包含了电路板布局和组装图。图2展示了EVM的顶部组装图，图3为顶部丝印图，图4是顶部图层图，图5为底部图层图。这些布局图为工程师在实际设计和组装过程中提供了直观的参考。

5.2 材料清单

文档中提供了多个不同型号EVM的材料清单，包括bq24100EVM - 001、bq24105EVM - 002、bq24113EVM - 003、bq24115EVM - 004、bq24103EVM - 005和bq24103AEVM - 006等。每个清单详细列出了组件的参考编号、数量、描述、尺寸、制造商和零件编号等信息。例如，在bq24100EVM - 001清单中，包含了电容、二极管、电感、电阻、集成电路等多种组件。通过这些清单，工程师可以准确地获取所需组件信息，进行采购和组装。

六、注意事项

使用该评估模块时，有一些重要注意事项需要工程师特别关注：

• 输入输出电压范围：EVM应在输入电压范围0.6V至16V和输出电压范围0.6V至16V内运行。超出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。若对输入或输出范围有疑问，应在连接电源或负载前联系TI现场代表。
• 温度问题：在正常运行期间，某些电路组件的外壳温度可能高于125°C。只要保持输入和输出范围，EVM设计为在某些组件高于125°C的情况下仍能正常运行。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。
• 评估用途限制：该评估板/套件仅用于工程开发、演示或评估目的，并非TI认为适合一般消费者使用的成品。处理该产品的人员必须具备电子培训并遵守良好的工程实践标准。该评估板/套件不符合欧盟关于电磁兼容性、受限物质（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL等指令的范围，可能不满足这些指令或其他相关指令的技术要求。

总之，bq241xx（bqSWITCHER™）评估模块为电子工程师提供了一个全面且便捷的平台，用于评估其在便携式应用中的充电管理解决方案性能。通过深入了解其背景、性能规格、测试设置与流程以及注意事项，工程师能够更好地将其应用于实际设计中，为便携式设备的电源管理提供可靠的保障。你在实际应用中是否遇到过类似充电管理模块的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。