深入解析bq2415x RGY EVM（HPA255）评估板

在电子设备的设计与开发中，评估板扮演着至关重要的角色，它们能帮助工程师快速验证和评估芯片的性能。今天我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）的bq2415x RGY EVM（HPA255）评估板。

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一、评估板概述

1.1 EVM 特性

bq2415x RGY EVM 是一款针对 bq2415x 芯片的评估模块，具有诸多显著特性。它是一款高效、完全集成的 NMOS - NMOS 同步降压充电器，工作频率高达 3 MHz。集成的功率 FET 可支持最高 1.25 A 的充电速率。通过 I2C 接口，能对电池电压、充电电流和输入电流进行编程设置。输入工作范围为 4 V - 6 V，还具备 USB OTG 升压模式操作。同时，有 LED 用于状态信号指示，并且设置了关键信号的测试点，方便测试，还配备了跳线，便于更改连接。

1.2 总体描述

该评估模块是一个完整的充电器模块，主要用于评估紧凑、灵活、高效且对 USB 友好的开关模式充电管理解决方案，适用于单节锂离子和锂聚合物电池，广泛应用于各类便携式设备。bq2415x 将同步 PWM 控制器、功率 MOSFET、输入电流感应、高精度电流和电压调节以及充电终止等功能集成到一个小型 WCSP 封装中。充电参数可通过 I2C 接口进行编程，具体细节可参考 bq2415x 数据手册（SLUS942）。

1.3 I/O 描述

评估板的输入/输出接口有明确的定义，如下表所示：	Jack	Description
J1–DC+	AC 适配器或 USB，正输出
J1–DC–	AC 适配器或 USB，负输出
J2–BAT+	充电器正输出，连接到 CSOUT 引脚
J2–AUXPWR/CD	连接到 AUXPWR/CD 引脚
J2–BAT–	电池负极端子，连接到 DC -
J3–SCL	I2C 时钟，连接到 SCL 引脚
J3–SDA	I2C 数据，连接到 SDA 引脚
J3–DC–	AC 适配器或 USB，负输出
J4–STAT	状态输出，可通过 JMP1 设置为 EXT (2 - 3) 连接到 STAT 引脚
J4–OTG/SLRST/TS/ISEL	连接到 OTG/SLRST/TS/ISEL 引脚
J4–DC–	AC 适配器或 USB，负输出

1.4 控制和关键参数设置

JMP1 - JMP5 跳线用于控制和设置关键参数，不同型号的工厂跳线设置有所不同，具体如下：	Jack	Description	Factory Setting
JMP1	LED 1 - 2: 将 STAT 引脚连接到 EVM 上的 LED；EXT 2 - 3: 将 STAT 引脚连接到 J4 - 1	跳线在 LED (1 - 2)
JMP2	HI 1 - 2: OTG/SLRST/TS/ISEL 高电平（输入或电池电压）；LO 2 - 3: OTG/SLRST/TS/ISEL 低电平（接地）	见下表
JMP3	J2 - BAT + 连接到 J2 - AUXPWR/CD	见下表
JMP4	AUXPWR/CD 引脚连接到高电平、低电平或浮空	见下表
JMP5	OTG/SLRST/TS/ISEL 引脚通过 10k 电阻接地或浮空	跳线接通

不同型号的工厂跳线设置：	Spin	JMP2	JMP3	JMP5
HPA255 - 001 (bq24150)	(-LO-) ON	ON	ON
HPA255 - 002 (bq24151)	(-LO-) ON	ON	ON
HPA255 - 003 (bq24152)	(-LO-) ON	ON	ON
HPA255 - 004 (bq24153)	(-LO-) ON	OFF	(-LO-) ON ON
HPA255 - 005 (bq24155)	(-LO-) ON	ON	ON
HPA255 - 006 (bq24156)	(-HI-) ON	OFF	(-LO-) ON ON
HPA255 - 007 (bq24159)	OFF	OFF	(-LO-) ON ON

1.5 推荐工作条件

该评估板的推荐工作条件如下：			Min	Typ	Max	Unit	Notes
电源电压，VIN	交流适配器输入的电压	4	5	6	V
电池电压，VBAT	J8 的 VBAT 端子上施加的电压	0	3 - 4.2	4.44	V
电源电流，IAC	交流适配器输入的最大输入电流	0	0.1 - 0.5	1.5	A
充电电流，Ichrg	电池充电电流	0.55	0.7	1.25	A
工作结温范围，TJ		0		125	°C

二、测试总结

2.1 定义

在测试过程中，遵循了特定的命名约定。例如，VXXX 表示外部电压源名称，LOADW 表示外部负载名称，V(TPyyy) 表示内部测试点 TPyyy 的电压等。具体定义可参考 HPA255 原理图。

2.2 设备

进行测试需要以下设备：

• 电源：需要一个能够提供 5 V、2 A 的电源（PS1）。
• 负载：一个 10 V（或更高）、2 A（或更高）的电子负载（LOAD 1），以及一个 HP 6060B 3 - 60V/0 - 60A、300 - W 系统直流电子负载（LOAD 2）。
• 仪表：四个 Fluke 75 仪表（或等效或更好的仪表），也可以使用两个等效的电压表和两个等效的电流表，电流表必须能够测量 2 A 的电流。
• 计算机：一台至少有一个 USB 端口的计算机，并安装了 bq2415x 评估软件。
• 通信套件：一个 HPA172 USB 到 I2C 通信套件。
• 软件：双击 “SETUP.EXE” 文件，按照安装步骤进行安装。

2.3 设备设置

设备设置步骤如下：

1. 将电源 PS1 设置为 5 V ±100 mVdc，2 ±0.1 A 电流限制，然后关闭电源。

2. 将电源 PS1 的输出与电流表（万用表）串联连接到 J1（DC +，DC -）。

3. 在 J1（DC +，DC -）两端连接电压表。

4. 将负载 2 与电流表（万用表）串联连接到 J2（BAT +，BAT -），确保在 J2（BAT +，BAT -）两端连接电压表。打开负载 2，使用恒压模式，将输出电压设置为 2.5 V。

5. 关闭负载 2。

6. 通过 10 针带状电缆将 J5 连接到 HPA172 套件，将 HPA172 套件的 USB 端口连接到计算机的 USB 端口。

7. 根据不同型号安装跳线，具体设置见下表：	Spin	JMP1	JMP2	JMP3	JMP4	JMP5
   HPA255 - 001 (bq24150)	(-LED-) ON	(-LO-) ON	ON	OFF	ON
   HPA255 - 002 (bq24151)	(-LED-) ON	(-LO-) ON	ON	OFF	ON
   HPA255 - 003 (bq24152)	(-LED-) ON	(-LO-) ON	ON	OFF	ON
   HPA255 - 004 (bq24153)	(-LED-) ON	(-LO-) ON	OFF	(-LO-) ON	ON
   HPA255 - 005 (bq24155)	(-LED-) ON	(-LO-) ON	ON	OFF	ON
   HPA255 - 006 (bq24156)	(-LED-) ON	(-HI-) ON	OFF	(-LO-) ON	ON
   HPA255 - 007 (bq24159)	(-LED-) ON	OFF	OFF	(-LO-) ON	ON

8. 打开计算机，打开 bq2415x 评估软件。

2.4 测试过程

2.4.1 充电电压和电流调节

1. 确保完成设备设置步骤，打开 PS1。
2. 软件设置：点击 “Immediate Update Disabled” 按钮，将其更改为 “Immediate Update Enabled”。勾选 “Auto Reset Enable”，将速率设置为 5 秒。勾选 “Periodic Updates”，将速率设置为 1 秒。确保操作模式为充电器模式，取消勾选 “Charge Current Termination”，勾选 “STAT Pin”，选择电池调节电压为 4.20 V。测量 J2（VBAT +，VBAT -）的电压应为 4.2 ±100 mV，观察 D1 应点亮。
3. 启用负载 2，测量 J2（VBAT +，VBAT -）的电压应为 2.5 ±100 mV，充电电流 Ichrg 应为 160 mA ±40 mA，输入电流 lin 应为 93 mA ±5 mA。
4. 选择充电电流为 1.25 A，选择输入电流限制为 500 mA，测量充电电流 Ichrg 应为 750 mA ±100 mA，输入电流 lin 应为 475 mA ±25 mA。
5. 勾选 “Disable Charger”，关闭 PS1，关闭负载 2，并断开连接。

2.4.2 升压功能（仅适用于 - 001、 - 002、 - 003、 - 004、 - 007）

1. 将 PS1 输出调整为 3.7 V 并禁用输出，将 PS1 与电流表（万用表）串联连接到 J2（BAT +，BAT -），确保在 J2（BAT +，BAT -）两端连接电压表。
2. 将负载 1 的电流设置为 200 mA ±20 mA 但禁用输出，将负载 1 的输出与电流表（万用表）串联连接到 J1（DC +，DC -），确保在 J1（DC +，DC -）两端连接电压表。
3. 打开 PS1 输出。
4. 软件设置：将操作模式更改为升压模式，测量 J1（DC +，DC -）的电压应为 5 V ±0.2 V。
5. 启用负载 1，测量 J1（DC +，DC -）的电压应为 5 V ±0.2 V，输入电流 lin 应为 330 mA ±40 mA，输出电流 lo 应为 200 mA ±20 mA。

三、PCB 布局指南

为了获得最佳性能，PCB 布局需要遵循以下原则：

1. 电源输入电容应尽可能靠近集成电路（IC），从输入连接到 PGND。
2. 输出电感应靠近 IC，输出电容连接在电感和 IC 的 PGND 之间，以最小化从 SW 引脚通过 LC 滤波器回到 PGND 引脚的电流路径环路面积，防止高频振荡问题。
3. 感测电阻应靠近电感和输出电容的连接点，感测引线应相互靠近（最小化环路面积）或在相邻层上重叠，避免通过高电流路径。
4. 所有去耦电容应靠近各自的 IC 引脚，并尽可能靠近 PGND，小控制信号应远离高电流路径。
5. 印刷电路板应有一个接地平面，通过过孔直接连接到所有组件的返回端，采用星型接地设计方法，减少噪声耦合和接地反弹问题。
6. 进入 VBUS、PMID 和从 SW 引脚的高电流充电路径应根据最大充电电流适当调整尺寸，PGND 引脚应连接到接地平面，以通过内部低端 FET 返回电流。

四、电路板布局、原理图和物料清单

4.1 电路板布局

评估板提供了顶层、底层、顶层装配和顶层丝印的布局图，方便工程师进行参考和设计。

4.2 原理图

原理图展示了评估板的电路连接和组件布局，为工程师提供了详细的电路信息。

4.3 物料清单

物料清单列出了评估板使用的所有组件，包括电容、电阻、二极管、连接器、电感、IC 等，以及不同型号的具体配置。同时，还给出了一些注意事项，如组件对静电敏感，需要采取静电防护措施；组件必须清洁，无焊剂和污染物；组件必须符合 IPC - A - 610 Class 2 工艺标准。

五、重要注意事项

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使用的成品。操作人员必须具备电子技术培训，并遵守良好的工程实践标准。评估板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 等指令的技术要求。

保修政策

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 天内退还，以获得全额退款。此保修是卖方对买方的唯一保修，替代所有其他明示、暗示或法定保修。

安全责任

用户承担妥善和安全处理货物的所有责任和义务，并对 TI 因货物处理或使用而产生的所有索赔进行赔偿。由于产品的开放式结构，用户有责任采取适当的静电放电预防措施。

其他注意事项

TI 保留对其产品和服务进行更正、修改、增强、改进等更改的权利，并可随时停止任何产品或服务，而无需事先通知。用户在下单前应获取最新相关信息，并验证信息的及时性和完整性。TI 对应用协助、客户产品设计、软件性能或专利侵权等不承担责任。此外，TI 产品不授权用于安全关键应用（如生命支持），除非双方官员签署了专门的协议。

总之，bq2415x RGY EVM（HPA255）评估板为工程师提供了一个全面的平台，用于评估和开发单节锂离子和锂聚合物电池的充电管理解决方案。在使用过程中，工程师需要严格遵循相关的操作指南和注意事项，以确保评估板的正常运行和测试结果的准确性。大家在实际应用中是否遇到过类似评估板的使用问题呢？欢迎在评论区分享。