QFN封装的bq24160/161/162A/63EVM评估模块使用指南

在便携式设备的设计中，电池充电管理是一个关键环节。今天我们要介绍的是德州仪器（TI）的QFN封装的bq24160/161/162A/63EVM评估模块，它为单节锂离子和锂聚合物电池提供了紧凑、灵活、高效且兼容USB的开关模式充电管理解决方案。

文件下载：BQ24160EVM-742.pdf

一、模块概述

1.1 bq2416x IC特性

bq24160/161/163/168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、充电终止以及电源路径管理集成到QFN封装中。通过I²C接口可以对充电参数进行编程。其关键特性包括：

• 具有1.5MHz频率的高效、全集成NMOS - NMOS同步降压充电器。
• 集成功率FET，支持高达2.5A的充电速率。
• 实现电池和系统电压之间的电源路径管理。

1.2 bq24160/161/163/168EVM特性

该评估模块是一个完整的充电器模块，用于评估适用于各种便携式应用的单节锂离子和锂聚合物电池供电系统的充电和电源路径管理解决方案。其关键特性如下：

• 具备USB输入和交流适配器的输入电源连接器。
• 可通过I²C接口对电池电压、充电电流、输入电流和状态进行编程。
• 输入电压工作范围：bq24160/161/163EVM为4.2V - 10V，bq24168为4.2V - 6V；USB工作范围为4.2V - 6V。
• 有LED状态指示信号。
• 提供关键信号的测试点，便于探针连接进行测试。

1.3 原理图

模块的原理图（HPA742A Schematic）展示了其内部电路的连接方式，这对于理解模块的工作原理和进行电路分析非常重要。

1.4 I/O描述

详细列出了各个接头和端子块的功能，例如J1 - TS为外部热敏电阻正极端子，J2 - BAT为电池正极端头等。这有助于工程师在实际应用中正确连接外部设备。

1.5 测试点

明确了各个测试点的作用，如TP1用于连接到VIN的开尔文连接，TP2用于监测STAT信号等。这些测试点为后续的测试和调试提供了便利。

1.6 控制和关键参数设置

通过跳线来设置一些关键参数，例如JP1可选择将TS连接到内部电位器或外部热敏电阻；JP2可控制外部PFET的栅极连接方式等。不同的设置会影响模块的工作模式和性能。

1.7 推荐工作条件

给出了模块在不同参数下的推荐工作范围，包括输入电压、USB电压、电池电压、输入电流、充电电流和工作结温范围等。在实际使用中，必须确保模块工作在这些推荐范围内，以保证其正常运行和性能稳定。

二、测试总结

2.1 定义

介绍了测试过程中使用的一些命名约定，如VXXX表示外部电压源名称，LOADW表示外部负载名称等。这些定义有助于统一测试过程中的术语，避免混淆。

2.2 推荐测试设备

• 电源：需要一个能够提供6V、3A的电源（PS#1）；如果不使用电池作为负载，还需要一个能够提供5V、5A的电源（PS#2）。
• 负载：最好使用实际电池作为负载进行测试；也可以使用类似BAT_Load (PR1010)的电路模拟电池。此外，还可以在SYS和GND之间连接一个能够吸收高达3A电流的电阻性负载。
• 仪表：需要四个等效电压表和两个等效电流表，电流表需能够测量3A电流。
• 计算机：配备至少一个USB端口和USB电缆，并安装好bq2416x评估软件。
• 通信套件：HPA172 USB - 到 - I²C通信套件。
• 软件：从充电器产品文件夹中下载BQ2416xSW.zip文件，解压并安装。由于bq24160、bq24161和bq24163启用了看门狗定时器，建议将软件的复位看门狗定时器设置为每5秒复位一次，同时将AutoRead和Write On Change功能设置为ON，以方便获取IC状态和写入更改。

2.3 推荐测试设备设置

按照特定的步骤连接测试设备，包括使用合适的电线进行电源连接，设置电源参数，连接负载和仪表，连接通信套件等。确保所有跳线都处于默认工厂设置，最后开启计算机并打开评估软件。

2.4 推荐测试程序

2.4.1 IN的充电电压和电流调节

按照一定的步骤连接电源和仪表，设置软件参数，如电池调节电压、输入电流限制和充电电流等。通过调整电源使电压和电流达到指定范围，测量充电电流和输入电流，最后关闭电源。

2.4.2 USB的充电电压和电流调节

与IN的测试步骤类似，只是将电源连接到USB输入端口，设置软件的电源优先级为USB，然后进行电压和电流的调节和测量。

2.4.3 有用提示

• 观察电池电压接近设定调节电压时的锥形电流，可以让电池充电或缓慢增加BAT_Load (PR1010)的电源电压。
• 降低PS#1的电流限制可以观察V_INDPM功能。
• 在SYS和GND之间施加一个高于最大充电电流的电阻性负载，可以观察电池补充模式。

三、印刷电路板布局指南

为了获得最佳性能，在进行印刷电路板布局时需要遵循以下原则：

• 电源输入电容应尽可能靠近bq2416x放置，以减小高频电流环路面积。
• 局部旁路电容应连接在SYS引脚和IC的PGND之间，以最小化电流路径环路面积。
• 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。
• 印刷电路板应具有接地平面，通过过孔直接连接所有组件的返回端，采用星型接地设计可以减少噪声耦合和接地反弹问题。
• 高电流充电路径的走线应根据最大充电电流进行适当尺寸设计，以避免电压降。
• 对于高电流应用，功率路径的焊球应尽可能连接到电路板上的更多铜，以提高热性能。

四、物料清单和电路板布局

4.1 物料清单

详细列出了模块所使用的各种组件，包括电容、电阻、二极管、连接器、电感、MOSFET、IC等的数量、型号、描述和制造商等信息。这对于采购和组装模块非常重要。

4.2 电路板布局

提供了模块的顶层组装层、顶层、第一内部层、第二内部层和底层的布局图，这些布局图展示了各个组件在电路板上的位置和布线方式，有助于工程师进行电路板设计和制造。

五、重要注意事项

该评估模块仅用于工程开发、演示或评估目的，并非适合一般消费者使用的成品。用户在使用时需要具备电子培训知识并遵循良好的工程实践标准。同时，该模块可能不符合一些相关指令的技术要求，如欧盟关于电磁兼容性、限制物质（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL等指令。在使用过程中，需要注意输入和输出电压范围，避免超出规定范围导致模块损坏。此外，一些电路组件在正常运行时可能会有较高的温度，操作时需要小心。

在实际应用中，你是否遇到过类似评估模块的测试和布局问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。