德州仪器bq24188 2A电池充电器评估模块使用指南

一、引言

在便携式设备如智能手机、平板电脑等飞速发展的今天，高效、紧凑的电池充电管理解决方案变得尤为重要。德州仪器（TI）的bq24188评估模块，为单节锂离子和锂聚合物电池提供了一种评估紧凑型、灵活、高效且USB友好的开关模式充电管理解决方案的途径，适用于广泛的便携式应用。

文件下载：BQ24188EVM-691.pdf

1.1 bq24188 IC特性

bq24188芯片集成了同步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等功能于一个小型WCSP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。
• 充电时间优化器。
• 集成功率FET，支持高达2A的充电速率。
• 提供5V、1A的OTG VBUS电源。
• 具备电池和系统电压之间的电源路径管理功能。

1.2 bq24188 EVM特性

基于PCB PWR691的bq24188评估模块（EVM）提供了一个完整的充电器模块，用于评估适用于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：

• 提供IN、SYS、BAT、TS的端子块和标准引脚，以及用于IN的USB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。
• bq24188的IN工作电压最高可达10.5V。
• 具备LED状态指示信号。
• 提供关键信号的测试点，便于测试。

1.3 原理图

文档中的图1展示了bq24188的原理图，通过该原理图可以清晰地了解模块的电路连接和工作原理。

1.4 I/O描述

Header/Terminal Block	Description
J1 - IN/GND	输入电源正负极端子
J2 - USB	USB迷你连接器
J3 - GND	DRV线性稳压器负极引脚
J4 - IN	输入电源正极引脚
J5 - GND	电池负极引脚
J6 - DRV	DRV线性稳压器正输出
J7 - DRV/GND	DRV线性稳压器正负极端子
J8 - GND	输入电源负极引脚
J9 - EXT TS/GND	外部热敏电阻端子
J10 - GND	SYS输出负极引脚
J11 - SYS/GND	SYS输出正负极端子
J12 - SYS	SYS输出正极引脚
J13 - BAT	电池正极引脚
J14 - BAT/GND	电池正负极引脚
J15 - USB - to - GPIO	USB到GPIO的键控连接器

1.5 测试点

Test Point	Description
TP1	BAT
TP2	SW
TP3	GND
TP4	SYS
TP5	IN
TP6	STAT
TP7	GND
TP8	INT
TP9	TS
TP10	SCL
TP11	SDA

1.6 控制和关键参数设置

Jumper	Description	Default Factory Setting
JP1	跳线保持断开	OPEN
JP2	短接跳线以连接DRV到D1 STAT LED的阳极	SHORTED
JP3	短接跳线以连接DRV到D1 INT LED的阳极	SHORTED
JP4	GATE = SYS：外部PFET的栅极连接到SYS，因此禁用；GATE = BGATE：外部PFET的栅极连接到BGATE引脚，因此由IC控制	GATE = BGATE
JP5	CD = LO：正常操作时充电禁用低电平；CD = HI：充电禁用高电平以禁用降压转换器并进入Hi - Z模式	CD = LO
JP6	TS = SIM：将电位器连接到TS引脚，以便电位器可以模拟热敏电阻；TS = EXT：通过J9将TS引脚连接到外部热敏电阻	TS = SIM
JP7	PSEL = LO：输入电流限制设置为1.5A，直到通过I2C更改；PSEL = HI：输入电流限制设置为USB100，直到通过I2C更改	PSEL = HI

1.7 推荐工作条件

		Min	Typ	Max	Unit
电源电压，VIN	交流适配器输入电压	4.2		10.0	V
系统电压，Vsys	SYS端子的电压输出；取决于VBAT电压和VINDPM状态	3.4		VBAT REG + 3%	V
电池电压，VBAT	VBAT端子的电压输出（通过I2C通信设置寄存器）	1.9	4.2	4.44	V
电源电流，IIN(MAX)	交流适配器输入的最大输入电流（通过I2C通信设置寄存器）	0.1		2.5	A
快速充电电流，CHRG(MAX)	电池充电电流（通过I2C通信设置寄存器）	0.500		3.0	A
工作结温范围，T		-40		125	°C

二、测试总结

2.1 定义

文档中遵循了一些命名约定，如VXXX表示外部电压供应名称，LOADW表示外部负载名称，V(TPyyy)表示内部测试点TPyyy的电压等。同时，还定义了一些测试操作，如Measure表示检查指定参数，Observe表示观察指定事件是否发生。

2.2 推荐测试设备

• 电源供应：需要一个能够提供6V、2A的电源供应（PS #1）；如果不使用电池作为负载，还需要一个能够提供高达5V、5A的电源供应（PS #2）来为模拟电池的电路供电。
• 负载：在BAT和GND之间可以使用实际电池进行测试，若没有电池，可使用类似图2所示的电路模拟电池；在SYS和GND之间可使用一个能够吸收高达2A电流的电阻负载（可选）。
• 仪表：需要四个等效的电压表（VM #）和两个等效的电流表（CM #），电流表需能够测量2A的电流。
• 计算机：需要一台至少有一个USB端口的计算机，并安装好bq24188评估软件。
• 通信套件：需要一个HPA172 USB到I2C通信套件。
• 软件：从充电器的产品文件夹中下载Battery Management Studio.zip文件，解压后双击SETUP.EXE文件进行安装。建议将软件的Reset Watchdog Timer设置为每5秒重置一次，同时激活Write On Change功能。

2.3 推荐测试设备设置

按照文档中的步骤进行测试设备的连接和设置，包括使用合适的电线进行电源连接、设置电源供应的电压和电流限制、连接电池或模拟电池、连接电压表和电流表、连接通信套件等。最终的测试设置如图4所示。

2.4 推荐测试程序

2.4.1 HOST模式下IN的充电电压和电流调节测试

• 确保按照2.3节的步骤进行操作。
• 安装分流器。
• 连接电源供应和电流表、电压表。
• 连接电池或电池模拟器。
• 进行软件设置，包括读取当前设置、设置Write On Change、Reset Watchdog Timer等参数。
• 进行充电电流调节测试、输入电流限制测试、最小系统电压和DPPM测试、VINDPM功能测试、电池调节和充电终止测试、电池补充模式测试等。

2.4.2 有用提示

• 由于电源供应的电线和电流表存在电阻，应使用电压表尽可能靠近IC引脚测量电压。
• 使用源表作为电池模拟器时，建议在EVM的BAT和GND连接器处添加一个大电容（1000µF +），以防止BAT引脚出现振荡。
• 为了精确测量充电电流和电池调节，可使用示波器和霍尔效应电流探头或在BAT引脚和电池之间串联一个高精度电阻进行测量。

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注意以下几点：

• 电源输入电容应尽可能靠近IC放置。
• 4.7µF输入电容应尽可能靠近PMID引脚和PGND引脚，1µF输入电容的GND应尽可能靠近相应的PMID电容GND和PGND引脚。
• 从SYS到GND的本地旁路电容应连接在IC的SYS引脚和PGND之间。
• 所有去耦电容应靠近各自的IC引脚和PGND放置，小控制信号应远离高电流路径。
• PCB应具有接地平面，并通过过孔直接连接到所有组件的返回端。
• 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大量铜，以提高散热性能。

四、物料清单和电路板布局

4.1 物料清单

文档中的表1列出了该评估模块的物料清单，包括印刷电路板、电容、电阻、LED、连接器、电感、MOSFET等组件的详细信息。

4.2 电路板布局

图6至图11展示了该评估模块的PCB布局，包括顶层组装层、顶层、第一内部层、第二内部层、底层和底层组装图。

五、标准条款和条件

文档中还包含了评估模块的标准条款和条件，包括交付、有限保修、监管通知、使用限制和警告、信息准确性、免责声明、用户赔偿义务、损害和责任限制、退货政策、适用法律等内容。在使用该评估模块时，用户需要仔细阅读并遵守这些条款和条件。

总之，德州仪器的bq24188评估模块为电子工程师提供了一个全面的测试平台，用于评估单节锂离子和锂聚合物电池的充电管理解决方案。通过遵循文档中的测试程序和布局指南，工程师可以更好地了解该模块的性能和特性，为实际应用提供有力的支持。你在使用过程中遇到过哪些类似模块的问题呢？欢迎在评论区分享。