德州仪器bq24296M和bq24298评估模块（EVM）使用指南

作为电子工程师，在设计充电电路时，一款合适的评估模块能让我们事半功倍。今天就来详细介绍德州仪器（TI）的bq24296M和bq24298评估模块（EVM），涵盖其特点、测试流程、PCB布局以及物料清单等方面。

文件下载：BQ24296MEVM-655.pdf

一、EVM特点

1.1 模块概述

bq24296M和bq24298 EVM是完整的充电器模块，用于评估I2C控制的单NVDC - 1充电。具体设备及其数据手册可参考表1：	设备	文档
bq24296M	SLUSBU3
bq24298	SLUSC59

需要注意的是，该EVM不包含USB - to - GPIO接口板，若要进行评估，需单独订购。

1.2 I/O描述

EVM上有多个接口，各接口的功能和连接方式如下表所示：	接口	描述
J1–VBUS	输入：正极端子
J1–GND	输入：负极端子（接地端子）
J2–PMID	PMID引脚连接/移动电源输出
J2–GND	接地/移动电源输出负极端子
J3–SYS	连接到系统
J3–GND	接地
J4–BAT+	连接到电池组
J4–GND	接地
J6–INT	INT引脚连接
J6–OTG	OTG引脚连接
J6–CE	CE引脚连接
J6–GND	接地
J7	USB - to - GPIO连接器（USB接口适配器连接器 – EV2300或EV2400）
J8	外部TS1引脚连接
J8	接地
J9	外部TS2引脚连接
J9	接地

同时，EVM上还有一些跳线，其控制和关键参数设置如下表：	跳线	描述	工厂设置
JP1	用于bq24296M和bq24298输入电流设置：PSEL低电平：适配器输入；PSEL高电平：USB输入	bq24296M和bq24298：将PSEL短接到低电平
JP2	D - /PG引脚选择	bq24296M和bq24298：将D–/PG短接到PG
JP3	TS2或QON选择器	bq24296M和bq24298：选择QON安装
JP4	TS2引脚设置	未安装
JP5	bq24296M输入电流限制设置的D + /D–连接	未安装
JP6	降压模式且PSEL为高电平时的USB电流限制选择引脚/升压模式时的使能引脚。降压模式：OTG = 高电平，I IN限制 = 500 mA；OTG = 低电平，I IN限制 = 100 mA。当REG01[5:4] = 10且OTG引脚为高电平时，激活升压模式	未安装
JP7	CE引脚设置：拉低以启用充电	未安装：（GUI也可拉低CE）
JP8	STAT、PG、CE、INT、OTG引脚内部上拉源（VSYS）跳线	bq24296M和bq24298：安装
JP9	TS1电阻分压器上拉源（REGN）	bq24296M和bq24298：安装
JP10	从TS1到地的内部10 kΩ电阻	bq24296M和bq24298：短接TS2和TS2 - I
JP11	TS2连接	未安装

推荐的操作条件如下表：	符号	描述	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压，V IN	交流适配器输入电压	3.9	5	6.2	VDC
电池电压，V BAT	施加在V BAT端子上的电压	0	3.7	4.4	V
I BAT	快速充电电流			3	A
通过内部MOSFET的放电电流			5.5	A
电源电流，I AC	交流适配器输入的最大输入电流	0		3	A
输出电流，I SYS	输出电流（SYS）	0		3.5	A
工作结温范围，T J		0		125	°C

二、测试总结

2.1 所需设备

• 电源：需要一个能够提供5 V、1 A的电源（PS #1）。
• 负载：
  • 负载#1：可以是0 - 20 V/0 - 5 A、> 30 - W的系统，设置为恒压负载模式的直流电子负载；也可以是Kepco负载（BOP 20 - 5M，DC 0到±20 V，0到±5 A或更高）；还可以是真实的单节电池。
  • 负载#2（用于升压模式）：PMID到GND的负载，10 Ω、5 W或更大。
• 仪表：六个Fluke 75万用表（或等效或更好的仪表），或者四个等效电压表和两个等效电流表，电流表必须能够测量5 A以上的电流。
• 计算机：至少有一个USB端口和USB电缆的计算机，并且要正确安装Battery Management Studio（bqStudio）（SLUC525）。
• USB - to - GPIO通信套件：EV2300或EV2400 - USB接口适配器。
• 软件：下载bqStudio软件并按照安装步骤进行安装，该软件支持Microsoft® Windows® XP和Windows 7操作系统。

2.2 设备设置

1. 将PS #1设置为5 - V DC、1 - A电流限制，然后关闭电源。
2. 将PS #1的输出与电流表（万用表）串联连接到J1（V BUS和GND）。
3. 在J1（V BUS）和J1（GND）之间连接电压表。
4. 打开负载，设置为恒压模式并输出2.5 V，然后关闭（禁用）负载。将负载与电流表（万用表）串联，接地端连接到J4（BAT +和GND）。
5. 在J4（BAT +和GND）之间连接电压表。
6. 将USB接口适配器连接到计算机，并将SDA、SCL和GND分别连接到EVM上的TP12（SDA）、TP13（SCL）和TP8（AGND）。
7. 按照图2所示安装分流器。
8. 打开计算机，启动评估软件。

2.3 测试程序

2.3.1 电流设置

1. 确保设备设置步骤已完成。将电位器设置为最低值以获得最大输入电流，方法是在点TP9和地之间连接欧姆表，逆时针旋转电位器上的螺丝，直到电阻降至最低点（应在125 Ω到175 Ω之间，即R7的值）。
2. 启动GUI软件（如果尚未启动）。
3. 打开PS #1，测量V(J 3(S Y S), J 3(G N D)) = 4.10 ± 300 mV。

2.3.2 充电电压和电流调节以及设备ID验证

1. 软件设置：
   • 设置设备地址：bq24296M和bq24298的I2C地址为D6。
   • 点击“读取”按钮。
   • 选择禁用I2C看门狗定时器限制。
   • 设置输入电压限制为4.2 V。
   • 设置输入电流限制为500 mA。
   • 设置充电电压限制为4.208 V。
   • 设置快速充电电流ICHG为512 mA。
   • 设置预充电电流为256 mA。
   • 取消选择“启用终止”。
   • 点击“读取”按钮两次，观察FAULT框是否正常，D3（STAT）和D4（PG）是否亮起。
2. 启用负载#1，测量V(J 3(S Y S), J 3(G N D)) = 3.65 V ± 300 mV，V(J 4(B A T), J 4(G N D)) = 2.5 V ± 200 mV。
3. 将恒压负载增加到3.7 V，测量V(J 3(S Y S), J 3(G N D)) = 3.75 V ± 200 mV，IBAT = 500 mA ± 200 mA，V(J 4(BAT), J 4(GND)) = 3.7 V ± 200 mV。
4. 在软件中设置快速充电电流ICHG为1024 mA，测量IIN = 500 mA ± 200 mA。
5. 验证示波器测量结果：
   • C1（交流耦合20 mV/div）：Vac_PMID（TP2到GND） – 排除高频尖峰后的纹波 < 10 mV。
   • C2（5 V/div）：Vdc_SW（TP1） – 频率在1.25 MHz到1.5 MHz之间，占空比在73%到81%之间。
   • C3（交流耦合，20 mV/div）：Vac_VSYS（TP4到GND） – 排除高频尖峰后的纹波 < 15 mV。
6. 切换到升压模式：
   • 关闭并断开PS #1。
   • 如果从BAT +到GND连接的恒压负载不是四象限电源（提供电流），则移除负载，并使用步骤一中断开的电源，设置为3.7 V和2 - A电流限制，连接到BAT +和GND之间。
   • 在J2（PMID(+)到GND(–)）之间施加10 Ω（5 W或更大）的负载。
   • 在GUI中取消勾选OTG低电平框。
   • 在GUI中勾选启用OTG选项。
   • 验证J2上的V PMID到GND在4.9 V到5.3 V之间。
   • 验证示波器测量结果：
     • C1（交流耦合20 mV/div）：Vac_PMID（TP2到GND） – 排除高频尖峰后的纹波。
     • C2（5 V/div）：Vdc_SW（TP1） – 频率在1.2 MHz到1.7 MHz之间，占空比在67%到74%之间。

7. 验证软件中显示的设备ID JEITA是否与表5匹配：	组装编号	EVM部件编号	设备ID	JEITA
   PWR655 - 001	bq24296EVM - 655	bq24296M	禁用
   PWR655 - 002	bq24298EVM - 655	bq24298	禁用

三、PCB布局指南

为了实现最小的开关损耗，需要尽量减少开关节点的上升和下降时间。合理布局组件，最小化高频电流路径环路，对于防止电场和磁场辐射以及高频谐振问题至关重要。以下是PCB布局的优先级列表，必须按顺序执行：

1. 将输入电容尽可能靠近PMID和GND引脚连接，并使用最短的铜迹线连接或GND平面。
2. 将电感输入端子尽可能靠近SW引脚，减少该迹线的铜面积以降低电场和磁场辐射，但要确保迹线足够宽以承载充电电流，不要使用多层并联连接，尽量减少该区域与其他迹线或平面的寄生电容。
3. 在电感和IC附近放置输出电容，将接地连接通过短铜迹线或GND平面连接到IC接地。
4. 分别布线模拟地和电源地，然后使用电源焊盘作为单一接地连接点将它们连接在一起，或者使用0 - Ω电阻将模拟地连接到电源地。
5. 在IC下方使用单一接地连接将充电器电源地连接到充电器模拟地，使用接地铜浇铸，但避免电源引脚以减少电感和电容噪声耦合。
6. 在IC引脚旁边放置去耦电容，并使迹线连接尽可能短。
7. 确保IC封装背面的暴露电源焊盘焊接到PCB接地，并确保IC正下方有足够的热过孔连接到其他层的接地平面。
8. 过孔的尺寸和数量应足以满足给定的电流路径。

四、电路板布局、原理图和物料清单

4.1 电路板布局

图7 - 图10展示了该EVM的电路板布局，包括顶层、第二层、第三层和底层。

4.2 原理图

本部分包含bq24296M和bq24298的原理图。

4.3 物料清单

分别列出了bq24296M和bq24298的物料清单，包括各个元件的设计代号、数量、值、描述、封装参考、零件编号和制造商等信息。

通过以上详细介绍，相信大家对bq24296M和bq24298 EVM有了更深入的了解。在实际设计中，按照这些步骤和指南进行操作，能够更高效地完成充电电路的评估和设计。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。