深入解析bq24351EVM：锂离子充电器前端保护IC评估模块

引言

在锂离子电池充电系统的设计中，充电器前端保护和充电解决方案的评估至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的bq24351EVM评估模块为工程师提供了一个全面的平台，用于评估bq24351和bq2057C设备的性能。本文将详细介绍该评估模块的特性、设置和操作，以及相关的测试和布局指南。

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一、bq24351EVM概述

1.1 总体描述

bq24351评估模块是一个完整的充电器模块，旨在使用bq24351和bq2057C设备评估充电器前端保护和充电解决方案。它能够为锂离子或锂聚合物应用提供高达560 mA的充电电流，充电器前端保护电流设计为1.2 A。bq24351可保护充电系统免受三种类型的故障影响：交流适配器电压调节失败时的输入过压、充电系统发生短路等故障时的负载过流以及电池过充。详细信息可参考bq24351数据手册（SLUSA62）。

1.2 EVM特性

• 评估模块功能：可对bq24351 DSG和bq2057C充电器集成电路（IC）进行评估。
• 输入范围：bq24351的输入工作范围为4.5 V - 26 V。
• 保护功能：具备输入过压保护、输入过流保护和电池过压保护。
• 状态指示：通过LED指示状态信号。
• 测试便利性：提供关键信号的测试点，便于探头连接；设有跳线，方便更改连接。

1.3 I/O描述

Jack	Description
J1–DC+	AC adapter, positive output
J1–DC–	AC adapter, negative output, ground
J2–FAULT	Reserved for other ICs
J2–VBAT	bq24351 VBAT pin
J2–GATDRV	bq24351 GATDRV pin
J2–CHGIN	bq24351 CHGIN pin
J3–BATEN	Reserved for other ICs
J3–OUT	bq24351 OUT pin
J3–BAT+	Battery positive output
J3–GND	Ground
J4–BAT+	Connect to battery positive output
J4–BAT–	Connect to battery negative output, ground

1.4 控制和关键参数设置

Jack (1)	Description	Factory Setting
JP1	If on, high-side sensing resistor is disabled	Jumper on
JP2	Reserved for other ICs	Jumper (BATEN, GND) on
JP3	bq24351 GATDRV pin	Jumper off
JP4	bq2057C BAT pin connection to bq24351	Jumper on
JP5	bq2057C VCC pin connection to bq24351	Jumper on
JP6	bq2057C CC pin connection to bq24351	Jumper on
JP7	If on, low-side current-sensing resistor is disabled	Jumper off

注：短接JP1、JP4、JP5和JP6，断开JP7可使用板载bq2057C作为充电器；若使用外部充电器控制bq24351，则断开JP1、JP4、JP5和JP6，短接JP7。

1.5 推荐工作条件

Symbol	Description	MIN	TYP	MAX	Unit
Supply voltage, V IN	Input voltage from ac adapter input	4.5	5	26	V
Battery voltage, V BAT	Voltage applied at VBAT terminal of J4	0	3 - 4.2	5	V
Supply current, I AC	Maximum input current from ac adapter input	0		1.5	A
Charge current, I chrg	Battery charge current	0.05	0.56	1	A
Operating junction temperature range, T J		0		125	°C

二、测试总结

2.1 定义

在测试过程中，遵循特定的命名约定。例如，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。详细信息可参考原理图。

2.2 设备

• 电源：需要一个能够提供15 V、2 A的电源（PS 1）。
• 负载：两个电子负载，一个可在恒流模式下工作，另一个可在恒压模式下工作，电压需10 V及以上，电流需2 A及以上。
• 仪表：四个Fluke 75万用表（或等效或更好的仪表），也可以使用三个等效电压表和一个等效电流表，电流表需能够测量2 A以上的电流。
• 线规：连接到EVM输入电源和输出负载的所有电线必须至少为AWG 22，最大电流可达1 A。

2.3 设备设置

1. 将PS 1设置为0 V ±100 mVdc，电流限制为2 ± 0.1 A，然后禁用输出。
2. 将PS 1的输出连接到J1（DC+，DC–）。
3. 在J1（DC+，DC–）两端连接一个电压表。
4. 将负载1的输出与一个电流表（万用表）串联，连接到J2（CHGIN）和J3（GND）。打开负载1的电源，将负载电流设置为1.5 A ±50 mA，但禁用输出。
5. 将负载2的输出与一个电流表（万用表）串联，连接到J4（BAT+，BAT–）。
6. 在J4（BAT+，BAT–）两端连接一个电压表。
7. 将负载2的电压设置为3.6 V ±0.1 V，并禁用输出。
8. 设置跳线：JP1: ON，JP2 (BATEN, GND): ON，JP3: OFF，JP4: ON，JP5: ON，JP6: ON，JP7: OFF。

2.4 测试程序

2.4.1 充电器电流和电压调节

1. 确保遵循2.3节中的步骤。
2. 启用PS 1的输出。
3. 将PS 1的输出电压增加到5 V ±0.1 V。
4. 启用负载2的输出。 测量V(J 2(OUT)) = 3.6 V ±200 mV，测量lbat = 560 mA ±70 mA，观察D2亮，D3亮，D6灭，D7亮。

2.4.2 CFET输入过压保护

1. 将PS 1的电压增加到11 V ±0.1 V。观察D2亮，D3灭，D6灭，D7灭。
2. 将PS 1的电压降低到5 V ±0.1 V。观察D2亮，D3亮，D6灭，D7亮。

2.4.3 CFET负载过流保护

1. 启用负载1的输出。观察D2亮，D3灭，D6灭，D7灭。
2. 禁用负载1的输出。观察D2亮，D3亮，D6灭，D7亮。
3. 将PS 1的电压降低到0 V ±0.1 V。

三、PCB布局指南

1. 散热处理：bq24351封装背面的暴露散热垫必须焊接到印刷电路板（PCB）的接地层。确保IC下方有足够的散热过孔，连接到其他层的接地平面。
2. 高电流路径：进入ACIN以及从CHGIN和OUT引脚引出的高电流充电路径必须根据最大充电电流进行适当的尺寸设计，以避免这些走线中出现过大的电压降。
3. 去耦电容：ACIN和CHGIN的去耦电容应尽可能靠近IC放置，以缩短与IC的互连长度。
4. 电阻布局：VBAT引脚的电阻应靠近相应的IC引脚放置，并尽可能缩短与IC的互连长度。

四、物料清单、电路板布局和原理图

4.1 物料清单

详细列出了bq24351EVM所使用的各种元件，包括电容、二极管、电阻、连接器、IC等，以及它们的参数、型号和制造商。

4.2 电路板布局

提供了电路板的顶层、底层、顶层丝印和顶层组装图，帮助工程师了解电路板的结构和元件布局。

4.3 原理图

展示了bq24351的原理图，方便工程师进行电路分析和故障排查。

五、重要注意事项

评估板/套件注意事项

该评估板/套件仅用于工程开发、演示或评估目的，并非适合一般消费者使用的成品。使用者必须具备电子学培训，并遵守良好的工程实践标准。它可能不符合欧盟关于电磁兼容性、限制物质（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL的指令要求。

FCC警告

该评估板/套件会产生、使用并辐射射频能量，未经过FCC规则第15部分规定的计算设备限制测试。在其他环境中使用可能会对无线电通信造成干扰，用户需自行承担纠正干扰的费用。

EVM警告和限制

• 必须在4.5 V - 26 V的输入电压范围和0 V - 4.2 V的输出电压范围内操作EVM，超出指定范围可能导致意外操作和/或不可逆转的损坏。
• 正常运行时，某些电路组件的外壳温度可能高于70°C，只要保持输入和输出范围，EVM设计可在某些组件高于125°C的情况下正常工作。操作时靠近这些组件放置测量探头需注意其温度。

通过本文的介绍，相信工程师们对bq24351EVM评估模块有了更深入的了解。在实际应用中，务必严格遵循相关的操作指南和注意事项，以确保评估模块的正常运行和测试结果的准确性。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。