深入解析bq25050/bq25060EVM评估模块

在当今的电子设备设计中，电池充电管理是一个至关重要的环节。德州仪器（TI）的bq25050/bq25060EVM评估模块为工程师们提供了一个便捷的平台，用于评估bq25050和bq25060线性电池充电器。下面我们就来详细了解一下这个评估模块。

文件下载：BQ25050EVM.pdf

一、模块概述

1.1 EVM特性

• 评估功能：专门用于评估bq25050/bq25060 (HPA577 E2) 充电器。
• 电压保护：具备30 - V输入额定值，以及10.5 - V过压保护（OVP），有效保障设备安全。
• 功率控制：通过FET控制器实现外部电池FET的控制，可进行外部电源路径管理（BGATE）。
• 电流编程：支持可编程充电电流，满足不同的充电需求。
• 动态管理：具备输入电压动态功率管理功能，优化电源使用效率。
• 集成稳压：集成了50 - mA的低压差（LDO）线性稳压器，为外部电路提供稳定电源。
• 温度监控：在充电和放电过程中可对电池NTC进行监测，并具备热调节和保护功能。
• 状态指示：通过指示灯显示充电状态和温度故障信息，方便用户实时了解情况。同时，模块还配备了跳线，便于更改连接方式。

1.2 总体描述

bq25050/60是一款高度集成的锂离子线性电池充电器，主要针对空间受限的便携式应用。它可以通过USB端口或交流适配器供电，能够为单节锂离子电池提供高达1 A的充电电流。其30 - V的输入电压范围以及输入过压保护功能，支持使用低成本的非稳压适配器。该充电器有一个单一的电源输出用于给电池充电，系统负载连接到OUT端。低电池系统启动电路能确保在连接输入源时，OUT端电压始终大于3.4 V，从而保证系统无论电池电压如何，只要连接输入源就能启动并运行。充电电流可通过ISET输入进行编程，最大可达1 A。此外，芯片还集成了一个4.9 - V、50 - mA的LDO，用于为低功耗外部电路供电。电池充电分为三个阶段：预处理、恒流和恒压。在所有充电阶段，内部控制环路会监测芯片结温，若超过内部温度阈值，会自动降低充电电流。充电器的功率级和充电电流检测功能完全集成，具备高精度的电流和电压调节环路、充电状态显示以及充电终止功能。

1.3 I/O描述

Jack	Description
J1–Vin	USB或交流适配器正输出
J1–GND	USB或交流适配器负输出
J2–OUT	连接到系统负载
J2–GND	接地
J3–BAT	连接到电池组
J3–GND	接地
J3–TS	温度限定电压输入
J4–VLDO	LDO输出
J4–GND	接地
J5	1 - 线接口
JP1–Hi	充电使能高电平逻辑输入
JP1–Ctrl (EN)	IC参考电压VREF
JP1–Lo	接地
JP2–TS	电池组NTC监测输入
JP2–TSADJ	板载TS电位器
JP3–OUT	连接到J2 - OUT
JP3–BAT	连接到J3 - BAT
JP4–Vin	连接到J1 - Vin
JP4–R5	连接到R5
JP5–LED	LED阴极
JP5–CHG	充电状态指示开漏输出
JP6–BGATE	电池P沟道MOSFET栅极驱动输出
JP6–GND	接地

1.4 控制和关键参数设置

Jack	Description	Factory Setting
JP1	Ctrl (EN) 引脚设置：连接Ctrl (EN) 到Hi：禁用芯片；浮空Ctrl (EN) 引脚：USB100模式或来自J5 (-001) 的控制；连接Ctrl (EN) 到地：ISET控制	浮空 (无分流) (-001)；低 (JP1:2 - 3) (-002)
JP2	TS设置：OFF：将TS连接到外部电池组NTC电阻；ON：将TS连接到板载电位器	跳线ON
JP3	OUT和BAT设置：OFF：不短接OUT和BAT；ON：短接OUT和BAT	跳线OFF
JP4	板载偏置电源设置	跳线ON
JP5	CHG LED设置：OFF：断开CHG和LED；ON：CHG	跳线ON
JP6	BGATE设置：OFF：启用BGATE；ON：禁用BGATE	跳线OFF

1.5 推荐工作条件

Symbol	Description	Min	Typ	Max	Unit	Notes
Supply voltage, V IN	交流适配器输入电压	4.35	5	10.2	V
Battery voltage, V BAT	J5的VBAT端子施加的电压			4.2	V
Supply current, I AC	交流适配器输入的最大输入电流	0		1	A
Charge current, I chrg	电池充电电流			1	A
Operating junction temperature range, T J		0		125	°C

二、设备要求

2.1 电源

• 电源1 (PS#1)：可在0至≥5.1 Vdc之间调节，电流≥1.5 A，用于输入J1。
• 电源2 (PS#2)：可在0至≥5.1 Vdc之间调节，电流≥2.5 A，用于电池负载板。

2.2 负载

• 负载#1：25 Ω±5%，功率≥5 W。
• 负载#2：PR1010电池负载电路板。
• LDO负载：1 - kΩ电阻，200 mW。

2.3 仪表

需要五个Fluke 75 DMM（或等效或更好的仪表）。

2.4 计算机和接口

需要一台至少有一个USB端口的计算机，对于HPA577 - 001还需要HPA172接口。

三、设备设置

1. 将电源#1设置为5.1 V ± 100 mVdc，电流限制为1.5 ± 0.1 A，然后关闭电源。
2. 将电源#1的输出与电流计（万用表）串联后连接到J1（VIN，GND）。
3. 在J1（VIN，GND）两端连接电压表。
4. 在J4（VLDO，GND）两端施加一个1 - kΩ负载电阻。
5. 将负载#1连接到J2（OUT，GND）。
6. 将电池负载电路板连接到J3（BAT，GND）。
7. 将PS#2设置为2.3 Vdc ± 100 mV，电流限制为2.5 A，关闭电源后连接到电池负载电路板。
8. 在J2（OUT，GND）两端连接电压表。
9. 在J3（BAT，GND）两端连接电压表。
10. 按照表2检查跳线是否正确放置。
11. 对于HPA577 - 001（bq25050 EVM）：将J5通过USB接口适配器（HPA172）连接到计算机。USB接口适配器软件可在www.ti.com的产品文件夹中通过搜索部件号bq25050并选择bq25050EVM链接下载。下载后将文件解压到本地硬盘，双击bq25050.exe应用评估文件即可。

四、测试流程

4.1 最小系统电压模式下的充电器操作

步骤1：启动PS#1

开启PS#1，并预设其输出为5.1 Vdc，此时测量V(J 4(VLDO))应在4.9 ± 100 mV范围。这一步是整个测试的开端，为后续的充电操作提供稳定的电源输入，你认为在实际操作中，电源输出电压的微小偏差会对后续测试产生怎样的影响呢？

步骤2：调节TS引脚电压并启动PS#2

• 对于HPA577 - 001：调节R7，将TS引脚电压设置为0.5 V ± 50 mV，在软件窗口中点击启用。
• 对于HPA577 - 002：调节R7，将TS引脚电压设置为1 V ± 50 mV。 然后开启PS#2，设置其输出为2.3 V ± 50 mV。此时观察到D1(/CHG)点亮，这表示进入预充电模式，并且在适配器连接且电池电压低于最小系统电压时，OUT端会保持在最小系统电压，这使得系统即使在电池放电的情况下也能启动。同时测量lin应在180 mA ± 30 mA，V(J 2(OUT))应在3.5 V ± 200 mV。

步骤3：提高PS#2电压进入快充恒流模式

将PS#2电压提高到约3.3 Vdc，使VBAT达到3 V ± 50 mV。此时D1(/CHG)依然点亮，进入快充恒流模式，OUT端同样保持在最小系统电压，以确保系统在电池电压较低时能够启动和运行。

• 对于HPA577 - 001：测量lin应在285 mA ± 50 mA。
• 对于HPA577 - 002：测量lin应在467 mA ± 50 mA。 同时测量V(J 2(OUT))应在3.5 V ± 200 mV。在这个过程中，你觉得不同型号的充电器在快充电流上的差异是由什么因素造成的呢？

步骤4：进一步提高PS#2电压

将PS#2电压提高到约4.1 Vdc，使VBAT达到3.8 V ± 50 mV。此时仍处于快充恒流模式，由于电池电压高于最小OUT电压（适配器连接），外部BAT FET被启用，Vout和Vbat会同步变化。

• 对于HPA577 - 001：测量lin应在285 mA ± 50 mA。
• 对于HPA577 - 002：测量lin应在467 mA ± 50 mA。 测量V(J 2(OUT))应在3.8 V ± 200 mV。

步骤5：充电器终止充电

继续提高PS#2电压直到D1熄灭，此时充电器终止充电，将PS#2电压提高到约4.5 Vdc，使VBAT达到约4.22 V。D1(/CHG)熄灭后，适配器为系统供电。若P/S#2使BAT引脚电压过高，电池过压保护会启动，关闭输入FET，由电池为系统供电，但在实际使用电池偏置电路时，这种情况通常不会发生。此时测量lin应在180 mA ± 50 mA，V(J 2(OUT))应在4.2 V ± 200 mV。

步骤6：降低PS#2电压进行电池刷新

将PS#2电压降低到约4.1 Vdc，使VBAT降至3.8 V ± 50 mV。此时D1(/CHG)点亮，表明电池在部分电量被消耗后进行刷新充电。

• 对于HPA577 - 001：测量lin应在285 mA ± 50 mA。
• 对于HPA577 - 002：测量lin应在467 mA ± 50 mA。 测量V(J 2(OUT))应在3.8 V ± 200 mV。

4.2 输入电流设置

HPA577 - 001（bq25050 EVM）

在软件接口窗口中，选择“Number of Pulses”为7，然后点击“Send Pulses”发送到bq25050EVM，此时测量lin应在374 mA ± 50 mA。这种通过软件设置输入电流的方式，你认为其精度和稳定性如何呢？

HPA577 - 002（bq25060 EVM）

将JP1置于EN和LO之间，调节R6并观察输入电流的变化，将输入电流设置为lin = 374 mA ± 50 mA。手动调节电阻来设置电流，在实际操作中可能会受到哪些因素的影响呢？

4.3 热敏电阻切断充电器

HPA577 - 001（bq25050 EVM）

缓慢调节R7，直到V(J 3(TS)) = 0.675 V ± 50 mV，此时观察到D1 (/CHG) 闪烁，这表明冷温度阈值比较器触发了温度故障。然后顺时针调节R7，直到V(J 3(TS)) = 0.5 V ± 50 mV，D1 (/CHG) 点亮。继续顺时针调节R7，直到V(J 3(TS)) = 0.75 V ± 50 V，D1 (/CHG) 再次闪烁，表明热温度阈值比较器触发了温度故障。最后逆时针调节R7，直到V(J 3(TS)) = 0.5 V ± 50 mV，D1 (/CHG) 保持点亮。你认为热敏电阻在保护充电器方面起到了怎样关键的作用呢？

HPA577 - 002（bq25060 EVM）

缓慢调节R7，直到V(J 3(TS)) = 1.30 V ± 50 mV，D1 (/CHG) 熄灭，这表示冷温度阈值比较器触发了温度故障。调节R7使V(J 3(TS)) = 1 V ± 50 mV，D1 (/CHG) 点亮。继续顺时针调节R7，直到V(J 3(TS)) = 0.550 V ± 50 mV，D1 (/CHG) 熄灭，表明热温度阈值比较器触发了温度故障。最后逆时针调节R7，直到V(J 3(TS)) = 1 V ± 50 mV，D1 (/CHG) 保持点亮。

五、PCB布局指南

电容放置

为了获得最佳性能，从IN到GND（散热焊盘）的去耦电容以及从OUT到GND（散热焊盘）的输出滤波电容必须尽可能靠近bq25050/60放置，并且连接到IN、OUT和GND（散热焊盘）的走线要短。这是因为短走线可以减少干扰和信号衰减，你在实际的PCB设计中，是如何确保电容的放置符合要求的呢？

接地设计

所有低电流GND连接必须与电池的高电流充电或放电路径分开，采用单点接地技术，将小信号接地路径和电源接地路径合并。这样可以避免高电流路径产生的干扰影响低电流信号。

走线尺寸

进入IN引脚和从OUT引脚出来的高电流充电路径必须根据最大充电电流进行适当规格设计，以避免这些走线出现电压降。在设计时，需要根据电流大小合理选择走线宽度和厚度。

散热处理

bq25050/60采用了热增强型SON封装，封装包含一个散热焊盘，用于在IC和PCB之间提供有效的热接触，同时该散热焊盘也是器件的主要接地连接。应将散热焊盘连接到PCB的接地连接上。关于该封装的完整PCB设计指南可在题为“QFN/SON PCB Attachment Application Note (SLUA271)”的应用报告中找到。

六、物料清单、电路板布局和原理图

6.1 物料清单

该模块的物料清单详细列出了每个元件的数量、参考编号、值、描述、尺寸、部件编号和制造商等信息。例如，电容C1和C5的值为0.1uF，采用陶瓷材质，耐压25 - V，容值精度为10%，尺寸为1206。电阻R3和R5的值为1k，采用芯片电阻，功率为1/16W，精度为1%，尺寸为0603。这些元件的选择和参数设置对于模块的性能至关重要，你在选择元件时，会优先考虑哪些因素呢？

6.2 电路板布局

提供了电路板的顶层、底层和顶层组装图。合理的电路板布局可以提高模块的性能和可靠性，减少电磁干扰和信号串扰。在设计电路板布局时，需要考虑元件的布局、走线的走向和间距等因素。

6.3 原理图

给出了bq25050/60 EVM的原理图，原理图是理解模块工作原理和进行故障排查的重要依据。通过分析原理图，可以深入了解各个元件之间的连接关系和信号流向。

七、评估板重要注意事项

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。使用者必须具备电子方面的培训，并遵守良好的工程实践标准。

保修政策

若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。这是卖家对买家的唯一保修，取代了所有其他明示、暗示或法定的保修，包括适销性或特定用途适用性的保修。

责任承担

用户需对货物的正确和安全处理承担全部责任和义务。此外，用户需赔偿TI因货物的处理或使用而产生的所有索赔。由于产品的开放式结构，用户有责任采取一切适当的静电放电预防措施。

合规说明

该评估板不属于欧盟关于电磁兼容性、受限物质（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL的指令范围，因此可能不符合这些指令或其他相关指令的技术要求。在使用过程中，需要注意这些限制，避免因违规使用而带来的风险。

bq25050/bq25060EVM评估模块为工程师们提供了一个全面的平台，用于评估和验证bq25050和bq25060线性电池充电器的性能。在使用该模块时，需要严格按照用户指南的要求进行操作，注意各个环节的参数设置和安全注意事项，以确保测试的准确性和可靠性。同时，合理的PCB设计和元件选择也能进一步提升模块的性能。希望这篇博文能为你在使用该评估模块时提供一些帮助，你在实际应用中是否遇到过类似评估模块的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。