德州仪器bq24x9x EVM评估模块：设计与测试全解析

在电子设备的开发过程中，充电模块的设计至关重要。德州仪器（TI）的bq24190/2/2i/3/6和bq24292i EVM（PWR021）评估模块为工程师提供了一个便捷的平台，用于评估I2C控制的单NVDC - 1充电功能。本文将详细介绍该评估模块的特性、测试流程、PCB布局准则以及相关的注意事项。

文件下载：BQ24192IEVM-021.pdf

一、EVM特性与I/O描述

1.1 EVM特性

bq24x9x评估模块是一个完整的充电器模块，用于评估使用bq24x9x设备的I2C控制单NVDC - 1充电功能。不过，该模块不包含USB - to - GPIO接口板，若要对其进行评估，需要单独订购该接口板。具体设备的数据手册信息如下：	设备名称	文献编号
bq24190/2/2i/3	SLUSAW5 B
bq24196	SLUSB98
bq24292i	SLUSBI4

1.2 I/O描述

该评估模块的I/O接口丰富，不同的接口有其特定的功能。例如，J1 - PMID用于PMID引脚连接或移动电源输出，J1 - VBUS为输入正端，J1 - GND为输入负端（接地端）等。同时，各跳线的连接和设置也对模块的功能产生影响，具体如下：	跳线	描述	工厂设置
JP1	输入电流设置：PSEL LOW为适配器输入，PSEL HIGH为USB输入	bq24190：未安装；bq24192/2i/3/6和bq24292i：短接PSEL到LOW
JP2	D - /PG引脚选择	bq24190：短接D - /PG到D - ；bq24192/2i/3/6和bq24292i：短接D - /PG到PG
……	……	……

此外，该评估模块的推荐工作条件也有明确规定，如输入电压范围为3.9 - 17 VDC，电池电压范围为0 - 4.25 VDC等。

二、测试总结

2.1 测试设备

测试该评估模块需要一系列特定的设备，包括：

• 电源：一个能够提供5 V、1 A的电源（PS#1）。
• 负载：0 - 20 V/0 - 5 A、> 30 - W的系统直流电子负载，设置为恒压负载模式；或Kepco负载BOP 20 - 5M；也可以使用真实的单节电池。在升压模式下，还需要一个10 Ω、5 W或更大的PMID到GND负载。
• 仪表：六个Fluke 75万用表（或等效或更好的设备），也可以使用四个等效电压表和两个等效电流表，电流表需能够测量5 A以上的电流。
• 计算机：至少有一个USB端口，并安装有bq2419xEVM评估软件。
• 通信套件：USB - to - GPIO通信套件（HPA172 - USB接口适配器）。
• 软件：解压bq2419xEVM_GUI.zip并双击SETUP.EXE文件进行安装，该软件支持Windows® XP和Windows 7操作系统。

2.2 设备设置

设备设置步骤如下：

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（VBUS和GND）。
3. 在J1（VBUS）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J2（BAT +和GND）。
5. 在J2（BAT +和GND）之间连接电压表。
6. 使用USB迷你电缆将HPA172 USB接口适配器连接到计算机，并使用10针带状电缆连接到J3。
7. 按照表3安装分流器。
8. 打开计算机，启动bq2419x评估软件。

2.3 测试流程

2.3.1 电流设置

首先要确保设备设置步骤已完成，然后将电位器设置为最低值以获得最大输入电流，通过在TP9和接地之间连接欧姆表，逆时针旋转电位器上的螺丝，直到电阻降至最低（范围为125 - 175 Ω，即R7的值）。接着启动BQ2419x EVM GUI软件，打开PS#1并测量相关电压。

2.3.2 充电电压和电流调节及设备ID验证

• 软件设置：在GUI中设置设备地址、读取数据、选择禁用I2C看门狗定时器限制、设置输入电压和电流限制、充电电压限制、快速充电电流、预充电电流等参数，然后两次点击读取按钮，观察FAULT框、D1（STAT）和D2（/PG）的状态。
• 负载操作：启用负载#1，测量J2在两个不同点的电压；增加恒压负载到3.7 VDC，再次测量相关电压和电流；在软件中设置快速充电电流为1.012 A，测量输入电流。
• 示波器测量：验证示波器测量结果，包括PMID的交流纹波、SW的直流电压频率和占空比、VSYS的交流纹波等。
• 切换到升压模式：关闭并断开PS#1，调整负载和电源设置，在GUI中进行相关操作，验证PMID到GND的电压和示波器测量结果。
• 验证设备ID JEITA：确保软件中显示的设备ID JEITA设置与表5匹配。

三、PCB布局准则

PCB布局对于评估模块的性能至关重要。为了最小化开关损耗，应尽量减少开关节点的上升和下降时间。同时，合理布局组件以最小化高频电流路径回路，防止电磁场辐射和高频谐振问题。具体的布局优先级如下：

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接地平面。
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磁场辐射，但要确保迹线足够宽以承载充电电流，避免使用多层并联连接，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接地平面连接到IC接地。
4. 分别布线模拟地和电源地，使用电源焊盘作为单一接地连接点或使用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，并在IC下方有足够的热过孔连接到其他层的接地平面。
8. 过孔的大小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

该评估模块的电路板布局包括顶层、第二层、第三层、底层以及顶部和底部组件装配图，这些图详细展示了各个层的元件分布和连接情况。

4.2 原理图

原理图清晰地展示了评估模块的电路结构和连接方式，有助于工程师深入理解模块的工作原理。

4.3 物料清单

物料清单列出了评估模块所需的各种元件，包括电容、电阻、二极管、连接器等，每个元件都有其具体的参数和规格，方便工程师进行采购和组装。

五、其他注意事项

5.1 评估模块使用条件

该评估模块仅用于实验室/开发环境中的初步可行性评估，并非成品电气设备，不适合消费者使用。用户需要对产品的安全性和合规性负责，确保在使用过程中遵守相关法律法规和安全标准。

5.2 法规合规信息

该评估模块可能受到联邦通信委员会（FCC）和加拿大工业部（IC）规则的约束。对于不符合相关规则的评估模块，仅用于工程开发、演示或评估目的，不被视为适合一般消费者使用的成品。同时，在使用包含无线电的评估模块时，需要遵守当地的无线电频谱分配和功率限制法律。

5.3 日本用户注意事项

在日本使用该评估模块时，需要遵守日本无线电法的相关规定，如在屏蔽室或特定测试设施中使用、获得实验电台许可证或技术法规合规认证等。

通过对德州仪器bq24x9x EVM评估模块的详细介绍，相信工程师们能够更好地理解和使用该模块，为电子设备的充电模块设计提供有力支持。在实际应用中，大家是否遇到过类似评估模块的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。