德州仪器800-mA单输入单节锂离子电池太阳能充电器评估模块使用指南

一、引言

德州仪器（TI）的bq24210/2评估模块（EVM）为用户提供了评估bq24210/2太阳能充电器的有效途径。该模块的印刷电路板标记为HPA678，本文将详细介绍其特性、操作、测试以及相关的布局和原理图等内容。

文件下载：BQ24210EVM-678.pdf

1.1 EVM特性

• 充电能力：具备800-mA的单输入、单节锂离子电池太阳能充电能力。
• 可配置性：通过电阻可对充电电流和输入电压动态功率管理进行编程设置。
• 状态指示：配备LED指示灯，方便显示充电状态。
• 测试便捷：提供关键信号的测试点，便于探针连接进行测试；还有跳线，可轻松更改设置。

1.2 总体描述

bq24210/2系列是高度集成的锂离子线性充电器，适用于空间受限的便携式应用。其高输入电压范围和输入过压保护支持低成本的非稳压适配器。可编程的输入电压调节阈值的输入电压调节环路，使其适合从太阳能板或感应充电垫等替代电源进行充电。该集成电路有一个单一的电源输出为电池充电，系统负载可与电池并联，但需确保在10小时安全定时器内平均系统负载不会影响电池完全充电。bq24210有EN引脚，bq24212有MODE引脚，具体差异可参考数据手册。电池充电分为调节、恒流和恒压三个阶段，在所有充电阶段，内部控制环路会监控IC结温，若超过内部温度阈值则降低充电电流。

1.3 I/O 接口描述

接口	描述
J1 - VBUS	正输入
J1 - GND	负输入
J2 - BAT	充电器输出
J2 - GND	接地
J2 - TS	温度限定输入
J3 - GND	接地
J3 - VDPM	对输入电压调节阈值进行编程
J3 - CHG	充电状态指示
J3 - EN（仅BQ24210）	芯片使能控制，该引脚必须拉低设备才能工作
J3 - MODE（仅BQ24212）	芯片模式控制，具体操作参考数据手册
J3 - PG	电源存在指示
J4 - ISET	对快速充电电流设置进行编程
J4 - VTSB	TS偏置参考电压引脚，稳压输出
J4 - GND	接地

1.4 跳线设置

跳线	描述	工厂设置
JP1	对快速充电电流设置进行编程，JP1接通时为500 mA；断开时为外部设置	断开（外部设置）
JP2	JP2接通时将/EN和/PG连接在一起，电源存在时启用充电器	断开（外部/EN）
JP3	对输入电压调节阈值进行编程，JP3接通时为4.5V；断开时为外部设置	断开（外部设置）
JP4	JP4接通时为有限功率充电模式（LPCM）；断开时为正常操作	断开（正常操作）
JP5	选择外部TS输入或内部TS设置，1 - 2为外部TS输入，2 - 3为内部TS设置	接通1 - 2（外部TS）
JP6	为LED提供上拉电源，1 - 2为BAT，2 - 3为VBUS	接通2 - 3（VBUS）
JP7	充电器EN / MODE，1 - 2为OFF/HIGH，2 - 3为ON/LOW	接通1 - 2（充电器OFF / MODE High）

1.5 推荐工作条件

参数	描述	最小值	典型值	最大值	单位	备注
电源电压，V BUS	输入电压	4.5		7.3	V
电池电压，V BAT	J2的VBAT端子施加的电压	0		4.2	V
电源电流	最大输入电流	0		0.8	A
充电电流，I chrg	电池充电电流	0		0.8	A
工作结温范围，T J		0		125	°C

输入电压调节阈值和充电电流可通过外部电阻进行编程，具体公式如下：

• 输入电压调节阈值编程电阻 (R_{VDPM }=frac{left( VBUS_DPM - VBUS_DPM_1 right)}{KVBUS_DPM }) ，其中 (VBUS_DPM) 是期望的输入电压调节电压阈值， (VBUS_DPM_1) 是内置偏移阈值（标称3.5 V）， (KVBUS_DPM) 是电气规格中的增益因子。
• 充电电流编程电阻 (R{ISET }=frac{K{ISET }}{I{OUT} }) ，其中 (I{OUT}) 是期望的快速充电电流， (K{ISET}) 是规格中的增益因子。终止和预充电电流分别内部设置为快速充电电流的10%和20%，预充电到快速充电的 (V{lowv}) 阈值设置为2.5 V。

二、测试总结

2.1 定义

在测试过程中，遵循特定的命名约定，如VXXX表示外部电压供应名称，LOADW表示外部负载名称等，方便对测试参数进行准确描述。

2.2 推荐测试设备

• 电源：电源1（PS#1）需能够提供20 V、1 A的电源。
• 负载：一个20-V（或以上）、1-A（或以上）的电子负载，可在恒流和恒压模式下运行。
• 仪表：四个Fluke 75万用表（或等效或更好的仪表），也可用两个等效电压表和两个等效电流表，电流表需能测量1 A以上电流。

2.3 推荐测试设备设置

1. 将电源1（PS#1）设置为6.5 V ± 200 mVDC，1-A ± 0.1-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, GND）。
3. 在J1（VBUS, GND）两端连接电压表。
4. 将负载1与电流表串联连接到J2（VBAT, GND），关闭负载1。
5. 在J2（VBAT, GND）两端连接电压表。
6. 检查所有跳线，JP1断开；JP2断开；JP3断开；JP4断开；JP5连接1 - 2（外部TS）；JP6连接2 - 3（VBUS）；JP7连接1 - 2（充电器OFF/ MODE high）。

2.4 推荐测试程序以确认IC操作

2.4.1 电源测试

确保遵循设备设置步骤，断开负载1，打开PS#1，测量 (V(J 1(V B U S))=6.5 V pm 200 mV) ， (V(J 2(VBAT))=0 V pm 200 mV) ， (V(J 4(VTSB))=0 V pm 200 mV) ，观察D1（PG）点亮，D2（CHG）熄灭。

2.4.2 充电器启用和电池检测

连接JP1，连接JP7的2 - 3（充电器ON/MODE High），测量 (V(J 4(VTSB))=2.2 V pm 300 mV) ；连接JP5的2 - 3（内部TS），调整R6直到 (V(JP 4 - 1)=0.7 V pm 200 mV) ，测量 (V(J 2(V B A T))=4.2 V pm 200 mV) ，观察D1（PG）点亮，D2（CHG）熄灭。

2.4.3 充电电流/电压调节

重新连接负载1并打开，使用恒压模式，连接JP1，将输出电压设置为2.2 V，测量 (I(J 2(V B A T))=0.1 A pm 50 mA) ，观察D1（PG）点亮，D2（CHG）点亮；将负载1的电压增加到3.5 V，测量 (I(J 2(V B A T))=0.5 A pm 100 mA) ，观察D1（PG）点亮，D2（CHG）点亮。

三、PCB布局指南

• 散热处理：bq24210封装背面的裸露散热垫必须焊接到PCB接地，确保IC下方有足够的散热过孔连接到其他层的接地平面。
• 电容连接：VBUS、BATC的去耦电容与IC的互连应尽可能短。
• 参考设计：可使用EVM布局作为设计参考。

四、物料清单、电路板布局和原理图

4.1 物料清单

包含电容、二极管、接头、电阻、电位器、IC等各种元件，详细信息可参考文档中的表格。需要注意的是，这些组件对静电敏感，需采取静电防护措施，且必须清洁，无焊剂和其他污染物，需符合IPC - A - 610 Class 2工艺标准。部分元件不能替代，安装标签需在最终清洗后进行。

4.2 电路板布局

提供了顶部组件、顶层和底层的布局图，有助于工程师了解电路板的结构和元件分布。

4.3 原理图

给出了bq24210 EVM的原理图，方便工程师进行电路分析和设计。

五、修订历史

文档从最初版本到A版本和B版本有多处修订，包括文档标题、部分描述、测试程序和表格内容等的更改，工程师在使用时需注意版本差异。

六、评估模块标准条款和条件

6.1 交付

TI按照规定的条款和条件向用户交付评估模块（EVM），EVM仅用于产品或软件开发人员在研发环境中对TI半导体产品进行可行性评估、实验或科学分析，不得直接或间接组装到成品中，相关软件遵循其适用的许可协议。

6.2 有限保修和相关补救措施/免责声明

TI对EVM提供90天的保修，保证其符合公布的规格，但对于因用户疏忽、误用、不当安装或测试以及非TI进行的更改导致的缺陷不承担责任。若EVM不符合保修条件，TI的责任仅限于维修、更换或对用户账户进行信用处理。

6.3 监管通知

不同国家和地区对EVM有不同的监管要求，如美国对于未获得FCC批准的EVM有相关使用和销售限制，加拿大对于包含无线电发射器和可拆卸天线的EVM有特定规定，日本对于EVM的使用和认证也有详细要求。

6.4 EVM使用限制和警告

EVM不得用于功能安全和/或安全关键评估，用户在使用前必须阅读并遵守用户指南和相关文档中的警告和限制通知，操作时需在TI推荐的规格和环境条件下进行，确保安全。

6.5 信息准确性

TI尽力提供准确的EVM信息，但不保证其网站上的EVM描述、可用性或其他信息的准确性、完整性、可靠性、及时性或无错误。

6.6 免责声明

除上述规定外，EVM及其相关设计材料按“现状”和“带有所有缺陷”提供，TI不承担其他明示或暗示的保证，包括适销性、特定用途适用性或不侵犯第三方知识产权等。

6.7 用户赔偿义务和声明

用户需对因不按照条款和条件使用EVM而产生的所有索赔、损害、损失、费用和责任进行辩护、赔偿并使TI及其许可方和代表免受损害。

6.8 损害和责任限制

TI对特殊、间接、惩罚性、附带性、后果性或示范性损害不承担责任，其总责任不超过用户为特定EVM单元支付的总金额。

6.9 退货政策

除非另有规定，TI不提供退款、退货或换货服务，若用户认为收费错误或交付违反订单，可联系TI。

6.10 适用法律

这些条款和条件受德克萨斯州法律管辖，任何争议的非专属管辖权位于德克萨斯州的法院。

德州仪器的bq24210/2 EVM为工程师提供了一个全面的评估平台，通过详细了解其特性、测试方法和相关条款，工程师可以更好地进行设计和开发工作。在实际应用中，你是否遇到过类似评估模块使用的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。