探索bq25570电池充电器评估模块：高效能源采集的理想之选

在电子工程师的日常工作中，能源采集与管理一直是一个关键的研究领域。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的bq25570电池充电器评估模块（EVM），这一模块为能源采集应用提供了强大而灵活的解决方案。

文件下载：BQ25570EVM-206.pdf

1. 模块简介

1.1 EVM特性

bq25570 EVM是一款专为能源采集应用设计的评估模块，集成了超低功耗的升压充电器和降压转换器，并具备电池管理功能。其特性包括：

• 电阻可编程的过压设置，提供灵活的电池管理方案。
• 可编程的推挽输出指示器，用于显示电池状态（VBAT_OK）。
• 关键信号测试点，便于测试和调试。
• 跳线设计，方便更改设置。

1.2 总体描述

bq25570是一款集成的能源采集纳米电源管理解决方案，非常适合满足超低功耗应用的特殊需求。它能够高效地获取和管理来自各种高输出阻抗（HiZ）直流源（如光伏、热电发电机）或交流/直流整流器、压电发电机的微瓦（µW）到毫瓦（mW）级别的功率。

该模块的升压转换器/充电器采用脉冲频率调制（PFM）技术，能够在冷启动模式下仅需微瓦级别的功率即可开始工作。一旦升压转换器输出VSTOR达到约1.8 V，主升压转换器就能更高效地从低电压输出的能源采集器中提取功率。

此外，bq25570还实现了可编程的最大功率点跟踪（MPPT）采样网络，以优化功率传输。它会定期对输入电压进行采样，并根据环境条件调整输入电压，以确保在各种情况下都能实现最大功率传输。

2. 设计与评估考虑

2.1 系统设计提示

与设计由交流/直流转换器或大型电池供电的系统相比，设计由HiZ源供电的系统需要考虑更多因素。由于实时输入采集的功率可能不足以支持系统的全运行，因此能源采集电路需要在环境条件允许时收集更多能量，并将其存储在储能元件中，以备后续使用。

2.2 功率平衡计算

对于任何升压转换器，都需要进行功率平衡计算，以确定满足所需输出功率的最小输入功率。公式为 (P{out} / P{IN}=(V{STOR} ×I{STOR}) /(V{IN} ×I{IN})=η)，其中 η 是相同或非常相似配置下的估计效率。

3. EVM性能规格总结

参数	最小值	典型值	最大值	单位
VIN(DC)	0.13	-	4.0	V
VIN_Start-up(DC)	330	-	-	mV
VBAT_OV	4.04	-	4.32	V
VOUT	1.75	1.8	1.85	V
OK_HYST	2.70	2.79	2.88	V
OK_PROG	2.89	2.99	3.09	V
MPPT	-	80%	-	-
CBAT	-	100 µF	-	-

4. 测试与测量总结

4.1 测试设置提示

能源采集电源是高阻抗源，使用配置为电流源且电压合规设置为采集器开路电压的源表是模拟采集器的最佳方法。在使用低输出阻抗的实验室电源模拟HiZ能源采集器时，需要使用物理电阻来模拟采集器的阻抗。

4.2 测试设置与结果

• 升压充电器效率：通过特定的测试设置和设备，测量升压充电器的效率。由于升压转换器调节输入电压而非输出电压，且采用PFM开关、在非常低的电流下运行并具有MPPT功能，因此需要特殊的测量方法。
• 降压转换器效率：将VSTOR连接到低阻抗电源，并通过串联电流计测量电流。为了过滤PFM开关引起的电流突发，需要将输入电流计设置为最高级别的过滤和/或平均。
• 降压转换器负载瞬态：通过特定的测试设置，观察降压转换器在负载瞬态时的性能。
• 充电器在负载瞬态期间的操作：测量充电器在负载瞬态期间的电感电流、VSTOR的纹波电压等参数。
• 降压转换器在负载瞬态期间的操作：测量降压转换器在负载瞬态期间的电感电流、VSTOR和VOUT的纹波电压等参数。
• 从降压转换器输出为超级电容器充电：将VIN_DC连接到源表，VOUT连接到超级电容器，测量充电过程中的电压变化。

5. 物料清单与电路板布局

5.1 物料清单

该模块的物料清单包括各种电容、电感、电阻、接头、测试点和集成电路等。详细的物料清单可参考文档中的表格。

5.2 EVM电路板布局

电路板布局对于开关电源的性能至关重要。在布局时，应使用宽而短的走线来减少电阻和电感，输入和输出电容以及电感应尽可能靠近集成电路。同时，应注意避免高阻抗电压设置节点的噪声拾取，以及电源地和控制地的分离。

6. PCB布局指南

PCB布局是设计开关电源的重要步骤，特别是在高峰值电流和高开关频率的情况下。为了确保升压转换器/充电器和降压转换器的稳定性和EMI性能，应遵循以下布局原则：

• 使用宽而短的走线作为主电流路径和电源地路径。
• 输入和输出电容以及电感应尽可能靠近IC。
• 高阻抗电压设置节点的外部电阻应放置得尽可能靠近IC，以减少走线长度。
• 非电源地返回路径应使用短走线，并与电源地走线分离，以避免地偏移问题。
• 为了在轻负载时最大化效率，建议使用大于1MΩ的电压设置电阻。同时，应注意电路板组装过程中的污染物可能会影响电阻的性能，因此需要对电路板进行仔细清洁。

总的来说，bq25570电池充电器评估模块为能源采集应用提供了一个全面而灵活的解决方案。通过合理的设计和测试，可以充分发挥其性能优势，为电子设备的能源管理提供可靠的支持。你在使用类似的能源采集模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。