BQ25601和BQ25601D（PWR877）评估模块使用指南

一、引言

在电子设备的开发过程中，对充电模块的评估是至关重要的环节。德州仪器（Texas Instruments）的BQ25601和BQ25601D（PWR877）评估模块为我们提供了一个便捷的平台，用于评估I2C控制的单节NVDC充电功能。下面，我们就来详细了解这个评估模块。

文件下载：BQ25601DEVM-877.pdf

1.1 EVM特性

PWR877评估模块是一个完整的充电器模块，可用于评估使用BQ25601或BQ25601D设备的I2C控制单节NVDC充电。具体的设备信息和数据手册可以参考下表：	设备	数据手册	EVM标签	变体
BQ25601	SLUSCK5	BQ25601EVM - 877	001
BQ25601D	SLUSDA2	BQ25601DEVM - 877	002

需要注意的是，该评估模块不包含EV2300/EV2400接口板，若要进行评估，需要单独订购。

1.2 I/O描述

评估模块上有各种跳线连接，不同的设备变体在跳线设置上有所不同。具体的跳线连接和设置如下表所示：

EVM连接

插孔	描述	BQ25601（变体001）	BQ25601D（变体002）
J1–VAC/VBUS	BQ25601的VAC：正充电器输入电压检测，BQ25601D的VBUS：正充电器输入电压	已安装	已安装
J1–GND	接地	已安装	已安装
J2–PMID	PMID引脚连接	已安装	已安装
J2–GND	接地	已安装	已安装
J3–SYS	连接到系统	已安装	已安装
J3–GND	接地	已安装	已安装
J4–BAT	连接到电池组正节点	已安装	已安装
J4–GND	接地	已安装	已安装
J5	输入迷你USB端口	未安装	已安装
J6	输出迷你USB端口	未安装	未安装
J7	USB - TO - GPIO连接器	未安装	未安装
J8	I2C 4针连接器	已安装	已安装

EVM跳线连接和分流器安装

插孔	描述	BQ25601设置	BQ25601D设置
JP1	D +和PSEL引脚选择	将PSEL短接到低电平	未安装
JP2	D–和PG引脚选择	短接到PG	短接到D -
JP3	VBUS和DSEL引脚选择	短接到VBUS（引脚24）	短接到VBUS
JP4	STAT、PG、CE、INT和OTG引脚内部上拉源（SYS或BAT）	短接到SYS	短接到SYS
JP5	D +和D–连接用于输入电流限制设置	未安装	已安装
JP6	OTG引脚接地	未安装	未安装
JP7	CE引脚设置：拉低以启用充电	已安装	已安装
JP8	TS引脚接地	未安装	未安装
JP9	TS电阻分压器上拉源（REGN）连接	已安装	已安装
JP10	内部10 kΩ到GND到TS引脚	已安装	已安装
JP11	STAT引脚LED指示	已安装	已安装
S1	QON控制	默认关闭	默认关闭
S2	切换以短接指示灯LED	默认关闭	默认打开

同时，该评估模块的推荐工作条件如下表：	符号	描述	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压，VVAC/VBUS	来自交流适配器的输入电压	3.9	5	13.5	V
电池电压，VBAT	在VBAT端子施加的电压	0	4.208	4.624	V
IBAT	快速充电电流	0		3.0	A
通过内部MOSFET的放电电流	6			A
电源电流，IIN	来自交流适配器输入的最大输入电流	0		3.0	A

二、测试总结

2.1 设备准备

要对评估模块进行测试，需要准备以下设备：

1. 电源：电源#1（PS#1），需要能够提供5V、3A的电源。虽然该模块可以处理更大的电压和电流，但在本次测试中并非必需。
2. 负载：
   • 负载#1：（4象限电源，恒定电压 < 4.5V）一个0 - 20V、0 - 5A、> 30W的系统，直流电子负载，并设置为恒定电压负载模式。也可以使用Kepco负载：BOP 20–5M，直流0到±20V，0到±5A（或更高）。
   • 负载#2：用于升压模式，VBUS到GND负载，10Ω，5W或更大。
3. 仪表：六个Fluke 75万用表（或等效或更好的仪表），也可以使用四个等效电压表和两个等效电流表，电流表必须能够测量5A以上的电流。
4. 计算机：一台至少有一个USB端口的计算机和一根USB电缆，并且需要正确安装BQ25601EVM或BQ25601DEVM评估软件。
5. USB - TO - GPIO通信套件：EV2300/EV2400基于USB的PC接口板。
6. 软件：从www.ti.com下载bqStudio，双击电池管理工作室安装文件，按照安装步骤进行操作，该软件支持Microsoft® Windows® XP和Windows 7操作系统。

2.2 设备设置

按照以下步骤设置设备：

1. 将PS#1设置为5V直流、1A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（VAC/VBUS和GND）。
3. 在TP3（VAC/VBUS）和TP6（GND）之间连接电压表。
4. 打开负载#1，设置为恒定电压模式，输出为2.5V，关闭（禁用）负载，将负载与电流表（万用表）串联，接地端连接到J4（BAT和GND）。
5. 在TP5（BAT）和TP7（GND）之间连接电压表以测量电池电压。
6. 使用USB电缆将EV2300/2400 USB接口板连接到计算机，并使用4针电缆将I2C端口连接到J8。
7. 按照前面提到的表3安装分流器。
8. 打开计算机，启动电池管理工作室（bqStudio），选择充电器和Charger_1_00 - bq25601.bqz或Charger_1_00 - bq25601D.bqz评估软件。

2.3 测试程序

2.3.1 电流设置

设置电流时，请遵循以下步骤：

1. 确保完成设备设置步骤。
2. 如果尚未启动，启动BQ25601或BQ25601D EVM GUI软件。
3. 打开PS#1，测量Vsys（TP4（SYS），TP8（GND）） = 4.20 ± 0.3V。如果看到不同的电压值，请完全断开负载#1与BAT引脚的连接。

2.3.2 通信验证

进行通信验证的步骤如下：

1. 在EVM软件中，将设备的“I2C地址”指定为D6（适用于BQ25601或BQ25601D）。
2. 点击“读取”按钮。
3. 在EVM GUI软件的字段视图中，根据需要进行以下更改：
   • 选择“禁用”看门狗定时器。
   • 将输入电压限制设置为“4.2V”。
   • 将输入电流限制设置为“0.5A”。
   • 将BQ2601EVM的充电电压限制设置为“4.208V”，将BQ25601DEVM的充电电压限制设置为“4.199V”。
   • 将快速充电电流限制设置为“0.48A”。
   • 将预充电电流限制设置为“0.24A”。
   • 将最小系统电压设置为“3.5V”。
   • 选择“启用充电”。
   • 取消选择“启用终止”。

2.3.3 充电器模式验证

验证充电器模式的步骤如下：

1. 打开PS#1，点击“读取”按钮两次，观察故障框中的所有内容是否为“正常”，同时观察D3（STAT）和D4（PG）是否亮起。
2. 启用设备设置步骤4中的负载#1，测量J3和J4之间的电压。
3. 将负载更改为3.7V，再次测量相关电压和电流。
4. 在软件中，将快速充电电流限制设置为“1.02A”，测量输入电流。

2.3.4 升压模式验证

验证升压模式的步骤如下：

1. 关闭并断开PS#1。
2. 如果从BAT到GND连接的恒定电压负载不是4象限电源（提供电流），则移除该负载，并使用步骤1中断开的电源，设置为3.7V和2A电流限制，连接到BAT和GND之间。
3. 在GUI中选中“启用OTG”选项。
4. 在J1 VAC/VBUS(+)到GND(–)之间施加10Ω（5W或更大）电阻，测量VAC/VBUS电压。
5. 关闭并断开电源。
6. 移除VAC/VBUS处的10Ω电阻。

2.3.5 评估结果

测试包含了充电效率与充电电流以及IINDPM精度与IINDPM设置的图表。对于PWR877的BQ25601EVM（变体001），需要注意以下几点：

1. VBUS测试点在当前版本的BQ25601EVM板上的位置不是最优的。
2. VBUS电容在BQ25601EVM上的位置不是最优的。
3. 为了准确测量BQ25601EVM的效率，需要在集成电路（IC）的引脚24处焊接一根导线，并使用该点的电压读数作为效率计算的实际VBUS电压。
4. 为了实现紧密的IINDPM调节，必须在引脚24附近放置一个大于1μF的电容。

2.3.6 有用提示

在测试过程中，还需要注意以下几点：

1. 各种电源、电池和负载的引线和电缆都有电阻，电流表也有串联电阻。充电器会根据其VAC/VBUS引脚（使用VINDPM功能）、BAT引脚（作为正常终止的一部分）和TS引脚（通过电池热敏电阻进行电池温度监测功能）感应到的电压动态降低充电电流。因此，必须使用电压表尽可能靠近IC引脚测量电压，而不是依赖电源的数字读数。如果没有电池热敏电阻，请确保跳线JP9和JP10就位。
2. 当使用能够提供和吸收电流的源表作为电池模拟器时，TI强烈建议在EVM的BAT和GND连接器处添加一个大的（1000 + μF）电容，以防止由于充电器输出和源表输入在各自的调节环路带宽内的阻抗不匹配而导致BAT引脚出现振荡。配置源表进行4线感应可以消除使用单独电压表测量BAT引脚电压的需要，但在使用4线感应时，必须确保感应线连接正确，以防止电源引线意外过压。
3. 为了精确测量接近终止时的充电电流和电池调节，与电池或电池模拟器串联的电流表不应设置为自动量程，甚至可能需要完全移除。测量充电电流的另一种方法是使用带有霍尔效应电流探头的示波器，或者在BAT引脚和电池之间串联一个1%或更好的、具有热能力的（例如，0.010Ω，1210或更大封装）电阻，并测量该电阻两端的电压。

三、PCB布局指南

在设计PCB时，需要遵循以下布局优先级列表，以最小化开关节点的上升和下降时间，减少开关损耗，防止电磁场辐射和高频谐振问题：

1. 将输入电容尽可能靠近PMID引脚和GND引脚连接，并使用最短的铜迹线连接或GND平面。
2. 将电感输入端子尽可能靠近SW引脚，最小化该迹线的铜面积以降低电磁场辐射，但要使迹线足够宽以承载充电电流，不要使用多层并联进行此连接，最小化该区域与任何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，使用短铜迹线连接或GND平面将接地连接到IC接地。
4. 将模拟地与电源地分开布线，分别连接模拟地和电源地，使用电源焊盘作为单一接地连接点将模拟地和电源地连接在一起，或者使用0Ω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，使用接地铜浇注，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，确保IC正下方有足够的热过孔连接到其他层的接地平面。
8. 过孔的尺寸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

文档中提供了PWR877 Rev. B的多个层的PCB布局图，包括顶层覆盖层、顶层阻焊层、顶层、第1层、第2层、底层、底层阻焊层和底层覆盖层等。

4.2 原理图

分别给出了BQ25601EVM - 877和BQ25601DEVM - 877的原理图。需要注意的是，对于BQ25601，引脚1是VAC引脚，即充电器输入电压检测引脚，该引脚必须连接到引脚24（VBUS）。

4.3 物料清单

详细列出了BQ25601EVM - 877和BQ25601DEVM - 877的物料清单，包括每个元件的设计编号、数量、值、描述、封装参考、零件编号、制造商、替代零件编号和替代制造商等信息。同时，除非在替代零件编号或替代制造商列中另有说明，所有零件都可以用等效零件替换。

五、总结

通过对BQ25601和BQ25601D（PWR877）评估模块的详细测试和了解，我们可以更好地评估其在I2C控制单节NVDC充电方面的性能。在实际应用中，需要严格按照测试步骤和布局指南进行操作，以确保评估结果的准确性和可靠性。同时，在使用评估模块时，还需要遵守相关的使用限制和警告，确保安全和合规。你在使用这个评估模块的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。