BQ25611D/ BQ25619（BMS025）评估模块使用指南

在电子设备设计中，充电模块的性能至关重要。BQ25611D和BQ25619评估模块（EVM）作为德州仪器（Texas Instruments）推出的产品，为评估 (I^{2} C) 控制的单电池NVDC充电提供了便利。下面我将结合官方文档，详细介绍该评估模块的相关内容。

文件下载：BQ25611DEVM.pdf

一、评估模块简介

1.1 模块特性

BQ25611D和BQ25619这两款设备对应的评估模块BMS025，是完整的充电器模块，可用于评估 (I^{2} C) 控制的单电池NVDC充电。具体设备信息如下表：	设备	数据手册	EVM标签	版本
BQ25611D	SLUSDF6	BQ25611DEVM	002
BQ25619	SLUSDF8	BQ25619EVM	005

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，需单独订购。

1.2 I/O接口描述

评估模块的I/O接口定义明确，不同接口承担着不同的功能，具体如下：	接口	描述
J1(2) –VIN	充电器输入电压正轨
J1(1) –GND	接地
J2(1) – SYSTEM	充电器系统输出电压正轨，通常连接到系统负载
J2(2) –GND	接地
J3(1) –PMID	反向升压模式（OTG）下用于移动电源应用的充电器输出电压正轨，此输出在正向降压模式下也与VIN输入轨共用
J3(2) –GND	接地
J4(3) –BATTERY	充电器电池输入正轨，连接到外部电池的正极
J4(2) – BATSNS	连接到电池正节点的输入，用于远程电池电压测量
J4(1) - GND	接地
J5	用于EV2300/2400接口板的 (I^{2} C) 4针连接器
J6	输入源Micro B USB端口

同时，模块上还有一些跳线和分流器安装，不同设备的设置有所不同，例如在I/O上拉轨选择（JP1）中，BQ25611D设置为上拉到SYS，而BQ25619则是短接上拉到SYS。

1.3 推荐操作条件

为了确保评估模块的正常运行，推荐的操作条件如下：	符号	描述	最小值	典型值	最大值	单位
(V{VBUS}), (V{VAC})	施加到VAC和VBUS引脚的输入电压	3.9		14.0	V
(V_{BAT})	施加到BAT引脚的电池电压	0	4.208	4.52	V
(I_{VBUS})	流入VBUS的输入电流	0		3.2	A
(I_{SW})	输出电流（SW）			3.2	A
(I_{BAT})	快速充电电流	0		3.0 (1)	A
内部BATFET的放电电流			6	A

注：(1) BQ25619EVM的最大 (I_{BAT}) 为1.5A。

二、测试准备

2.1 所需设备

进行测试需要准备以下设备：

1. 电源：需要一个能够提供5V、3A的电源（PS1），虽然该模块能处理更大的电压和电流，但此测试过程并非必需。
2. 负载：负载1（4象限电源，恒定电压 <4.5V），可选择 “Kepco” 负载BOP 20 - 5M，DC 0到 +20V，0到 ±5A（或更高）；也可使用0 - 20V/0 - 5A、>30W的直流电子负载设置为恒定电压加载模式。负载2（电子或电阻负载）为10Ω、5W（或更高）。
3. 仪表：6个 “Fluke 75” 万用表（或等效或更好的），也可使用4个等效电压表和2个等效电流表，电流表必须能够测量至少5A的电流。
4. 计算机：配备至少一个USB端口和USB电缆的计算机，并且需要安装最新版本的Battery Management Studio。
5. 通信套件：EV2300/EV2400基于USB的PC接口板。
6. 软件：从www.ti.com下载最新版本的BQSTUDIOTEST，双击Battery Management Studio安装文件并按照安装步骤操作，该软件支持Microsoft® Windows® XP、7和10操作系统。

2.2 设备设置

设备设置步骤如下：

1. 查看评估模块的连接信息（表1 - 2）。
2. 将PS1设置为5V直流、2A电流限制，然后关闭电源。
3. 将PS1的输出与电流表串联连接到J1（VBUS和PGND）。
4. 在TP12（VBUS）和TP31（PGND）之间或J1两端连接电压表。
5. 打开负载1，设置为恒定电压模式，输出为2.5V，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PGND）。
6. 在TP16（BAT）和TP30（PGND）之间或J4 - 3和J4 - 1两端连接电压表。
7. 在TP17（SYS）和TP30（PGND）之间或J2 - 1和J2 - 2两端连接电压表。
8. 在TP14（VPB）和TP32（PGND）之间或J3 - 1和J3 - 2两端连接电压表。
9. 使用USB电缆将EV2300/2400 USB接口板连接到计算机，并使用4针电缆从 (I^{2} C) 端口连接到J5。
10. 按照表1 - 3安装分流器。

2.3 软件设置

软件设置步骤如下：

1. 在连接到EV2300/2400接口板的计算机上，启动Battery Management Studio（BQStudio），选择充电器。
2. 根据设备从窗口中选择适当的配置文件。
3. 选择后，将出现BQ2561X EVM软件的主窗口。

三、测试流程

3.1 初始设置

1. 确保已完成设备设置步骤。
2. 若尚未启动，启动BQ2561X EVM GUI软件。
3. 打开PS1，测量 (V_{sys})（SYS - TP17和PGND - TP30） = 4.20V ±0.3V。若测量值不同，需完全断开负载1与电池的连接。

3.2 通信验证

1. 在EVM软件中点击读取寄存器按钮，验证GUI右上角的读数。若设备读取出现Device ACK Error，需检查设备设置和初始设置步骤是否正确。
2. 在Field View中进行必要的更改，如设置输入电压限制为4.2V、禁用看门狗定时器、设置输入电流限制为0.5A、启用充电、取消启用终止等。

3.3 充电器模式验证

1. 确保PS1处于开启状态，在EVM软件中点击读取寄存器按钮两次，验证所有故障状态显示为 “Normal”，STAT LED（D5）亮起。
2. 启用负载1并进行测量：
   • 测量 (V_{SYS})（SYS - TP17和PGND - TP30） = 3.65V ±0.3V。
   • 测量 (V_{BAT})（BATTERY - TP16和PGND - TP30） = 2.5V ±0.2V。
   • 测量 (I_{BAT}) = 240mA ±50mA。
3. 将负载1更改为3.7V并再次测量：
   • 测量 (V_{SYS})（SYS - TP17和PGND - TP30） = 3.8V ±0.3V。
   • 测量 (V_{BAT})（BATTERY - TP16和PGND - TP30） = 3.7V ±0.2V。
   • 测量 (I_{BAT}) = 480mA ±200mA。
4. 在EVM软件中设置 (I_{IN}) = 500mA ±200mA。

3.4 升压模式验证

1. 关闭并断开PS1。
2. 将负载1设置为3.7V、2A电流限制。若负载1不是四象限电源，需移除负载1，使用之前断开的PS1，设置为3.7V、2A电流限制并连接到BATTERY - J4(3)到PGND - J4(1)。
3. 在EVM软件中进行相应设置。
4. 连接负载2：对于BQ25619（BMS025 - 005），连接到VPB - J3(1)和PGND - J3(2)；对于其他设备，连接到VIN - J1(2)和PGND - J1(1)。测量电压，对于BQ25619，测量VPB（VPB - TP14和PGND - TP32） = 5.0V ±0.2V；对于其他设备，测量VBUS（VBUS - TP12和PGND - TP31） = 5.0V ±0.2V。
5. 关闭并断开电源。
6. 移除负载2的连接。

3.5 评估结果

文档中提供了BQ25619EVM在充电器模式和升压模式下的效率数据，可通过相关图表（图2 - 5和图2 - 6）查看。

3.6 测试小贴士

1. 各种电源、电池和负载的引线和电缆存在电阻，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）感应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。若没有电池热敏电阻，确保分流器JP7就位。
2. 当使用能够源和吸收电流的源表作为电池模拟器时，建议在评估模块的电池和接地连接器处添加一个大电容（1000 + μF），以防止由于充电器输出和源表输入在各自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线感应可消除使用单独电压表测量BAT引脚电压的需要，但要确保感应线正确连接，以防止电源引线意外过压。
3. 为了精确测量输入和输出电流，特别是接近终止时的电池充电电流调节，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通过测量BMS025 EVM上相关感测电阻两端的差分电压。

四、PCB布局指南

为了减少开关损耗，应尽量缩短开关节点的上升和下降时间。合理布局组件以最小化高频电流路径环路，对于防止电场和磁场辐射以及高频谐振问题至关重要。PCB布局应遵循以下优先级列表：

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引脚放置，减少该迹线的铜面积以降低电场和磁场辐射，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连接或GND平面连接到IC接地。
4. 模拟地和电源地分开布线，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或使用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，保证IC下方有足够的热过孔连接到其他层的接地平面。
8. 过孔的尺寸和数量应满足给定电流路径的要求。

五、电路板布局、原理图和物料清单

5.1 电路板布局

文档中提供了BMS025 Rev. A的多个层的布局图，包括顶层覆盖层、顶层阻焊层、顶层、中间层1、中间层2、底层、底层阻焊层和底层覆盖层等，可通过这些图表详细了解电路板的布局情况。

5.2 原理图

分别给出了BQ25619EVM和BQ25611DEVM的原理图（图4 - 9和图4 - 10），有助于工程师深入了解电路设计。

5.3 物料清单

详细列出了BQ25619EVM和BQ25611DEVM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、制造商以及可选的替代零件编号和制造商等信息。例如，BQ25619EVM的物料清单中包含了电容、电感、二极管、晶体管、电阻、开关等各种元件。

六、修订历史

文档记录了从修订版B（2020年1月）到修订版C（2022年7月）的更改，如在图2 - 1中更改了电源#1的极性。

综上所述，BQ25611D和BQ25619评估模块为电子工程师提供了一个全面的平台，用于评估单电池NVDC充电。通过遵循上述测试流程和布局指南，工程师可以更好地了解该模块的性能，为实际产品设计提供有力支持。在使用过程中，务必仔细阅读文档中的注意事项和警告，确保操作安全。你在实际使用该评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。