深入解析bq25871和bq25872 PWR813评估模块

在电子设备的设计开发中，电池充电管理是一个关键环节。德州仪器（TI）的bq25871和bq25872 PWR813评估模块（EVM）为评估高度集成的电池开关提供了一个完整的解决方案。本文将详细介绍该评估模块的特性、测试流程、PCB布局指南以及相关的注意事项。

文件下载：BQ25871EVM-813.pdf

评估模块特性

基本功能

bq2587x评估模块是一款用于评估WCSP封装的高度集成电池开关的完整充电器模块，适用于广泛的智能手机和平板电脑中的单节锂离子和锂聚合物电池。该模块不包含EV2300或EV2400（EV2x00）接口板，若要进行评估，需要单独订购。

设备数据

具体的设备数据如下表所示：	设备	数据表	EVM标签	变体
bq25871	SLUSCN1	BQ25871EVM-813	001
bq25872	SLUSCN1	BQ25872EVM-813	002

I/O描述

该评估模块的跳线连接设置如下：	插孔	描述	bq25871设置	bq25872设置
J1 – VBUS/VUSB	安装时VBUS短接到VUSB	安装	未安装
J2 – VBUS/VUSB	安装时VBUS短接到VUSB	安装	未安装
J4 – VBUS/PGND	输入端子，用于bq25871且无需外部OVP FET	适用	不适用
J3 – VUSB/PGND	输入端子，用于bq25872且需外部OVP FET	不适用	适用
J5 – VOUT(PACK+)/GND(PACK-)	输出端子	连接到电池	连接到电池
J6 – I2C	EV2x00 I2C 4针连接器	连接到主机	连接到主机
J7 - SRP/SRN	外部电池电流感应连接：正（SRP）和负（SRN），需JP4和JP6未安装	连接到外部电池电流感应	连接到外部电池电流感应

跳线设置

评估模块的跳线连接设置如下：	插孔	描述	bq25871设置	bq25872设置
JP1	VUSB引脚连接选择	(2)短接到(1) VUSB	(2)短接到(1) VUSB
JP2	ADDR/CHGSTAT选择	(2)短接到(3) CHGSTAT	(2)短接到(3) CHGSTAT
JP3	EN引脚条件选择	(2)短接到(1) 1.8V	(2)短接到(1) 1.8V
JP4	SRP感应电阻高低侧选择，默认低侧	(2)短接到(1)	(2)短接到(1)
JP5	OVPSET引脚条件选择	(2)短接到(1) PGND	(2)短接到(1) PGND
JP6	SRN感应电阻高低侧选择，默认低侧	(2)短接到(1)	(2)短接到(1)
JP7	ADDR引脚条件选择	(2)短接到(1) PGND	(2)短接到(1) PGND
JP8	1.8V电源到TS_BUS	安装	安装
JP9	1.8V电源到TS_BAT	安装	安装
JP10	INT LED指示灯	安装	安装
JP11	1.8V电源选择，默认VBUS	(2)短接到(1)	(2)短接到(1)
JP12	I2C上拉选择，默认1.8V	安装	安装
JP13	TS_BUS连接到电压源	安装	安装
JP14	TS_BAT连接到电压源	安装	安装
JP15	TS_BUS电压调整	安装	安装
JP16	TS_BAT电压调整	安装	安装
JP17	CHGSTAT LED指示灯	安装	安装

推荐操作条件

该评估模块的推荐操作条件如下表所示：	参数	最小值	最大值	单位
VUSB (EN = low, or CHG_EN = ‘0’)	2.8	14	V
VBUS (EN = high, or CHG_EN = ‘1’)	0	6	V
VOUT	2.8	6	V
BATP, BATN	0	6	V
SRP – SRN (差分电压)	–0.2	0.2	V
TS_BAT, TS_BUS (TS引脚电压范围)	0	3	V
SDA, SCL, ADDR (CHGSTAT), /INT, EN, OVPSET	0	5	V
IVOUT (最大电流从VBUS到VOUT)	–3	7	A
TA (工作自由空气温度范围)	–40	85	°C

测试流程

所需设备

• 电源：一个能够提供5V、1.5A（或更高）的电源。若电源无电流和电压显示，需单独的电流计和电压表来测量输入电流和电压。
• 负载：一个0 - 20V / 0 - 6A、功率大于30W的系统，设置为恒定电压负载模式的直流电子负载，如Kepco负载BOP 20 - 5 M（DC 0到±20V，0到±5A或更高）。若电子负载无电流和电压显示，需单独的电流计和电压表来测量输出电流和电压。
• 仪表：六个Fluke 75万用表（或等效或更好的），或四个等效电压表和两个等效电流表（电流表需能测量5A以上电流）。仅在电源和负载需要时使用。
• 计算机：一台至少有一个USB端口的计算机，并配备USB电缆，需正确安装bq2587xEVM评估软件（bqStudio）。
• EV2x00通信套件：基于USB的PC接口板。

软件下载

从http://www.ti.com/tool/bqstudio下载bqstudio，并按照安装步骤进行安装。该软件支持Microsoft® Windows® XP和Windows 7操作系统。

设备设置

1. 设置电源为5V直流输出，电流限制为1.5A或更高，然后关闭电源。
2. 将电源输出连接到J4（VBUS和GND）（对于BQ25872连接到J3 VUSB）。
3. 打开负载，设置为恒定电压模式，输出为3.6V，然后关闭负载。将负载连接到J5（VOUT和GND）。
4. 使用USB电缆将EV2x00 USB接口板连接到计算机，并使用4针电缆将I2C端口连接到J6。
5. 按照图示安装跳线。
6. 打开计算机，启动电池管理工作室（bqStudio），选择充电器和相应的bq25871或bq25872评估软件。

测试步骤

1. 给设备上电。
2. 确保设备设置步骤已完成。
3. 若未启动，启动bq25870x EVM GUI软件。
4. 打开电源，测量TP21(1.8V)与GND之间的电压应为1.8V ± 0.2V。
5. 打开电子负载，测量输入和输出的电压和电流：
   • bq25871：VBUSs(TP8) = 5.0V ± 0.2V，I_VBUS = 0A；
   • bq25872：VUSBs(TP12) = 5.0V ± 0.2V，I_VBUS = 0A；
   • 输出：VOUTs(TP5) = 3.6V ± 0.2V，I_VOUT = 0A。

通信验证

1. 在EVM软件中，选择字段视图，指定正确的设备“I2C地址”，如bq25871和bq25872为CA(65)。
2. 点击读取按钮，设备应显示ACK OK。
3. 在EVM软件中，根据需要进行以下更改：
   • 选择禁用看门狗定时器；
   • 将IBUS REG(A)设置为1.0A。
4. 点击读取按钮，观察故障框中应一切正常。

充电器模式验证

1. 选择充电启用。
2. 测量输入电压和电流：
   • bq25871：VBUSs(TP8) = 5.0V ± 0.2V，I_VBUS = 1.0A ± 0.2A；
   • bq25872：VUSBs(TP12) = 5.0V ± 0.2V，I_VBUS = 1.0A ± 0.2A。
3. 将IBAT REG(A)设置为0.8A。
4. 测量输出电压和电流：VOUTs(TP5) = 3.6V ± 0.2V，I_VOUT = 0.8A ± 0.3A。
5. 取消选择充电启用（禁用充电）。
6. 测量J3和J5处的电流，应都为零安培：
   • bq25871：VBUSs(TP8) = 5.0V ± 0.2V，I_VBUS = 0A ± 0.1A；
   • bq25872：VUSBs(TP12) = 5.0V ± 0.2V，I_VBUS = 0A ± 0.1A；
   • 输出：VOUTs(TP5) = 3.6V ± 0.2V，I_VOUT = 0A ± 0.1A。
7. 关闭并断开负载。
8. 关闭并断开电源。

PCB布局指南

bq2587x支持高达7A的充电电流，因此最大化BUS和VOUT的铜迹线至关重要。TI推荐以下PCB布局指南：

• 使用至少110密耳（2.794mm）宽的铜迹线分别用于VBUS和VOUT，以确保电流均匀流过所有7个WCSP焊球。
• VBUS和VOUT的铜迹线在转弯前应至少直走150密耳（3.81mm）（垂直于WCSP球阵列）。
• 在其他地方使用尽可能大的铜浇注用于VBUS和VOUT迹线。
• 使用尽可能大的铜浇注用于PGND。
• 将VBUS和VOUT的去耦电容尽可能靠近IC放置。

板布局、原理图和物料清单

板布局

评估模块的板布局包括顶层、中间层1、中间层2和底层，具体图示可参考文档中的相关图片。

原理图

评估模块的原理图如图所示，它展示了各个元件之间的连接关系。

物料清单

评估模块的物料清单详细列出了所需的元件，包括元件的数量、值、描述、封装参考、零件编号、制造商以及替代零件编号和制造商等信息。

注意事项

使用限制

• 评估模块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任何成品中。
• 评估模块不适合消费者或家庭使用，用户不得将其用于商业目的销售、再许可、租赁、出租、出借、转让或分发，也不得用于任何成品或生产系统。

有限保修

• TI保证TI评估模块在交付给用户后的90天内符合TI公布的规格。但TI对因用户疏忽、滥用、不当安装或测试、非TI实体的修改等原因导致的缺陷不承担责任。
• 如果评估模块不符合保修规定，TI的唯一责任是选择修复、更换该模块或为用户账户提供信用。

监管通知

• 美国：未获得FCC批准的评估模块不能作为成品销售或营销，除非获得所有必要的FCC设备授权。符合FCC Part 15的评估模块需遵守相关干扰规定。
• 加拿大：带有无线电发射器的评估模块需遵守Industry Canada的相关标准，使用可拆卸天线时需选择经批准的天线类型和增益。
• 日本：进入日本的评估模块可能未获得TI认证符合日本无线电法技术法规，用户需遵守相关使用规定，否则可能面临处罚。

安全警告

• 评估模块不得用于功能安全和/或安全关键评估，包括但不限于生命支持应用评估。
• 用户在操作评估模块前必须阅读并遵守用户指南和其他相关文档中的警告和限制通知。
• 用户应在TI推荐的规格和环境条件下操作评估模块，超出规定范围可能导致人身伤害、死亡或财产损失。

总之，bq25871和bq25872 PWR813评估模块为电子工程师提供了一个全面的平台来评估电池充电管理解决方案。在使用过程中，严格遵守测试流程和PCB布局指南，同时注意相关的注意事项，将有助于确保评估的准确性和安全性。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。