BQ25720 和 BQ25723 评估模块：特性、测试与设计详解

在电子设计领域，充电器模块的性能和功能对于众多设备的正常运行至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的 BQ25720 和 BQ25723 评估模块（EVM）为工程师们提供了一个强大的工具，用于评估 SMBus 或 I2C 控制的 NVDC - 1 降压 - 升压充电器。下面，我们将深入探讨这个评估模块的特性、测试过程以及相关的设计信息。

文件下载：BQ25720EVM.pdf

1. 评估模块特性

1.1 功能特性

• 宽输入电压范围：支持 3.5 - 26V 的输入源，输入工作范围为 3.5 - 26V、0 - 6A，可适应多种电源适配器。
• 多电池配置：支持 1 - 4 节电池配置，满足不同设备的电池需求。
• USB 兼容性：支持 USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1（USB Type - C®）和 USB_PD，方便与各种 USB 设备连接。
• USB OTG 功能：支持 USB OTG，输出电压可在 3 - 26V 之间调节，实现设备的反向充电功能。
• 快速角色交换（FRS）：支持 USB_PD 的 FRS 特性，提高充电效率和灵活性。
• 窄 VDC（NVDC）功率路径管理：当适配器满载时，电池可补充系统电源，确保系统稳定运行。
• 低剖面电感：采用 800kHz 或 1.2MHz 开关频率，适用于低剖面电感设计，节省空间。
• 通信接口：通过 SMBus（BQ25720）或 I2C（BQ25723）端口进行通信，可实现最佳系统性能和状态报告。
• 电源和电流监控：具备电源和电流监控功能，可用于 CPU 节流，保护系统安全。
• 安全保护：拥有热关断、输入和系统过压保护、MOSFET 过流保护等功能，还支持 Intel® 平台的 Vmin 主动保护（VAP）模式。
• 充电状态输出：提供充电状态输出，可用于 LED 指示或主机处理器监控。
• 最大功率跟踪：通过输入电压调节实现最大功率跟踪能力，提高充电效率。
• 测试便利性：提供关键信号的测试点，方便探针连接；还设有跳线，便于更改连接。

1.2 总体描述

BQ2572x 评估模块是完整的充电器模块，用于评估使用 BQ2572x 器件的 SMBus 或 I2C 控制的降压 - 升压充电器。需要注意的是，该 EVM 不包括 EV2400 接口板，若要评估 BQ2572x EVM，需单独订购 EV2400 接口板。

BQ2572x 是同步 NVDC - 1 电池降压 - 升压充电控制器，具有低元件数量和高效率的特点，适用于空间受限的多化学电池充电应用。NVDC - 1 配置允许系统在电池电压下调节，但不会低于系统最小电压，即使电池完全放电或移除，系统仍能继续运行。当负载功率超过输入源额定值时，电池补充模式可防止输入源过载。

2. 测试总结

2.1 定义

在测试过程中，遵循特定的命名约定，如外部电压供应（VXXX）、外部负载（LOADW）、内部测试点电压（V(TPyyy)）等。这些定义有助于准确描述测试参数和结果。

2.2 所需设备

• 电源供应：需要一个能够提供 26V、6A 的电源。
• 负载：包括一个 20V、6A 的系统直流电子负载（设置为恒压负载模式）和一个 Kepco 负载（BOP36 - 6M，DC 0 至 ±36V，0 至 ±6A 或更高）。
• 仪表：六个 Fluke 75 万用表（或等效或更好的设备），也可以使用三个等效电压表和三个等效电流表。
• 计算机：配备至少一个 USB 端口和 USB 电缆的计算机。
• 通信套件：EV2400 通信套件。
• 软件：从 https://www.ti.com/tool/BQSTUDIO 下载并正确安装 bqStudio 软件。

2.3 设备设置

按照以下步骤设置设备：

1. 将电源供应 #1 设置为 10V DC、5A 电流限制，然后关闭电源。
2. 将电源供应 #1 的输出与电流表串联，连接到 J1（VIN 和 PGND）。
3. 在 J1（VIN）和 J1（PGND）之间连接电压表。
4. 将负载 #1 与电流表串联，连接到 J6（VSYS 和 PGND），在 J6（VSYS 和 PGND）之间连接电压表，设置为 1A 恒流模式，关闭负载 #1。
5. 将负载 #2 与电流表串联，连接到 J5（VBAT 和 PGND），在 J5（VBAT 和 PGND）之间连接电压表，设置 KEPCO 负载输出为 7V，关闭负载 #2。注意，在没有实际电池测试时，需在 BAT 引脚添加一个 47µF 电容。
6. 将 J3 连接到 EV2400，根据型号将 J3 连接到 EV2400 上的 SMBus PORT 1（BQ25720）或 I2C PORT 2（BQ25723）。
7. 按照表 1 - 2 安装跳线。
8. 打开计算机和电源供应 #1，打开 bqStudio 软件，选择充电器，根据型号选择目标设备（“Charger_1_00_BQ25720.bqz” 或 “Charger_1_00_BQ25723.bqz”），点击读取寄存器按钮。

2.4 测试程序

2.4.1 充电功能

1. 确保完成设备设置步骤。
2. 根据型号设置目标地址（BQ25720 为 12(9)，BQ25723 为 D6(6B)）。
3. 向充电选项 0 寄存器写入相应值（BQ25720 为 0x12H，写入 “020E”；BQ25723 为 0x00H，写入 “020E”），并测量相关电压。
4. 向充电电流寄存器写入相应值（BQ25720 为 0x14H，写入 “0800”；BQ25723 为 0x02H，写入 “0800”），打开负载 #1，测量系统电压。
5. 打开 LOAD #2（VBAT 负载），测量电池电压和电流。

2.4.2 OTG 功能

1. 将 7V 电源连接到 VBAT 负载，从 J1 移除 (V_{IN}) 电源。
2. 向充电电压寄存器写入 “20D0”。
3. 向 OTG 电压寄存器写入 “09C4”。
4. 向 OTG 电流寄存器写入 “4000”。
5. 移除 JP2 以启用 OTG 功能。
6. 在充电选项 3 中选择 ENOTG，测量 (V(J 1(V{IN})))。

3. 物料清单、电路板布局和原理图

3.1 物料清单

表 3 - 1 详细列出了 BQ2572x EVM 的物料清单，包括各种电容、电阻、二极管、MOSFET、电感等元件的型号、数量、值和制造商等信息。这些元件的选择和使用对于评估模块的性能和功能起着关键作用。

3.2 电路板布局

图 3 - 1 至图 3 - 6 展示了电路板的组装和布局图像，包括顶部组装、底部组装以及各 PCB 层的布局。合理的电路板布局有助于提高模块的电气性能和散热性能，同时方便元件的安装和维护。

3.3 原理图

图 3 - 7 显示了 EVM 的原理图，U1 根据型号分别为 BQ25720（BQ25720EVM）或 BQ25723（BQ25723EVM）。原理图是理解模块工作原理和进行电路设计的重要依据。

在实际设计中，工程师们可以根据这些信息进行深入的研究和优化，以满足不同应用场景的需求。你在使用类似评估模块时，是否也遇到过一些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。