德州仪器bq2589x评估模块使用指南

一、引言

德州仪器（TI）的bq2589x评估模块（EVM），包括bq25890EVM、bq25892EVM、bq25895EVM、bq25896EVM和bq25895MEVM（PWR664），是用于评估I2C控制的单NVDC - 1充电的完整充电器模块。本文将详细介绍这些评估模块的特点、测试方法、PCB布局指南以及相关的原理图和物料清单（BOM）。

文件下载：BQ25890EVM-664.pdf

1.1 EVM特点

不同的bq2589x设备对应不同的数据手册，具体如下：	设备	文档
bq25890, bq25892	SLUSC86
bq25895	SLUSC88
bq25895M	SLUSCC8
bq25896	SLUSC76

该EVM不包含USB - to - GPIO接口板，若要评估EVM，需单独订购此接口板。

1.2 I/O描述

EVM上有多个接口和跳线，其功能和连接情况如下：

• 接口连接：	接口	描述
  J1–VBUS	输入：正极端子
  J1–GND	输入：负极端子（接地端子）
  J2–PMID	PMID引脚连接/移动电源输出
  J2–GND	接地/移动电源输出负极端子
  J3–SYS	连接到系统
  J3–GND	接地
  J4–BAT+	连接到电池组
  J4–GND	接地
  J5	输入迷你USB端口
  J6	输出迷你USB端口
  J7	USB - to - GPIO连接器
  J8	I2C 4针连接器

• 跳线连接：	跳线	描述	工厂设置
  JP1	对于bq25892/6输入电流设置：低：适配器端口；高：USB输入	bq25890/5/5M：未安装；bq25892/6：短接PSEL到LOW
  JP2	D–/PG引脚选择	bq25890/5/5M：短接到D–；bq25892/6：短接到PG
  JP3	引脚24选择：到DSEL, PG, 或NC	bq25890/5/5M_DSEL：短接到DSEL；bq25892/6：未安装
  JP4	STAT, PG, CE, INT, OTG引脚内部上拉源（VSYS或BAT）	短接到VSYS
  JP5	D+/D–连接用于输入电流限制设置	bq25890/5/5M：安装；bq25892/6：未安装
  JP6	降压模式下USB电流限制选择引脚且PSEL为高/升压模式下使能引脚	未安装
  JP7	CE引脚设置：拉低以启用充电	未安装
  JP8	TS引脚接地	未安装
  JP9	TS电阻分压器上拉源（REGN）连接	安装
  JP10	内部10 k到GND到TS引脚	安装

• 推荐工作条件：	符号	描述	最小值	典型值	最大值	单位
  电源电压 (V_{IN})（bq25890/2/5/5M/6）	来自交流适配器的输入电压	3.9		14	V
  电池电压 (V_{BAT})	施加在 (V_{BAT}) 端子上的电压	0	3.7	4.5	V
  (I_{BAT})	快速充电电流			5	A
  通过内部MOSFET的放电电流	9			A
  电源电流 (I_{IN})	来自交流适配器输入的最大输入电流	0		3.25	A

二、测试总结

2.1 设备

进行测试需要以下设备：

1. 电源：电源#1（PS#1）需能够提供5 V、1 A的电源。
2. 负载：
   • 负载#1：一个0 - 20 V/0 - 5 A、> 30 W的系统，设置为恒压负载模式，也可用Kepco负载（BOP 20–5M，DC 0到±20 V，0到±5 A或更高）。
   • 负载#2：用于升压模式，PMID到GND负载，10 Ω，5 W或更大。
3. 仪表：六个Fluke 75万用表（或等效或更好的），也可用四个等效电压表和两个等效电流表，电流表需能测量5 A以上电流。
4. 计算机：带有至少一个USB端口和USB电缆，且需正确安装bq2589xEVM评估软件。
5. USB - to - GPIO通信套件（EV2300基于USB的PC接口板）
6. 软件：双击“BatteryManagementStudio - 1.3.35_Build2 - windows - installer”安装文件，按步骤安装。软件支持Microsoft® Windows® XP和Windows 7操作系统。不同系统用户需访问不同链接安装EV2300软件。

2.2 设备设置

1. 将PS#1设置为5 V DC、1 A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（VBUS和GND）。
3. 在TP3（VBUS）和TP6（PGND）之间连接电压表。
4. 打开负载，设置为恒压模式并输出2.5 V，然后关闭（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J4（BAT+和GND）之间连接电压表。
6. 使用USB电缆将EV2300 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. 移除JP5上的跳线（如果安装）。
8. 按照表3安装分流器。
9. 打开计算机，启动bq2589x评估软件，选择充电器，然后选择适当的.bqz文件。
10. 若出现通信适配器未找到的错误，点击OK继续，然后拔下并重新插入适配器；若出现设备无响应的错误，点击OK继续，然后从GUI的下拉菜单中选择适当的I2C地址。
11. 选择字段视图。

2.3 测试步骤

2.3.1 通信验证

1. 在EVM软件中，将bq25892/6的设备“I2C地址”指定为D6，bq25890/5指定为D4。
2. 启用负载#1，点击读取按钮。
3. 在EVM GUI软件中进行必要的更改：
   • 选择“禁用”看门狗定时器。
   • 选择“强制VINDPM”。
   • 设置输入电压限制为4.2。
   • 设置输入电流限制为500 mA。
   • 设置充电电压限制为4.208 V。
   • 设置快速充电电流 (I_{CHG}) 为960 mA。
   • 设置最小系统电压为3.5 V。
   • 设置预充电电流为256 mA。
   • 选择“充电启用”。
   • 取消选择“启用ILIM引脚”。
   • 取消选择“启用ICD”。
   • 取消选择“启用终止”。

2.3.2 充电器模式验证

1. 打开PS#1，点击读取按钮两次，观察故障框中一切正常，观察D3（STAT）亮起，D4（PG）亮起（bq25892/6）。
2. 测量J3和J4之间的电压：
   • (V(TP4(SYS), TP7(GND)) = 3.65 V pm 300 mV)
   • (V(TP5(BAT), TP7(GND)) = 2.5 V pm 200 mV)
3. 将负载更改为3.7 V，测量：
   • (I(BAT) = 625 mA pm 100 mA)
   • (V(TP5(BAT), TP7(GND)) = 3.7 V pm 200 mV)
   • (I(VBUS) = 500 mA pm 200 mA)

2.3.3 升压模式验证

1. 关闭并断开PS#1。
2. 如果从BAT+到GND连接的恒压负载不是四象限电源（提供电流），移除负载，使用步骤一中断开的电源，设置为3.7 V和2 A电流限制，并连接在BAT+和GND之间。
3. 在GUI中检查OTG配置选项，启用OTG。
4. 在J2（PMID(+)到GND(–)）之间施加10 Ω（5 W或更大）电阻，测量：(V(TP2 (PMID)和TP6 (GND)) = 5.0 V pm 200 mV)

2.3.4 有用提示

1. 各种电源、电池和负载的引线/电缆有电阻，电流表也有串联电阻。充电器会根据其VBUS引脚、BAT引脚和TS引脚感测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，可禁用TS功能或用适当大小（通常为10 kΩ）的电阻代替。
2. 使用能提供和吸收电流的源表作为电池模拟器时，建议在EVM BAT和GND连接器处添加一个大（1000 µF以上）的电容器，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在BAT引脚处产生振荡。将源表配置为4线感应可消除使用单独电压表测量BAT引脚电压的需要，使用4线感应时，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，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，或在BAT引脚和电池之间串联一个1%或更好、热容量足够（例如，0.010 Ω，1210或更大封装）的电阻，并测量该电阻两端的电压。

三、PCB布局指南

为了最小化开关损耗，应尽量减少开关节点的上升和下降时间。正确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非常重要。PCB布局应按以下优先级顺序进行：

1. 将输入电容器尽可能靠近PMID和GND引脚连接，并使用最短的铜迹线连接或GND平面。
2. 将电感器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场和磁场辐射，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. 在电感器和IC附近放置输出电容器，将接地连接通过短铜迹线或GND平面连接到IC接地。
4. 分别布线模拟地和电源地，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，或使用0 Ω电阻将模拟地连接到电源地。
5. 在IC正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器，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. 过孔的大小和数量应足以满足给定的电流路径，可参考EVM设计以获取推荐的组件布局以及迹线和过孔位置。对于QFN信息，可参考Quad Flatpack No - Lead Logic Packages（SCBA017）和QFN/SON PCB Attachment（SLUA271）。

四、电路板布局、原理图和物料清单

4.1 PWR664 PCB布局

文档中提供了PWR664 EVM的PCB布局图，包括顶层组件、顶层、中间层1、中间层2、底层、底层焊接和底层组件等。

4.2 原理图

提供了bq25890EVM、bq25892EVM、bq25895EVM、bq25895MEVM和bq25896EVM的原理图供参考。

4.3 物料清单

分别列出了bq25890EVM - 664、bq25892EVM - 664、bq25895EVM - 664、bq25895MEVM - 664和bq25896EVM - 664的物料清单，包括组件的设计名称、数量、值、描述、封装、参考零件编号和制造商等信息。

总之，德州仪器的bq2589x评估模块为工程师提供了一个全面的平台来评估I2C控制的单NVDC - 1充电功能。通过遵循本文中的测试方法和PCB布局指南，工程师可以更好地利用这些评估模块进行设计和开发。大家在实际使用过程中，有没有遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。