探索bq500212A bqTESLA无线电源发射评估模块

在电子设备飞速发展的今天，无线充电技术凭借其便捷性和创新性，逐渐成为了研究和应用的热点。德州仪器（Texas Instruments）的bq500212A bqTESLA无线电源发射评估模块（EVM），为无线电源解决方案的设计提供了一个高性能、易于使用的开发平台。今天，我们就一起来深入了解这个模块。

文件下载：BQ500212AEVM-550.pdf

一、模块概述

bq500212AEVM - 550评估模块展示了bqTESLA™无线电源系统的发射部分。它是一个完整的发射端解决方案，能够为bqTESLA™接收器供电。该EVM只需一个5V、最大2A的电源即可工作，并且将发射电子元件、输入电源插座、LED指示灯和发射线圈集成在一块印刷电路板（PCB）上。其开放式设计方便我们访问电气原理图的关键点，为开发和调试带来了极大的便利。

模块特性

• 异物检测功能：支持WPC 1.1的异物检测（FOD）和WPC 1.0的寄生金属物体检测（PMOD），有效提高充电安全性。
• 动态功率限制：Dynamic Power Limiting™（DPL）功能允许模块在电流能力有限的5V电源（如USB端口）下工作。
• 稳定的输入电源：采用5V输入电源，确保系统稳定运行。
• 标准的发射线圈：配备标准的WPC A11型发射线圈，无磁铁设计，提供正确的接收器接口。
• 紧凑的功率部分设计：使用CSD97376 NexFET功率级，使功率部分设计更加紧凑。
• LED状态指示：通过LED指示灯可以直观地了解功率传输或功率故障状态。

二、电气性能规格

该模块的电气性能规格在不同参数下都有明确的指标，以下是一些关键参数的总结（环境温度为25°C）：	类别	参数	描述	最小值	典型值	最大值	单位
输入特性	VIN	输入电压	4.50	5.0	5.50	V
	IIN	输入电流（VIN = 标称值，IOUT = 最大值）		1.50	2.0	A
	输入无负载电流（VIN = 标称值，IOUT = 0A）		200		mA
	输入待机电流（VIN = 标称值）		20		mA
输出特性（接收器bq51013BEVM - 764）	VOUT	输出电压（VIN = 标称值，IOUT = 标称值）	4.5	5	5.1	V
	输出纹波（VIN = 标称值，IOUT = 最大值）			200	mVPP
	IOUT	输出电流（VIN = 最小值到最大值）		0	1	A
	输出过电流（VIN = 标称值）	1		1.1	A
系统特性	FS	开关频率（随负载变化）	110		205	kHz
	ηpk	峰值效率（VIN = 标称值，POut RX = 2.5W）	72			%
	η	满载效率（VIN = 标称值，IOUT = 最大值）		70		%

这些参数为我们在设计和使用该模块时提供了重要的参考依据，帮助我们更好地评估其性能和适用性。

三、模块修改与连接说明

模块修改

在进行组件更改时，需要参考数据手册（SLUSBD6）。例如，使用LED模式电阻R23可以改变状态LED（D5、D7和D9）的行为，标准值为42.2kΩ（控制选项1），更多设置可查看数据手册。此外，不同的LED模式还会影响睡眠和打盹模式的计时。NTC连接器JP1可用于连接负温度系数（NTC）传感器，实现热保护功能。L1和L3是共模扼流圈，可用于额外的输入电源滤波或输出TX线圈。

连接器和测试点说明

输入/输出连接

• J1 - V_IN：输入电源5V ±100mV，返回端为J2。
• J2 - GND：输入电源的返回端，输入在J1。
• J3 - JTAG：仅工厂使用。
• J4 - 串行接口：仅工厂使用。
• J5 - 微型USB：输入电源连接器。
• JP1 - NTC：外部温度传感器的连接点。
• JP2 - LED模式：如果移除R23，可用于外部连接LED模式电阻。
• JP3 - FOD / PMOD启用（未使用）：如果使用LOSS_THR电阻（引脚43到地），可用于启用或禁用FOD / PMOD。

测试点说明

测试点用于监测和调试模块的工作状态，例如TP1可监测线圈和电容器之间的线圈信号，TP2和TP3可监测数字输出信号等。不过，部分测试点未使用，在实际操作中需要注意。

四、原理图和物料清单

该模块的原理图和物料清单为我们提供了详细的电路设计和组件信息。原理图分为三页，清晰地展示了电路结构。物料清单则列出了各个组件的详细信息，包括电容、电阻、二极管、晶体管、集成电路等，以及它们的制造商、型号和替代选项。这对于我们进行电路分析、故障排查和组件替换都非常有帮助。

五、测试设置

所需设备

• bqTESLA™接收器：可使用bq51013BEVM - 764或符合Qi标准的接收器。
• 电压源：提供5V稳压直流电压，至少能提供2A连续负载电流，电流限制设置为3A。为确保系统安全，建议使用具有适当隔离和补充绝缘（双重绝缘）的电源，并符合相关安全标准。
• 仪表：使用电压表监测bq51013BEVM - 764测试点TP7的输出电压，使用电流表监测负载的输入电流。由于通信数据包的影响，监测发射机输入电流和电压时，仪表需使用平均功能以减少误差。
• 负载：需要一个5V、最大电流为1A的负载，负载可以是电阻性或电子性的。
• 示波器：使用双通道示波器和适当的探头观察bq51013BEVM - 764 TP3的COMM_DRV信号和其他信号。
• 推荐线规：连接EVM到输入电源和bq51013BEVM - 764到负载时，建议使用22 - AWG线。

设备设置

在电源关闭的情况下，将电源连接到bqTESLA™发射机。将V_IN正电源连接到J1，负端连接到J2。在未放置接收器时，连接负载到J3并返回J4，使用电流表监测负载电流，在TP7监测负载电流。所有电压表必须使用开尔文连接到感兴趣的点。

测试程序

启动无接收器

打开V_IN，观察蓝色电源LED（D1）亮起。状态LED（D7、D9和D5）在功率传输开始前保持关闭。将示波器探头连接到测试点TP1，可以观察到大约每500ms出现一次的单脉冲突发信号，这是与放置在TX线圈上的接收器开始通信的数字Ping信号。

应用接收器

将bq51013BEVM - 764 EVM放置在发射线圈顶部，对齐接收和发射线圈的中心。几秒钟后，观察到状态LED（D5）闪烁绿色，表明发射机和接收器之间的通信已建立，功率传输已开始。功率传输时，状态LED（D5）持续闪烁绿色，典型输出电压为5V，输出电流范围为0mA到1A。在功率传输活跃时，测试点TP1上可观察到连续的正弦波，频率在110kHz到205kHz之间。

效率测量

通过测量输出电压、输出电流、输入电压和输入电流，并计算输出功率与输入功率的比值来测量系统效率。在TX和RX的输入和输出端连接电压表，对输入电流进行平均处理，因为通信脉冲会调制输入电流，导致读数失真。

效率改进

可以通过更改组件来提高效率。例如，使用具有更低RDSon的MOSFET的类似设备，如CSD97374，可将RDSon降低约50%，效率提高2%到4%，且该设备引脚兼容，可直接替换。此外，EVM使用COG和X7R电容器混合作为谐振电容器，X7R成本较低但ESR较高，导致损耗较大；COG电容器损耗较低，但在FOD校准和Qi认证方面存在问题。如果需要认证，不建议使用全COG配置。需要注意的是，更改单元效率和减少（或增加）损耗会影响FOD性能，可能需要重新校准，这需要更改FOD_CAL电阻R99和FOD_Threshold电阻R24，并重复FOD校准程序。

动态功率限制

动态功率限制（DPL）功能允许模块在电流能力有限的5V电源下工作。通过电压分压器网络在引脚46监测输入电压，当输入电压降至4.2V时，调整工作点以减少负载，将输入电压提高到4.5V。

热保护（NTC）

通过连接到JP1的NTC电阻提供热保护。当感测端（U1 - 2）电压为1V时，设置热故障，模块关闭，状态LED（D5）亮起红色。故障的典型电阻值为850Ω，系统会在5分钟后尝试重启。

异物检测

bq500212A EVM集成了WPC 1.1中的异物检测（FOD）功能。通过比较发送到接收器（RX）的功率和RX报告接收的功率，减去已知的功率损耗来计算功率损失。发射机通过测量输入功率和计算内部损耗来确定发送到RX的功率，RX测量其接收的功率并计算损耗，然后将此信息以数字字、消息包的形式发送给驱动程序（TX）。如果未解释的功率损失超过R24设置的阈值，则设置FOD故障并停止功率传输。EVM上的FOD阈值设置为350mW，R24设置为48.7kΩ，增加R24会增加阈值，降低对异物的灵敏度。

WPC认证

bq500212AEVM - 550已通过WPC 1.1.1版本（2013年7月）的测试和认证，这为其在无线充电领域的应用提供了可靠的保障。

六、装配图和布局

该模块的PCB采用4层、2 - oz覆铜板设计，尺寸为13.2cm × 7.24cm，所有组件位于顶部4.0cm x 5.0cm的有源区域，所有有源走线位于顶部和底部层，方便用户在实际应用中轻松查看、探测和评估bq500212A控制IC。建议采用4层PCB设计，以提供良好的低噪声接地平面，2层PCB可能会导致性能不佳。此外，线圈下方建议设置接地平面区域，以减少噪声耦合到接收器，该接地平面略大于线圈占地面积，并在一点接地回电路区域。

七、总结

bq500212A bqTESLA无线电源发射评估模块为无线电源解决方案的设计提供了一个全面、高效的开发平台。其丰富的功能、明确的电气性能规格和详细的测试设置说明，为电子工程师在无线充电领域的研究和开发提供了有力的支持。在实际应用中，我们可以根据具体需求对模块进行修改和优化，以实现更好的性能和用户体验。你在使用类似无线充电模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。