Texas Instruments bq500215 bqTESLA无线电源发射评估模块深度解析

在无线充电技术飞速发展的今天，一款性能出色的无线电源发射评估模块对于电子工程师来说至关重要。Texas Instruments的bq500215 bqTESLA无线电源发射评估模块（EVM），就是这样一款值得深入研究的产品。

文件下载：BQ500215EVM-648.pdf

一、模块概述

bq500215 EVM是一款高性能、易于使用的开发模块，专为无线电源解决方案设计。它提供了符合Qi标准的无线充电器垫的所有基本功能，12V输入、单线圈发射器，能够帮助工程师加快终端应用的开发速度。该EVM支持WPC 1.0和WPC 1.1接收器，最高支持5W输出功率。当与bq51025 RX EVM（bq51025EVM - 649）配对时，接收器输出功率可达10W。

二、应用与特性

（一）应用场景

该评估模块展示了bqTESLA无线电源系统的发射部分，是一个完整的发射端解决方案，可为bqTESLA接收器供电。EVM需要一个能够提供高达2.0A电流的12V单电源才能运行，它将发射电子元件、输入电源电路、LED指示灯和发射线圈集成在一块印刷电路板（PCB）上。

（二）特性亮点

1. 充电能力强大：与TI的bq51025接收器搭配，具备专有10W充电能力；支持Qi认证的WPC1.1标准，可实现5W运行。
2. 输入与频率稳定：采用12V输入和固定工作频率，为系统稳定运行提供保障。
3. 异物检测增强：具备增强的异物检测（FOD）功能，在功率传输前通过FOD ping检测物体；支持WPC 1.1 FOD和WPC 1.0寄生金属物体检测（PMOD）。
4. 接口设计合理：发射线圈安装垫提供了正确的接收器接口，方便与接收器配合。
5. 功率部分紧凑：采用CSD97374 NexFET功率级，设计紧凑。
6. 线圈标准无磁：使用标准WPC A29型发射线圈，无磁铁。
7. 指示方式多样：通过LED和音频指示功率传输状态。

三、电气性能规格

（一）输入特性

参数	描述	最小值	典型值	最大值	单位
VIN	输入电压	11.50	12.0	12.5	V
IIN	输入电流（VIN = 标称值，IOUT = 1.4A at 7V）	-	1.0	-	A
输入无负载电流（VIN = 标称值，IOUT = 0A）	-	90	-	mA
输入待机电流（VIN = 标称值）	-	4	-	mA

（二）输出特性（接收器bq51025EVM - 649）

• 输出电压（V_IN = 标称值，I_OUT = 1.4A，V_OUT = 7V）：范围为6.7 - 7.3V，典型值7.0V。
• 输出纹波（V_IN = 标称值，I_OUT = 1.0A，V_OUT = 7V）：最大200mV PP。
• 输出电流（V_IN = 最小值到最大值，V_OUT = 7V）：范围为0 - 1.4A。

（三）系统特性

• 开关频率：功率传输期间为130kHz。
• 峰值效率（V_IN = 标称值，P_{Out RX} = 7.0W）：可达81%。
• 满载效率（V_IN = 标称值，I_OUT = 最大值）：为80%。

四、模块修改

（一）LED模式

可使用LED模式 - 电阻R9更改状态LED（D5、D7和D9）的行为，标准值为100kΩ，用于控制选项7，更多设置可参考数据手册。

（二）NTC连接

连接器JP3提供连接负温度系数（NTC）传感器的选项，用于热保护，具体设置可查看数据手册。

（三）FOD、FOD_Ping和PMOD

可通过调整R8阈值、R49 FOD_Cal（FOD相关）、R47和R48（FOD_Ping相关）以及R16阈值和禁用（PMOD相关）来实现相应功能的调整。

五、连接器和测试点描述

（一）输入/输出连接

• J1 - V_IN：输入功率12V ±500mV，返回至J2。
• J2 - GND：输入功率的返回端，输入在J1。
• J3 - JTAG：仅工厂使用。
• J4 - 串行接口：I2C接口连接，用于与IC通信，可配合bqTESLA TX Tuning Tool监控行为。
• JP1 - FOD / PMOD Enable：需安装短路跳线以启用FOD和PMOD功能，更多细节参考数据手册。
• JP2 - LED Mode：如果移除R9，可用于外部连接LED MODE电阻；短路时，IC将禁用LED并禁止低功率模式，有助于故障排除。
• JP3 - NTC：外部温度传感器的连接点，更多信息参考数据手册。

（二）测试点描述

文档详细描述了32个测试点，如TP1 - FP_RES用于FOD ping电路设置；TP2 - Drive A是H桥U2的功率部分A的输出等。这些测试点为工程师调试和测试提供了便利。

六、原理图和物料清单

（一）原理图

包含了三张原理图，完整展示了该EVM的电路设计，为工程师深入理解电路原理提供了详细的资料。

（二）物料清单

详细列出了各种元件的设计代号、数量、值、描述、封装参考、零件编号和制造商等信息。例如，使用了多个不同电容值的电容，如1μF、47μF等；多种型号的二极管、LED、电感、晶体管、MOSFET和电阻等。这些元件共同构成了EVM的硬件基础。

七、测试设置

（一）所需设备

1. bqTESLA接收器：推荐使用bq51025EVM - 649，10W EVM。若使用低功率Qi兼容接收器，如bq51020EVM - 520或bq51013BEVM - 764，最大输出功率为5W。
2. 电压源：必须提供12V稳压直流电压，至少能提供2.0A连续负载电流，电流限制设置为3A。为确保系统安全和减少电击危险，建议使用提供适当隔离和补充绝缘（双重绝缘）的电源，符合相关安全标准。
3. 仪表：使用电压表监测bq51025EVM - 649测试点TP7的输出电压；使用适当的电流表监测负载的输入电流。由于通信数据包的影响，监测发射器输入电流和电压时，仪表需使用平均功能以减少误差。
4. 负载：需要一个7V、最大电流1.4A的负载，负载可以是电阻性或电子性。
5. 示波器：使用双通道示波器和适当的探头观察bq51025EVM - 649 TP3的RECT信号和其他信号。
6. 推荐线规：连接EVM到输入电源以及bq51025EVM - 649到负载时，使用22 - AWG线。

（二）设备设置

1. 连接电源：在电源关闭状态下，将电源连接到bqTESLA发射器，将(V_{IN})正电源连接到J1，负端连接到J2。此时不要将bqTESLA接收器放在发射器上。
2. 连接负载：将负载连接到J3并返回至J4，使用电流表监测负载电流，使用电压表监测J3处的负载电压。所有电压表必须采用开尔文连接（在引脚处）到感兴趣的点。

（三）EVM测试程序

1. 无接收器启动：打开(V_{IN})，观察绿色电源LED（D2）闪烁。状态LED（D6、D7和D8）在功率传输开始前保持关闭。将示波器探头连接到测试点TP15，可观察到大约每500ms出现一次的单脉冲突发，这是与放置在TX线圈上的接收器开始通信的数字ping信号。
2. 放置接收器：将bq51025EVM - 649 EVM放在发射线圈顶部，对齐接收和发射线圈的中心。几秒钟后，状态LED（D5）闪烁绿色，表明发射器和接收器之间的通信已建立，功率传输开始。功率传输期间，状态LED（D6）闪烁绿色；典型输出电压为7V，输出电流范围为0mA - 1.4A。功率传输活跃时，测试点TP15上可观察到连续的正弦波，频率为130kHz。
3. 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来计算系统效率，效率为输出功率与输入功率的比值。在TX和RX的输入和输出处连接电压表，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。
4. LED行为：不同LED有不同的行为，如D2为绿色电源LED，由3.3V DC - DC转换器驱动，待机时以半秒速率闪烁，功率传输时点亮，故障时也点亮；D6为绿色状态LED，功率传输时闪烁，5W（Qi）时约每秒闪烁一次，10W（bq50025 RX）时约每秒闪烁两次；D7为红色状态LED，接收器发送充电完成信号（EPT01）时点亮约5秒后熄灭；D8为黄色状态LED，故障时点亮，FOD警告时闪烁。LED行为由LED模式电阻R9控制，标准值100kΩ用于模式7，更多选项和配置可参考数据手册。
5. 热保护（NTC）：通过连接到JP3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，设备关闭，状态LED（D8）亮起橙色。故障的典型电阻值为850Ω，系统会在5分钟后尝试重启。
6. 异物检测（FOD）/寄生金属物体检测（PMOD）：bq500215 EVM支持多级保护，防止在功率传输过程中金属物体进入磁场。第一级是短FOD ping，在功率传输开始前检测大多数物体，通过分析脉冲响应实现，可使用电阻R47和R48调整此功能；第二级是功率损失核算，比较传输到接收器的功率和接收器报告接收的功率，差值可能是进入异物的功率损失。若损失功率超过R8设置的阈值，设置FOD故障并停止功率传输。EVM上的FOD阈值设置为400mW，R8设置为56.2kΩ；PMOD阈值设置为600mW，R16为100kΩ，移除R16可禁用此功能。

八、装配图和布局

该EVM的PCB采用4层、2 - oz覆铜电路板设计，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bq500215控制IC。推荐使用4层PCB设计，以提供良好的低噪声接地平面，2层PCB可能导致性能不佳。线圈下方建议设置接地平面，以减少噪声耦合到接收器，EVM的接地平面略大于线圈占地面积，并在一点处接地回到电路区域。

九、参考与注意事项

（一）参考资料

如需获取关于bq500215EVM - 648低功率无线电源评估套件的更多信息，可访问TI网站上的产品文件夹：http://www.ti.com/product/bq500215 。

（二）注意事项

文档还包含了评估模块的标准条款和条件，如EVM仅用于产品或软件开发人员在研发环境中的可行性评估、实验或科学分析，不得直接或间接组装到成品中；有限保修和相关补救措施；各种监管通知，包括美国、加拿大、日本等地区的相关规定；EVM使用限制和警告，如不得用于功能安全和/或安全关键评估，用户需遵守操作规范等；以及关于信息准确性、免责声明、用户赔偿义务、损害和责任限制、退货政策、适用法律等方面的内容。

总的来说，Texas Instruments的bq500215 bqTESLA无线电源发射评估模块为电子工程师提供了一个功能强大、设计合理的无线充电开发平台。在使用过程中，工程师需要仔细阅读文档，按照要求进行操作和测试，以充分发挥该模块的性能。你在实际使用中是否遇到过类似模块的调试问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。