bq76925EVM评估模块：锂电池管理系统设计的得力助手

引言

在锂电池管理系统的设计过程中，一款合适的评估模块能够极大地提高设计效率和准确性。TI的bq76925EVM评估模块就是这样一款出色的工具，它为3 - 6节锂离子电池的模拟前端bq76925的评估提供了全面的支持。本文将详细介绍这款评估模块的特点、使用方法以及相关的注意事项，希望能帮助电子工程师们更好地利用它进行设计。

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一、bq76925EVM评估模块概述

1.1 模块特点

• 核心组件：包含一个bq76925和一个MSP430F2122设备，以及相关的支持电路。
• 电池支持：支持3 - 6节串联电池，既可以通过可插拔的端子块连接实际电池，也可以使用板载模拟电路通过电源模拟电池运行。
• 电源配置：bq76925电路可通过跳线配置为内部或外部3.3V电源。
• MSP430应用电路：具备JTAG连接器、复位和SOC按钮、四个可控LED、I2C接口以及电池组状态连接器。
• 电气性能：支持标称4.2V - 26.4V的电池组电压，最大30V；连续充放电电流额定值为20A，采用0.001Ω（等效）分流电阻和大电流螺柱式连接。
• 其他特性：板载热敏电阻用于温度测量，具备PACK±端子的瞬态电压保护，还有USB - TO - GPIO适配器连接器和用于监测电池电压及其他重要电路网络的测试点。

1.2 套件内容

模块包含PWR008印刷电路板（PCB），评估软件可从bq76925产品文件夹（http://www.ti.com/product/BQ76925/toolssoftware）下载。

1.3 设备和软件要求

• 评估软件：bq76925评估软件是一个Windows应用程序，用于控制和与bq76925进行接口通信，可从TI官网的bq76925产品页面下载。
• USB - TO - GPIO适配器：用于在bq76925和PC之间提供I2C连接，其原始固件版本为1.0.10，必须使用TI官网提供的USB - TO - GPIO固件更新器软件将其更新到2.0.19或更高版本。
• 电源：需要一个24V、100mA的电源为板载电池模拟器供电，还需要一个能提供高达100mV的电源来模拟电池电流。
• 电池：可使用标称电压为3.3V - 3.7V的锂离子可充电电池，电池组由3 - 6节串联电池组成。
• 其他设备：还可能需要电子负载、数字万用表和示波器等设备进行评估。

二、电路细节和配置

2.1 接口连接

• 电池连接：BATT + 和BATT - 分别连接电池的正负极，采用单重型螺丝端子，额定电流为30A，但实际受电路板其他组件限制为20A。
• 电池组连接：CN6用于电池组的电池感应线连接，用于测量电池电压和进行电阻式电池平衡。
• 负载/充电器连接：PACK + 和PACK - 分别连接负载或充电器的正负极，同样采用单重型螺丝端子，额定电流为30A，实际限制为20A。
• USB接口：CN8用于连接USB - TO - GPIO适配器，提供多种功能，如V3P3监测、ALERT输出、I2C时钟和数据传输等。
• JTAG接口：CN7用于连接MSP430编程器，但评估bq76925时并非必需。
• 电池组状态接口：CN5为那些希望为MSP430开发固件的用户提供便利，可用于GPIO或SPI接口。

2.2 配置跳线和开关

通过安装跳线柱或切换开关的位置，可以配置评估模块的不同功能，例如选择内部或外部3.3V电源、连接或断开电流感应电阻等。具体的跳线和开关功能在文档中有详细说明。

2.3 按钮功能

• 复位按钮（S1）：用于重启MSP430。
• LED按钮（S3）：用于控制由四个LED组成的电池状态（SOC）显示。

2.4 测试点

评估模块上有29个测试环，对应着不同的电路节点，可以方便地监测电池电压、电流和温度等参数。

2.5 bq76925功能

bq76925应用电路可对3 - 6节电池组的设备性能进行全面评估，可通过预加载到MSP430微控制器中的固件和提供的评估软件进行监测，用户也可以根据需要开发自定义系统。

2.6 MSP430F2122功能

MSP430F2122应用电路用于读取bq76925的模拟信号，并通过I2C总线将其提供给评估软件进行读取。用户还可以根据需要创建自定义固件。

三、快速启动演示

3.1 准备工作

需要准备好bq76925EVM评估模块、24V直流电源、能提供高达100mV和至少100mA驱动能力的电源、装有MS Windows操作系统的PC、bq76925评估软件和USB - TO - GPIO适配器。

3.2 软件和适配器设置

• USB - TO - GPIO适配器固件更新：从TI官网下载固件加载器软件，将适配器固件更新到2.0.19版本。
• 评估软件安装：从TI官网的bq76925产品页面下载评估软件，并按照安装说明进行安装。

3.3 跳线和开关配置

在给电路板供电之前，确保所有跳线和开关的位置设置正确，具体配置可参考文档中的表格。

3.4 电源连接

将24V电源连接到BATT + 和BATT - 之间，并打开电源输出。此时，红色LED D13会亮起，可使用电压表验证3.3V输出是否正常。

3.5 USB - TO - GPIO适配器连接

将USB电缆连接到PC和USB - TO - GPIO适配器之间，绿色LED会亮起表示连接正常。再将带状电缆从适配器连接到bq76925EVM的CN8上，红色LED D12会亮起。

3.6 评估软件操作

• 打开软件：打开评估软件，显示主屏幕。
• 开始数据轮询：点击“Poll”按钮开始轮询数据，此时电池电压和温度会定期更新。
• 模拟电池电流：移除J5上的跳线柱，使用第二个电源在J5的引脚1和BATT - 端子之间施加50mV电压，可模拟约 - 50A的放电电流。

四、控制寄存器演示

4.1 查看控制寄存器

• 打开寄存器显示：打开评估软件，点击“Show Volatile Control Registers”复选框，可展开主窗口显示六个寄存器。
• 寄存器位说明：所有可读写的位都会显示，未命名的位必须始终置为零。通过点击位可以实时切换其值，不同颜色表示不同的状态。
• 工厂编程寄存器值：控制寄存器在工厂编程时有默认值，具体可参考文档中的表格。
• 轮询时的寄存器值：按下“Polling”按钮时，PWR_CTL寄存器会被强制设置为0x1F，同时其他位也会自动更新，但部分位不会显示。

4.2 控制寄存器简介

控制寄存器用于配置和控制bq76925设备，不同的寄存器和位具有不同的功能，如状态指示、电池选择、平衡控制、配置设置和电源控制等。具体的操作和设置细节可参考bq76925数据手册（SLUSAM9）。

4.3 修改控制寄存器

可通过点击可写的控制寄存器位来修改其值，修改后评估软件会立即将更改传达给bq76925。

4.4 睡眠模式和唤醒

• 进入睡眠模式：将PWR_CTL寄存器的第7位（SLEEP）设置为1，bq76925会关闭V3P3输出并进入低功耗状态。
• 唤醒设备：通过向ALERT引脚施加3.3V电压（在评估软件的Hardware IO部分点击“Wake”按钮）可唤醒设备。

五、控制面板演示

5.1 访问控制面板

点击主屏幕右上角的“Advanced”小切换开关可访问控制面板，该面板隐藏在初次打开软件时，目的是降低软件的使用复杂度。

5.2 测量选项卡

• 模拟输出部分：主要显示bq76925电路的模拟输出，包括VCOUT、VIOUT、VREF和THERM。模拟电平由板载的MSP430F2122测量并存储，评估软件通过写入控制寄存器来控制测量系统的操作。
• VCOUT读数：VCOUT是一个复用输出，最多可显示七个测量结果，通过特定公式可将其毫伏值转换为校正后的测量值。
• VIOUT读数：VIOUT读数以毫伏表示，标记为SENSEP和SENSEN。SENSEN读数仅在轮询的前5秒进行，之后不再更新；SENSEP读数会持续进行，直到轮询停止。
• 自动控制：模拟输出部分有两个复选框，默认选中，分别表示在轮询期间自动控制VCOUT和VIOUT的读取，但不会控制电压和电流放大器电路的开关。
• EEPROM校正寄存器：用于存储VCn电路和VREF电路的偏移和增益值，每个设备的值可能不同，具体细节可参考数据手册。

5.3 启动配置选项卡

该选项卡允许用户设置bq76925评估软件每次启动或发出“Find Target Command”时的初始化方式，可指定控制寄存器0x00 - 0x05的设置。

5.4 配置控制

该部分显示了一些用户可能希望在软件每次启动时预先选择的选项，如电流比较器阈值设置、电流极性选择、电流放大器增益选择、电压参考选择、CRC启用/禁用、POR启用/禁用和启动配置功能启用/禁用等。

5.5 电源控制

该部分允许用户在软件启动时启用测量系统的某些组件，通过勾选复选框可激活bq76925中对应的组件，默认设置为所有组件关闭。

5.6 日志记录选项卡

• 日志文件选择：可通过“Browse…”、“Create…”和“Export…”按钮选择、创建和导出日志文件。
• 日志文件选项：可通过下拉框设置日志记录速率，还有两个复选框分别用于选择是否覆盖文件和是否包含未校正的值。
• 启用/禁用日志记录：点击软件主屏幕上的“Logging”复选框可启用日志记录，只有在开始轮询后日志文件才会开始记录数据，停止轮询时日志记录也会停止。

5.7 通信选项卡

该选项卡提供了对软件、MSP430F2122和bq76925之间通信的深入了解，允许用户手动读取和写入bq76925的控制寄存器。还可以通过监控窗口监控I2C总线上的所有通信流量，但需要注意该监控不适合长期数据捕获，在日志记录活动时应禁用。

六、3 - 5节电池操作

6.1 操作简介

bq76925能够与3 - 6节串联电池组配合工作，在使用少于六节串联电池时需要进行特殊配置，详细信息可参考bq76925数据手册。

6.2 使用板载电池模拟器

可通过在CN6:CELLS连接器的适当引脚之间放置短路导线来设置电池模拟器以进行3 - 6节电池的操作。

6.3 五节电池操作

• 断开BATT + / - 处的电源。
• 关闭S4上的所有开关。
• 在连接器CN6的引脚1和引脚2之间施加跳线。
• 将电源设置为适合5节电池操作的安全水平（低于25V）。
• 连接电源到BATT + 和BATT - 。
• 打开电源。
• 连接到评估软件。
• 将主屏幕上的“Select Cell Count”下拉框更改为5。

6.4 四节电池操作

操作步骤与五节电池操作类似，只是需要在连接器CN6的引脚1和引脚2、引脚2和引脚3之间施加跳线，并将电源设置为适合4节电池操作的安全水平（低于20V）。

6.5 三节电池操作

操作步骤与四节电池操作类似，还需要在连接器CN6的引脚3和引脚4之间施加跳线，并将电源设置为适合3节电池操作的安全水平（低于15V）。

七、使用实际电池操作

7.1 电路准备

在连接实际电池之前，必须断开bq76925EVM上的所有外部电子设备，包括电源、电子负载、USB - TO - GPIO适配器或MSP - FET430UIF等。同时，要注意锂电池的正确操作，避免因不当操作导致设备永久损坏。

7.2 电池连接顺序

• 确保S4上的所有开关都打开。
• 连接BATT - 。
• 连接BATT + 。
• 连接CN6，电池输入有特定的分配，但连接顺序没有要求。

7.3 不同节数电池操作

针对3 - 6节电池的操作，需要根据具体节数进行相应的电池连接和配置，调整“Select Cell Count”下拉框的值，并连接到评估软件。

7.4 电池移除顺序

• 移除CN8处的USB - TO - GPIO连接器。
• 拔下CN6（CELLS）。
• 移除BATT + 连接。
• 移除BATT - 连接。

八、原理图和物料清单

文档中提供了bq76925EVM的原理图和物料清单，原理图包括四个页面，详细展示了电路的连接和布局；物料清单列出了评估模块中使用的各种组件的详细信息，包括电容、电阻、二极管、晶体管、集成电路等。

九、印刷电路板

文档还提供了印刷电路板各层的布局图，包括顶层丝印层、顶层铜层、内层铜层和底层铜层，以及钻孔图，为工程师进行电路板的制作和调试提供了参考。

总结

bq76925EVM评估模块为电子工程师提供了一个全面的平台，用于评估bq76925在3 - 6节锂离子电池管理系统中的性能。通过本文的介绍，相信大家对该评估模块的特点、使用方法和注意事项有了更深入的了解。在实际设计过程中，大家可以根据具体需求灵活运用这些功能，提高设计效率和质量。同时，要始终注意安全操作，避免因不当操作导致设备损坏或安全事故。如果你在使用过程中遇到任何问题，欢迎在评论区留言交流，让我们一起探讨和解决。