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  • BQ25820 评估模块

    • ZHCUC88A July   2024  – August 2024 BQ25820

       

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  • BQ25820 评估模块
  1.   1
  2.   说明
  3.   开始使用
  4.   特性
  5.   5
  6. 1评估模块概述
    1. 1.1 引言
    2. 1.2 套件内容
    3. 1.3 规格
    4. 1.4 器件信息
    5. 1.5 通用德州仪器 (TI) 高压评估模块 (TI HV EMV) 用户安全指南
      1. 1.5.1 一般安全信息
  7. 2硬件
    1. 2.1 电路板参数
    2. 2.2 IO 和跳线说明
    3. 2.3 通信接口设置
      1. 2.3.1 使用 EV2400 的 BQSTUDIO
      2. 2.3.2 适用于 USB2ANY 的 TI Charger GUI
    4. 2.4 设备
      1. 2.4.1 设备设置
      2. 2.4.2 设备 — 使用 CV 负载
      3. 2.4.3 设备设置 — 使用 CV 负载
  8. 3硬件设计文件
    1. 3.1 原理图
    2. 3.2 PCB 布局
    3. 3.3 物料清单
  9. 4其他信息
    1. 4.1 商标
  10. 5修订历史记录
  11. 重要声明
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EVM User's Guide

BQ25820 评估模块

下载最新的英语版本

说明

BQ25820EVM 评估模块 (EVM) 是 BQ25820 IC 的评估系统。BQ25820 IC 是一款具有直接电源路径控制功能的降压电池充电控制器。BQ25820 具有 4.2V 至 70V 的宽输入电压范围、高达 70V 的宽输出电压范围以及双向功能。BQ25820EVM 的最大输入和输出电压为 55V，最大充电电流为 10A。

开始使用

  1. 在 ti.com 上订购 EVM
  2. 订购 EV2400 可使用 bqStudio 与 EVM 交互，或订购 USB2ANY 接口器件，使用在线 TI Charger GUI 与 EVM 交互
  3. 下载 BQ25820 BQZ 文件
  4. 在 ti.com 上下载 BQ25820 EVM 设计文件

特性

  • 宽输入电压工作范围：4.2V 至 55V
  • 宽输出电压工作范围：高达 55V，并为以下电池提供 CC/CV 支持：
    • 1 至 13 节锂离子电池
    • 1 至 14 节磷酸铁锂电池
  • 具有 NFET 驱动器的同步直流/直流降压充电控制器
    • 可调节开关频率范围：200kHz 至 600kHz
    • 可选择与外部时钟同步
    • 可选栅极驱动器电源输入，可提高效率
  • 可通过电阻进行编程并添加了 I2C 的独立模式
  • 内置 MPPT，可更大限度地提高太阳能电池板阵列的功率
  • 由电池（反向模式）输出 4V 至 55V 供电
  • 高安全集成
    • 可调输入过压和欠压保护
    • 输出过压和过流保护

BQ25820EVM

1 评估模块概述

1.1 引言

可以评估 BQ25820EVM 在采用 CC/CV 曲线、多达 13 节锂离子电池充电方面的性能。典型应用包括医疗设备、太阳能备用充电器、储能系统、无人机、无绳电动工具和园艺工具。

该 EVM 不包含 EV2400 或 USB2ANY 接口器件，也不为数字接口提供任何电气隔离。为了评估 BQ25820EVM，必须单独订购 EV2400 或 USB2ANY；在 PC 和 EVM 板之间连接时，必须考虑电气安全注意事项。通过数字接口将 EVM 连接到 PC 时，建议使用具有隔离边界的数字隔离器。

BQ25820EVM 的间隙和爬电距离小于高压电路板上通常使用的间隙和爬电距离，并且没有隔离边界。如果在该电路板上施加高电压，则必须将所有端子视为具有高电压且危险带电。将该电路板连接到带电的导线时可能会发生电击。电路板应由专业人员小心处理。为安全起见，建议使用具有各种保护特性（例如过压和过流保护）的隔离式测试设备。

1.2 套件内容

此 EVM 套件包括：

  • 1 块 BQ25820 EVM

1.3 规格

表 1-1 BQ25820EVM 的建议运行条件
说明 最小值 典型值 最大值 单位
VIN (J1) EVM 的输入电压 4.2 55(1) V
VOUT (J3) EVM 的输出电压 3.3 50(1) V
IIN (J1) EVM 的输入电流 10(3)(4) A
IOUT (J3) EVM 的输出电流 10(3) A
稳压器输出功率 EVM 的输出功率 400(3) W
EXT_DRV (J6) 施加到稳压器 DRV_SUP 引脚的电压 4 11 V
IAC 检测电阻器 输入电流检测电阻 2 2(5) 10 mΩ
EVM 工作环境温度 (TA) 25(2) °C
(1) 由于与开关模式电源相关的高 di/dt 和 dv/dt 电流量，EVM 上的节点可能具有高于输入电压（降压模式）或输出电压（升压模式）电平的高尖峰。开关节点电压具有高达输入或输出 + 电感尖峰 电平的摆幅。高侧栅极驱动器具有高达开关节点电压 + 11V（取决于 DRV_SUP 电源电压）+ 栅极驱动电感尖峰 电平的摆幅。必须始终遵守安全预防措施。
(2) 当温度严重偏离 25°C 室温的情况下，EVM 上的连接器、凸点和跳线不太适合用于评估。请参阅 BOM 了解电路板元件的额定温度。
(3) 如果功率级输出电流大于 5A，或总输出功率大于 100W，则建议进行温度监测（例如，使用热像仪）。
(4) 默认 EVM 输入电流限制通过 IIN 引脚设置为 8A。若要禁用电流限制特性，可以将 EN_IIN_PIN 位设置为“0”、更改 IIN 引脚电阻或通过 JP11 将 IIN 引脚短接至 PGND。
(5) 输入检测电阻是可选的，可以移除检测电阻。对于 USB-C EPR 运行，需要一个 5mΩ 检测电阻。

1.4 器件信息

该器件可通过输出 CC-CV 控制在宽电压范围内实现电池高效充电。该器件为降压转换器集成了所有环路补偿功能，因此可提供易于使用的高密度方案。

除了 I2C 主机控制的充电模式外，该器件还支持可编程硬件限制。输入电流和输出电流调节目标可以分别通过 IIN 和 IOUT 引脚上的单个电阻器来设置。

1.5 通用德州仪器 (TI) 高压评估模块 (TI HV EMV) 用户安全指南

BQ25820EVM

务必遵循 TI 的设置和应用说明，包括在建议的电气额定电压和功率限制范围内使用所有接口元件。务必采取电气安全防护措施，这样有助于确保自身和周围人员的人身安全。如需了解更多信息，请联系 TI 的产品信息中心，网址为 http://ti.com/customer support。

保存所有警告和说明以供将来参考。

警告： 务必遵循警告和说明，否则可能引发电击和灼伤危险，进而造成财产损失或人员伤亡。

TI HV EVM 一词是指通常以开放式框架、敞开式印刷电路板装配形式提供的电子器件。该器件严格用于开发实验室环境，仅供了解开发和应用高压电路相关电气安全风险且接受过专门培训、具有专业知识背景的合格专业用户使用。德州仪器 (TI) 严禁任何其他不合规的使用和/或应用。如果不满足资格，则立即停止进一步使用 HV EVM。

  1. 工作区安全：
    1. 保持工作区整洁有序。
    2. 每次电路通电时，都必须由具有资质的观察员在场监督。
    3. TI HV EVM 及接口电子元件通电区域必须设有有效的防护栏和标识；指示可能存在高压操作，以避免意外接触。
    4. 开发环境中使用的所有接口电路、电源、评估模块、仪器、仪表、示波器和其他相关装置如果超过 50Vrms/75VDC，则必须置于紧急断电 EPO 保护电源板内。
    5. 使用稳定且不导电的工作台。
    6. 使用充分绝缘的夹钳和导线来连接测量探针和仪器。尽量不要徒手进行测试。
  2. 电气安全：
    1. 作为一项预防措施，假设整个 EVM 可能具有完全可接触和有效的高电压是良好的工程实践。
    2. 执行任何电气测量或其他诊断测量之前，需切断 TI HV EVM 及其全部输入、输出和电气负载的电源。再次确认 TI HV EVM 已安全断电。
    3. 确认 EVM 断电后，根据所需的电路配置、接线、测量设备连接和其他应用需求执行进一步操作，同时仍假定 EVM 电路和测量仪器均带电。
    4. EVM 准备就绪后，根据需要将 EVM 通电。
      警告： EVM 通电后，请勿触摸 EVM 或电路，因为电路和 EVM 可能存在高压，会造成电击危险。
  3. 人身安全
    1. 穿戴个人防护装备（例如乳胶手套或具有侧护板的安全眼镜）或将 EVM 放置于带有联锁装置的透明塑料箱，避免意外接触。

安全使用限制条件：

勿将 EVM 作为整体或部分生产单元使用。

1.5.1 一般安全信息

为确保使用 BQ25820 EVM 或在其附近工作的任何人的安全，请注意以下警告和注意事项。请遵循所有安全防护措施。

BQ25820EVM 警告 BQ25820EVM 电路模块在运行期间可能会因散热而变烫。切勿接触电路板。请遵守适用于相关实验室的所有适用安全规程。
警告： 表面高温。接触会导致烫伤。请勿触摸！
BQ25820EVM 警告 BQ25820EVM 的间隙和爬电距离小于高压电路板上通常使用的间隙和爬电距离，并且没有隔离边界。如果用户在该板上施加高电压，则所有端子均被视为具有高电压且危险带电。将该电路板连接到带电的导线时可能会发生电击。电路板需由专业人员小心处理。为安全起见，建议使用具有各种保护特性（例如过压和过流保护）的隔离式测试设备。
BQ25820EVM 警告 此评估模块 (EVM) 上存在可能导致人身伤害的高电压。在使用此 EVM 时，请确认已遵循所有安全程序。切勿让已通电的 EVM 无人看管。
BQ25820EVM 警告 断电后，板载电容器上可能存在高电压。在 EVM 断电后，请正确检查所有板载储能器并使其放电。
BQ25820EVM 注意 在无人看管的情况下，请勿让 EVM 处于通电状态。
警告： EVM 上的通信接口未进行隔离。建议使用数字隔离器。确认在测试期间遵守所有高压安全预防措施。
警告： 必须在端子块上实施用于实现额定电流的连接方式。没有为测试点设置板流额定值。
警告： 电路模块可能会因过热而损坏。为避免损坏，请在评估期间监测温度并根据需要使系统环境冷却。操作时切勿使电流和电压超出表 1-1中的限值。
警告： 施加外部电压可能会损坏测试设备。请检查您的设备要求并根据需要使用阻断二极管或其他隔离技术，以防止设备损坏。
警告： 电路模块的板底上有信号迹线、元件和元件引线。这可能会导致电压、高温表面或尖锐的边缘暴露在外面。操作过程中请勿触摸电路板的底部。
警告： BQ25820 的默认设置可能不是专为用户的应用设计的。在器件上电之前，确认根据测试设置进行了正确的 EVM 设置。适当设置所有保护措施并限制电流，以确保安全运行。
警告： 该电路板未安装保险丝，依靠外部电压源电流限制来验证电路保护。

2 硬件

2.1 电路板参数

表 2-1 BQ25820VM 的默认电路板设置
说明值单位
ACUV输入欠压10V
ACOV输入过压55V
IINEVM 的输入电流8A
IOUTEVM 的输出电流10A
FSW_SYNC功率级的开关频率250KHz
VBAT_REG 电池充电电压 29.4 V
IAC 检测电阻 输入电流检测电阻 2 mΩ
表 2-2 PCB 和机械参数
值单位
电路板尺寸（X 维度或长度）112mm
电路板尺寸（Y 维度或宽度）84mm
IC + 功率级最大高度5mm
铜层总数6层
每层覆铜重量2oz
电路板总厚度62mil

2.2 IO 和跳线说明

表 2-3 连接器/端口说明
插孔说明
J1-VIN输入：正极端子。
J1-PGND输入：负极端子（接地端子）。
J3-VOUT连接到电池包输出。
J3-PGND地。
J4-EXT_I2CUSB2ANY 的通信端口。
J5-I2CEV2400 的通信端口。
J6-EXT_DRV连接外部栅极驱动器。
J7 电源连接器连接 VAC 和 BAT。
J8 通信端口连接 EXT_DRV、/INT、I2C、/PG 和 3.3V。
表 2-4 跳线说明
跳线说明出厂默认设置
JP1使用 JP1 可连接默认反馈电阻，并将充电器设置为默认 7 节电池已安装
JP2使用 JP2 可连接新的反馈电阻以设置不同的电池节数未安装
JP3使用 JP3 可连接外部 IOUT 电阻。JP3 可短接到 PGND 以禁用硬件输出电流限制。未安装
JP4对 JP4 进行分流可使用默认 IOUT 电阻。通过闭合 JP4，默认 IOUT 电流将设置为 10A。已安装
JP5对 JP5 进行分流可偏置 TS。已安装
JP6已对 JP5 进行分流（为分压器连接了 REGN）。对 JP6 进行分流可将 TS 状态设置为正常。已安装
JP7已对 JP5 进行分流（为分压器连接了 REGN）。使用 JP7 可连接外部电阻以更改 TS 状态。未安装
JP8使用 JP8 可连接外部 FSW_SYNC 电阻。未安装
JP9对 JP9 进行分流可使用默认 FSW_SYNC 电阻。通过闭合 JP9，默认开关频率将设置为 250kHz。已安装
JP10对 JP10 进行分流可使用默认 IIN 电阻。通过闭合 JP10，最大输入电流将设置为 8A。已安装
JP11使用 JP11 可连接外部 IIN 电阻。JP11 可短接到 PGND 以禁用硬件输入电流限制。未安装
JP12使用 JP12 可选择栅极驱动源。将引脚 1 分流到引脚 2 可使用 IC 内部 LDO REGN 输出。将引脚 2 分流到引脚 3 可使用外部栅极驱动电源。最大外部栅极驱动电源电压最高可达 11V。已对引脚 1 和引脚 2 进行分流
JP13对 JP13 进行分流可在正向模式下启用控制器。断开 JP13 可禁用控制器。/CE 引脚也可用作通用指示器。已安装
JP14对 JP14 进行分流可将 /INT 连接到上拉电源轨。已安装
JP15对 JP15 进行分流可将 STAT1 连接到上拉电源轨。STAT1 引脚也可用作通用指示器。已安装
JP16对 JP16 进行分流，用于产生板载 3.3V 上拉电源轨。已安装

2.3 通信接口设置

充电器由使用 I2C 寄存器的状态机控制，状态机基于 I2C 寄存器做出决策。软件仅帮助读取和写入这些寄存器。

2.3.1 使用 EV2400 的 BQSTUDIO

下载 BQSTUDIOTEST 的最新版本。双击 Battery Management Studio 安装文件并执行安装步骤。该软件支持 Microsoft® Windows® XP、7 和 10 操作系统。启动 BQSTUDIO 并选择 Charger。如果“Charger”中未显示 BQSTUDIO 的 EVM 配置文件，请关闭 BQSTUDIO 并从 www.ti.com 的 EVM 产品文件夹下载 .BQZ 文件，或者通过 e2e.ti.com 申请该文件。该文件必须保存到 C:\XXX\BatteryManagementStudio\config 中，其中 XXX 是用户选择安装 BQSTUDIO 的目录。

2.3.2 适用于 USB2ANY 的 TI Charger GUI

导航到 TI-CHARGER-GUI 工具文件夹。进入工具页面后，点击 Evaluate in the cloud 按钮。浏览器会自动重定向至 TI Charger GUI 登陆页。在登陆页中，找到要评估的器件，然后点击 Select Device。请注意，EVM 必须已通电，且 USB2ANY 必须已连接至 EVM 和 PC，才能建立连接。还需要通过 USB2ANY Explorer 软件，将 USB2ANY 更新至最新版本。

2.4 设备

建议使用两种方法来测试 EVM。测试 EVM 的第一种方法是使用四象限电源，这也是首选的方法。第二种方法是在恒压模式下使用电子负载。后续章节将介绍使用恒压负载进行测试。使用四象限电源进行测试时，建议使用下列设备。

  1. 电源：需要一个能够提供 40V 电压、8A 电流的电源。虽然此器件能够处理更大的电压和电流，但在此过程中不需要更高的功率级别。
  2. 负载 #1：一个 Kepco 负载：BOP36-6M，直流 0V 至 ±36V，0A 至 ±6A（或更高），或等效设备。在无真实电池的情况下进行测试时，请在输入端连接 2000µF 的电容。
  3. 仪表：六个 Fluke 75 万用表（性能相当或更高）或：三个性能相当的电压表和三个性能相当的电流表。
  4. 计算机：至少有一个 USB 端口和一条 USB 电缆的计算机。
  5. EV2400 通信套件或 USB2ANY 通信套件
  6. 软件：有关软件设置，请参见节 2.3。

 
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