1. 项目概述与核心价值如果你正在设计一款需要内置电池的便携式设备比如智能手表、手持终端或者蓝牙音箱那么电池充电管理电路的设计绝对是你绕不开的核心环节。这不仅仅是把电池接上电源那么简单它关乎着设备的安全性、充电速度、电池寿命甚至是用户体验。我见过太多项目因为充电电路设计不当导致电池鼓包、充电慢、设备发热严重最终产品返修率居高不下。今天我想和你深入聊聊德州仪器TI的bq24x9x系列电池充电管理芯片特别是如何利用其官方的评估模块EVM型号PWR021来快速验证设计、规避这些潜在的“坑”。这块bq24x9x EVM本质上是一个“参考答案”。它集成了包括bq24190、bq24192、bq24192i、bq24193、bq24196以及bq24292i在内的多款热门充电芯片提供了一个经过TI官方验证的、最优的硬件参考设计。对于硬件工程师来说它的价值在于你不需要从零开始画原理图、纠结元器件的选型和PCB布局——TI的专家已经帮你把最佳实践都做在了这块板子上。你可以直接用它来测试芯片的各项性能指标比如充电效率、热管理、不同模式下的电压电流纹波甚至可以通过其I2C接口用配套的上位机软件实时配置和监控充电参数直观地理解芯片的工作逻辑。无论是刚接触电源管理的新手还是需要为新产品选型验证的老手这块EVM都能帮你节省大量的时间和试错成本。接下来我会结合官方用户指南和多年的实操经验带你从硬件接口识别、测试环境搭建、软件配置调试再到关键的PCB布局考量完整地走一遍评估流程并分享那些数据手册上不会写的注意事项和调试技巧。2. 评估模块深度解析与硬件连接拿到一块EVM第一步不是急着上电而是要先把它“认全”。了解每个接口、跳线帽和测试点的作用是后续一切测试的基础也能帮你理解设计者的意图。2.1 核心接口与功能引脚详解bq24x9x EVM的板载接口非常丰富主要可以分为电源接口、通信接口和配置接口三大类。电源接口J1 J2J1VBUS PMID GND这是整个模块的“能量入口”。VBUS和GND用于连接外部适配器比如5V/2A的充电头输入电压范围是3.9V到17V覆盖了常见的USB和适配器电压。PMID引脚则比较特殊它是功率路径管理NVDC-1架构中的关键节点连接着内部开关管的输出。在充电模式下系统负载SYS直接从PMID取电在升压OTG模式下PMID则作为5V输出可以为外部USB设备供电。J2SYS BAT GND这是连接电池和系统负载的“枢纽”。BAT和GND直接连接你的单节锂离子或锂聚合物电池。SYS则是系统供电输出它通过内部理想二极管或MOSFET连接到PMID。这种设计保证了即使在没有适配器输入时系统也能由电池供电而当适配器插入时系统负载优先由适配器供电同时为电池充电实现了“无间断”供电。通信与配置接口J3 J4 J5 J6J3USB-to-GPIO这是EVM与电脑“对话”的桥梁。它是一个10针的排母需要使用TI的HPA172 USB转GPIO适配器套件进行连接。通过这个接口上位机软件才能通过I2C协议SCL SDA读写芯片内部寄存器实现所有参数的配置和状态读取。这里有个关键点EVM本身不包含这个适配器需要单独订购型号HPA172。没有它你无法进行任何软件配置和高级测试。J4INT OTG /CE这是关键的数字信号和使能引脚集合。INT中断芯片状态发生变化如充电完成、故障报警时会通过这个引脚拉低通知主控MCU。在评估时你可以用逻辑分析仪或示波器监测此引脚。OTGOn-The-Go这是启用升压模式的关键。当通过I2C配置并使能升压功能后需要将此引脚拉高通过跳线或软件芯片才会从电池取电在PMID端输出5V电压。/CE芯片使能低电平有效。拉低此引脚可以强制使能芯片忽略I2C设置拉高则禁用。通过JP5跳线可以选择直接拉低或由I2C控制。J5 J6TS1 TS2温度传感引脚。bq24x9x系列支持通过外接负温度系数NTC热敏电阻来监测电池温度实现JEITA规范或自定义的温度-电压/电流曲线充电这对于安全充电至关重要。EVM上默认通过JP8和JP9安装了10kΩ下拉电阻模拟常温条件。在实际电池包测试时需要移除这些跳线连接电池包内的NTC电阻。2.2 跳线帽配置的玄机与实战设置跳线帽Shunt是硬件配置的“开关”。用户指南中的Table 3列出了所有跳线的出厂设置和功能但仅仅照搬是不够的你需要理解每个选择背后的逻辑。JP1PSEL引脚设置这个跳线决定了芯片识别输入源类型。短接到LOW接地表示适配器输入Adapter短接到HIGH通过电阻上拉表示USB输入。区别在于输入电流限制IINLIM的默认值和枚举行为。对于bq24190此跳线未安装因为它有独立的IINLIM引脚通过R15电位器设置。实操心得如果你使用标准的5V/2A以上适配器建议设置为Adapter模式以获得更大的输入电流能力如果模拟USB端口供电则设为USB模式。JP2D-/PG引脚选择这个跳线针对不同型号芯片的功能复用引脚。对于bq24190该引脚是D-USB数据负线需要短接到D-对于其他型号如bq24192该引脚是/PG电源好指示需要短接到PG。务必根据你评估的具体芯片型号来设置否则状态指示灯D2将无法正确显示。JP3内部上拉源这个跳线将STAT /PG /CE INT OTG等数字引脚的上拉电阻连接到VSYS。通常保持安装状态以确保这些开漏输出引脚有确定的高电平。JP4USB电流限制/升压使能此跳线功能复合。在降压Buck充电模式且PSEL为高USB模式时它连接OTG引脚用于选择USB输入电流限值100mA或500mA。在升压Boost模式下它作为使能引脚的一部分。出厂未安装需要根据测试模式决定。JP5/CE引脚设置短接则强制拉低/CE使能芯片断开则由I2C控制。对于常规I2C评估建议保持断开不安装完全通过软件控制。JP7 JP8 JP9 JP10温度传感相关JP7连接TS1分压电阻的上拉源到REGN稳压输出。JP8和JP9为TS1和TS2引脚提供10kΩ下拉电阻模拟常温约25°C。JP10用于bq24193型号将TS2与TS1短接对于其他型号则将TS2连接到外部TS2-I。在连接真实带NTC的电池包前务必移除JP8和JP9否则会干扰温度检测。配置清单以评估bq24192的典型充电场景为例确认EVM上焊接的芯片型号U1。根据Table 3设置JP1PSEL短接LOW适配器模式。根据芯片型号设置JP2bq24192需短接至PG。确保JP3内部上拉已安装。JP4、JP5保持出厂未安装状态由I2C控制。检查JP7已安装JP8、JP9已安装模拟常温若接真实电池则移除。根据芯片设置JP10bq24192需短接TS2和TS2-I。2.3 关键测试点TP与测量技巧板载的白色测试点TP是为了方便你使用示波器探头进行关键波形测量而设计的。TP2SW开关节点。这是整个开关电源拓扑中最重要、噪声也最大的测试点。测量这里的波形可以验证开关频率、占空比是否正常以及开关上升/下降沿是否干净。注意事项测量时必须使用示波器探头的接地弹簧尽可能缩短接地回路否则会引入巨大噪声观测到的振铃Ringing可能并非真实情况。TP3VSYS系统电压。可以测量系统端的电压纹波。TP20PMID功率路径节点电压。可以测量PMID点的电压纹波这在评估充电和升压模式性能时非常关键。TP9ILIM仅限bq24190。连接至R15电位器用于设置输入电流限制。通过测量TP9对地电阻可以计算或设置ILIM值。测量心法在测量高频开关噪声纹波时一定要使用示波器的带宽限制功能通常为20MHz并选择AC耦合模式。这样可以滤除高频噪声和直流偏置让你清晰地看到真实的纹波电压幅值如图4和图5所示。直接使用DC耦合和全带宽看到的往往是噪声叠加的“毛刺”而非有效的纹波。3. 测试环境搭建与软件配置实战一套稳定、可靠的测试环境是获得准确数据的前提。官方的指南列出了设备清单但如何搭建和避免常见陷阱才是经验所在。3.1 测试设备选型与连接要点你需要准备以下设备可编程直流电源PS#1至少能提供5V/2A输出最好有恒压CV和恒流CC模式。用于模拟适配器输入。电子负载Load#1用于模拟系统负载或电池。这里有个关键选择指南中提到可以使用“四象限电源”或“真实电池”。对于充电模式测试最模拟真实场景的是使用一个可编程电子负载并将其设置为恒压CV模式电压设定为电池电压如3.7V。这样电子负载会像一块真实电池一样吸收电流。切勿使用电子负载的恒流CC或恒阻CR模式来模拟电池那会改变测试条件。负载电阻Load#2一个10Ω/5W以上的功率电阻。用于升压OTG模式测试作为PMID输出的负载。数字万用表至少需要两个最好四个。用于同时监测输入电压/电流VBUS和电池端电压/电流BAT。高精度不是必须的但读数稳定很重要。示波器带宽100MHz以上即可但要求有至少两个通道并配备低噪声探头。用于测量SW PMID VSYS等点的波形。HPA172 USB转GPIO适配器套件包含适配器板和USB线、10针排线。务必确保排线方向正确连接到EVM的J3口。安装好评估软件的电脑软件可在TI官网下载bq2419xEVM_GUI。支持Windows系统。连接步骤与避坑指南电源连接将直流电源的正负极通过电流表串联连接到EVM的J1VBUS和GND。务必先设置好电源的电压和电流限值再开启输出建议初始设为5.0V 电流限值1.0A。“电池”连接将电子负载的正负极通过另一个电流表串联连接到EVM的J2BAT和GND。将电子负载设置为恒压CV模式电压设为较低值如2.5V模拟深度放电的电池并先禁用Disable负载输出。测量表连接用万用表电压档直接测量J1输入电压和J2电池电压。通信连接用10针排线连接HPA172适配器和EVM的J3口再将HPA172通过USB线连接到电脑。检查跳线再次核对所有跳线帽设置是否符合你的测试计划。重要提示所有连接务必在设备断电状态下进行。先连接通信接口和测量仪表最后再连接电源和负载的功率线。上电顺序建议为先开启电子负载但仍保持Disable状态再开启直流电源。3.2 评估软件详解与关键寄存器配置安装并打开bq2419x评估软件其主界面如图3是控制芯片的“驾驶舱”。界面主要分为几个区域设备连接状态、寄存器映射表、实时监测数据、配置面板和故障指示。首次连接与设备识别连接好HPA172并上电后点击软件上的“Read”按钮。软件会通过I2C读取芯片的Device ID设备ID。在“Device Address”下拉菜单中选择对应的芯片型号如bq24192的地址是6Bh。再次点击“Read”软件会读取所有寄存器的当前值并显示在界面上。此时务必观察“FAULT”区域应显示“Normal”正常。如果出现“Watchdog Expired”等故障需要先进行复位或检查硬件连接。核心充电参数配置解析 软件配置对应着芯片内部寄存器的写入。理解每个参数的意义比单纯填写数值更重要。Input Voltage Limit (VINDPM)输入电压限值。设置适配器的最低输入电压阈值当输入电压低于此值时芯片会降低输入电流以保护适配器不过载。通常设置为4.2V-4.4V对于5V输入。Input Current Limit (IINLIM)输入电流限值。这是控制从适配器“吸取”多少电流的关键参数。必须小于或等于你的适配器额定电流。例如对于1A适配器可设为900mA留有余量。Charge Voltage Limit (VREG)充电电压限制。对于单节锂离子电池通常设为4.2V标准充电或4.35V高压电池。这个值直接决定了电池的最终满电电压设置错误可能损坏电池。Fast Charge Current (ICHG)快充电流。这是恒流CC阶段的充电电流。需要根据电池容量C-rate和散热条件设定。例如对于2000mAh电池1A电流对应0.5C。Precharge Current (IPRECHG)预充电流。当电池电压过低如低于3.0V时用小电流进行预充电保护电池。通常设为快充电流的1/10到1/2。Termination Enable/Current充电终止使能/电流。当充电电流小于终止电流阈值时芯片判定电池已充满停止充电。通常设为快充电流的1/10。一个典型的配置流程为单节锂离子电池充电点击“Register”页面的“Reset”按钮将所有寄存器恢复默认值。设置Input Voltage Limit 4.2V。设置Input Current Limit 1500mA假设使用2A适配器。设置Charge Voltage Limit 4.200V。设置Fast Charge Current 1000mA。设置Precharge Current 200mA。设置Termination Current 100mA并勾选“Enable Termination”。点击“Write”按钮将所有配置写入芯片。点击“Read”按钮确认配置已生效。此时如果你已连接好“电池”电子负载CV模式设为3.7V和电源5V应该能看到STAT指示灯D1亮起某些型号如bq24192i除外/PG指示灯D2亮起并且电流表显示充电电流接近1A。4. 核心功能测试流程与波形分析理论配置完成后我们需要通过实测来验证芯片的性能是否达标。下面我们分充电模式和升压模式两个场景进行。4.1 充电模式CHG Mode全流程测试与数据解读这个测试模拟了最常见的充电场景适配器供电同时为电池充电并为系统负载供电。测试步骤与预期现象初始状态验证完成3.2节的软件配置后先不开启电子负载模拟系统空载。测量系统电压V(SYS)。由于NVDC-1架构SYS电压会被调节到略高于电池电压的一个设定值如4.1V以确保系统优先由适配器供电。此时测量值应在4.10V ± 0.30V范围内。接入模拟电池启用电子负载设置为恒压CV模式电压设为2.5V模拟过放电池。测量电池电压V(BAT)应接近2.5V系统电压V(SYS)会略有下降但仍应高于电池电压如3.65V ± 0.30V。此时芯片进入预充电阶段充电电流应为设定的预充电流256mA左右。快充阶段验证将电子负载的恒压值提高到3.7V模拟电池电压升至典型工作点。此时芯片应进入恒流快充阶段。测量电池端电流I(BAT)应接近你设定的快充电流如512mA。系统电压V(SYS)会稳定在3.75V ± 0.20V左右。电池电压V(BAT)应被拉升至接近3.7V。输入限流验证在软件中将快充电流ICHG提高到1.012A。由于我们之前设置的输入电流限值IINLIM为500mA而充电电流1A加上系统负载电流假设很小超过了输入限值。此时芯片的输入电流限制VINDPM功能会介入降低充电电流使得总输入电流不超过500mA。因此测量输入电流I(IN)应约为500mA ± 200mA。这验证了输入电流限制功能的有效性。关键波形测量示波器操作通道1C1探头接TP20PMID接地弹簧接附近GND。示波器设置为AC耦合20MHz带宽限制20mV/div。测量PMID点的电压纹波。合格标准排除高频尖峰后纹波峰峰值应小于10mV。过大的纹波可能源于输入/输出电容不足或布局不佳。通道2C2探头接TP2SW接地弹簧接附近GND。示波器设置为DC耦合5V/div。测量开关节点波形。你需要观察频率应在1.25 MHz 至 1.5 MHz之间与芯片设计相符。占空比在VBUS5V VBAT3.7V的条件下占空比大约为D V(BAT) / V(PMID)。由于PMID约等于VBUS忽略二极管压降理论值约74%。实测应在73% 到 81%之间。占空比异常可能意味着电感或MOSFET异常。上升/下降沿应干净利落过冲和振铃较小。通道3C3探头接TP3VSYS接地弹簧接附近GND。设置同C1。测量系统端电压纹波应小于15mV。4.2 升压模式Boost Mode/OTG测试与注意事项升压模式允许设备用电池反向输出5V电压为其他USB设备供电即USB OTG功能。测试步骤与模式切换断开输入电源关闭并断开直流电源PS#1。重构“电池”连接移除连接在BAT和GND之间的电子负载如果是四象限电源可忽略。将直流电源PS#1此时作为可调电源的输出设置为3.7V电流限值设为2A然后将其正负极连接到EVM的J2BAT和GND。这模拟了一个电压为3.7V的电池。连接升压负载将一个10Ω/5W的功率电阻连接在J1的PMID()和GND(-)之间。软件配置切换模式在GUI的“Configuration”下拉菜单中选择“OTG”模式。确保“OTG Low”复选框未勾选即OTG引脚为高电平。你也可以通过硬件跳线JP4将OTG引脚拉高。验证输出用万用表测量J1PMID对GND的电压。应输出4.9V 至 5.3V之间的稳定电压。波形测量通道1C1再次测量TP20PMID的AC耦合纹波。通道2C2测量TP2SW的开关波形。此时开关频率仍在1.2-1.7MHz范围内但由于是升压拓扑Boost占空比公式变为D 1 - V(BAT) / V(PMID)。理论值约26%实测应在67% 到 74%之间注意此处指南中“Duty cycle between 67% and 74%”疑似有误升压模式占空比应较小可能原文笔误或测量点定义不同实际应以SW波形高电平时间占周期比例为准并符合升压拓扑理论。重要安全提示升压模式下电流从电池流向PMID。务必确保你的“电池”此处是电源能够提供足够的电流。10Ω负载在5V下会产生500mA电流对于3.7V电池侧而言输入电流会更大约675mA。要计算功率确保所有元件特别是电感L1和功率电阻不会过热。4.3 设备ID与JEITA功能验证在软件中点击“Read”后除了寄存器值软件还会显示“Device ID”和“JEITA”状态。这用于验证EVM上焊接的芯片型号是否与预期一致以及JEITA温度控制功能是否使能。Device ID是一个只读的硬件编码对应不同的芯片型号。例如bq24190的ID是100二进制bq24192是101bq24192i是011等。这与Table 5相符。如果读出的ID不对可能是芯片型号错误或通信有问题。JEITA显示为“Enabled”或“Disabled”。这是电池温度智能充电规范。bq24193默认使能了JEITA功能这意味着它会根据TS引脚检测到的温度通过外接NTC电阻自动调整充电电压和电流。例如在低温如0-10°C时降低充电电流在高温如45-60°C时降低充电电压。对于追求充电安全性的设计强烈建议启用JEITA或类似的热管理功能。5. PCB布局指南从原理到实践的黄金法则bq24x9x EVM的PCB设计本身就是一份最佳实践教材。官方的布局指南第3章列出了8条优先级规则我将它们归纳为三个核心原则并结合EVM的图层图6-11进行解读。5.1 功率回路最小化噪声与效率的基石这是开关电源布局的第一要义。高频开关电流通常频率在1MHz以上流经的路径必须尽可能短而宽以减小寄生电感和电阻从而降低开关噪声、电压尖峰和功率损耗。输入电容C4 C16-C18的摆放如图6顶层所示大容值的陶瓷电容C46.8uF和C16-C1847uF被紧贴着芯片U1的VBUS和PMID引脚放置。它们的主要作用是为瞬间的大电流提供本地能量缓冲。电流路径是VBUS引脚 - 输入电容 - PGND芯片底部散热焊盘。这个环路面积必须极小。EVM上通过将电容的GND端直接通过过孔连接到第二层图7的完整地平面来实现。开关节点SW的布线芯片的SW引脚20 21通过非常短的铜皮连接到电感L1的输入端。如图6你可以看到SW走线虽然短但宽度足够承载4A的充电电流。关键技巧避免在SW节点下方或相邻层走其他敏感的信号线防止开关噪声耦合。EVM的第三层图8在SW节点区域几乎没有走线这就是一个很好的隔离。输出电容C7 C8 C11与电感的摆放电感L1的输出端紧接着就是输出电容C7和C810uF。它们为系统VSYS提供滤波。电流路径是SW - 电感L1 - 输出电容 - PGND。同样这个回路也被设计得非常紧凑。5.2 地平面分割与单点连接控制噪声流向模拟电路如电流采样、电压基准、TS感应对噪声极其敏感而功率地PGND上充满了开关噪声。如果混合在一起噪声会干扰模拟信号导致充电电压/电流不准甚至误触发保护。地平面分割观察EVM的底层图9和第二层图7你会发现地平面被分成了模拟地AGND和功率地PGND两个区域。芯片底部的散热焊盘Power Pad连接的是PGND而芯片的AGND引脚通常是小信号地则连接到AGND区域。单点连接星型接地AGND和PGND不是完全隔离的它们需要在某一点连接在一起为整个系统建立一个共同的参考电位。在EVM上这个连接点通常是通过多个过孔在芯片正下方的某个位置借助散热焊盘实现的或者通过一个0欧姆电阻如原理图中的R24 768Ω此处BOM中R24为768Ω可能用于其他分压单点连接可能通过焊盘实现进行连接。这种设计确保了高频开关噪声的电流主要留在PGND环路内不会大面积污染AGND。5.3 热设计与散热处理bq24x9x系列芯片在满功率工作时如4A充电内部MOSFET会产生可观的损耗发热是必然的。散热焊盘Thermal Pad芯片底部的裸露焊盘是主要散热路径。EVM在芯片正下方的各层特别是底层都布置了大量的 thermal vias散热过孔。这些过孔将热量从芯片焊盘传导到PCB底层的地铜层利用整个铜皮来散热。如图9底层芯片下方区域布满了过孔。布局建议在你的设计中务必参照EVM在芯片散热焊盘下方打上足够多的过孔通常建议9-16个直径0.3mm左右并连接到内部或底层的大面积铜皮上。如果空间允许甚至可以在底层对应位置涂抹散热膏并接触外壳。实操心得当你自己设计PCB时一个简单的检查方法是用高亮笔描出高频开关电流的完整回路输入电容-芯片SW-电感-输出电容-地-输入电容这个环路的面积应该小到让你自己都觉得“紧凑”。另一个方法是确保所有小信号反馈路径如FB分压电阻、TS分压电阻、ILIM设置电阻的走线远离功率电感和SW节点并且被AGND包围保护。6. 原理图与物料清单BOM的工程化解读EVM的原理图图12和BOM表6是可直接复用的设计宝藏但直接照搬前需要理解每个元件的选型逻辑。6.1 关键外围电路设计原理解析让我们剖析几个核心电路输入滤波与保护C4 C16-C18 D3C46.8uF 0805 25V X5R这是紧靠芯片的高频去耦电容用于滤除开关频率及其谐波噪声。选用X5R材质是因为其在高频下仍有较好的电容保持率和较低的ESR。C16 C17 C1847uF 1206 10V X5R这是大容量储能电容用于应对输入电压的瞬间跌落和提供瞬时大电流。1206封装能容纳更大容值10V耐压对于5V输入足够并有裕量。D3肖特基二极管 ZLLS350这是一个防反接二极管仔细看原理图它连接在VBUS和PMID之间。实际上在bq24x9x的典型应用中这个位置通常是一个理想二极管或MOSFET用于实现输入OVP过压保护和ORing或门功能。但在EVM原理图上此处标注为D3且BOM中为肖特基二极管可能用于特定保护或测试目的在你的产品设计中应严格按照芯片数据手册的推荐电路来设计此部分通常不需要这个二极管。功率电感L12.2uH的选型这是开关电源的“心脏”。选型依据三个关键参数电感值、饱和电流和直流电阻。电感值2.2uH由芯片的开关频率~1.5MHz和期望的纹波电流决定。纹波电流ΔIL (VIN - VOUT) * D / (f * L)。较小的电感纹波电流大动态响应好但损耗大较大的电感则相反。2.2uH是TI针对该系列芯片和典型工作条件优化后的值。饱和电流Isat必须大于芯片的最大开关电流限值通常为5-6A。EVM选用的IHLP2020BZER2R2M01饱和电流为4.2A满足要求。直流电阻DCR45.6毫欧。DCR直接影响导通损耗和发热应尽可能小。电流采样与设置网络R7 R15R7130Ω for bq24190对于bq24190输入电流限制由ILIM引脚外接的对地电阻R7设置。电阻值R(ILIM) 1690 / I(IN_LIM)。例如要设置1A限流R7 1690 / 1 1.69kΩ。EVM上使用130Ω对应限流约13A这显然是为了测试时不受限在产品设计中必须根据适配器能力精确计算。R1510kΩ电位器仅用于bq24190作为R7的可调版本方便测试时调整输入电流限值。温度传感网络R21 R22 R18 R19这是一个将NTC热敏电阻的阻值变化转换为TS引脚电压的分压电路。以TS1为例上拉电阻R2130.1kΩ连接到REGN稳压输出如3.3V下拉电阻R225.23kΩ连接到地。NTC电阻连接在TS1引脚和地之间。通过选择合适的上下拉电阻值可以将NTC的典型阻值范围如10kΩ 25°C映射到TS引脚的有效检测电压范围内通常0-3V。在产品设计中你需要根据所选NTC的具体型号如10kΩ B3435来重新计算这些电阻值以确保在目标温度点如0°C 10°C 45°C 60°C产生正确的触发电压。6.2 BOM选型与替代原则Table 6的BOM列出了所有元件其中“RefDes”列下的“-001”“-003”等表示该元件在不同型号EVMPWR021-001对应bq24190等上的使用情况。“STD”表示标准件。电容选型优先选用X7R或X5R材质的陶瓷电容。严禁使用Y5V或Z5U这类电容它们的容值随电压和温度变化剧烈会导致电源不稳定。电压额定值至少为输入/输出电压的1.5倍以上。电阻选型电流采样路径上的电阻如果有需选用1%精度及以上的以保障电流控制精度。其他信号路径上的电阻0603封装1%精度即可。电感选型除了饱和电流和DCR还要关注自谐振频率SRF应远高于开关频率1.5MHz。EVM选用的IHLP系列是业内公认的高性能功率电感。“不可替代”元件BOM注释中提到带星号*的RefDes不能替代。通常这指的是核心芯片U1和可能影响关键性能的元件如特定型号的电感或精密电阻。其他元件在参数容值、感值、电阻值、精度、尺寸、电压/电流额定值一致的前提下可以选用其他品牌的同等型号。最后的忠告在将EVM设计转化为你自己的产品PCB时强烈建议你先用这块EVM做一次完整的性能测试记录下关键波形和效率数据。然后在你自己的板子打样回来后用完全相同的测试条件再测一遍。对比两者的差异是调试和优化你自己布局最有效的方法。电源设计细节决定成败而EVM正是帮你把握这些细节的最佳起点。希望这篇超详细的解读能帮你扫清评估路上的障碍做出更稳定、高效的电源设计。
TI bq24x9x EVM评估模块实战：从硬件连接到PCB布局的充电管理设计指南
发布时间：2026/7/28 12:10:32
1. 项目概述与核心价值如果你正在设计一款需要内置电池的便携式设备比如智能手表、手持终端或者蓝牙音箱那么电池充电管理电路的设计绝对是你绕不开的核心环节。这不仅仅是把电池接上电源那么简单它关乎着设备的安全性、充电速度、电池寿命甚至是用户体验。我见过太多项目因为充电电路设计不当导致电池鼓包、充电慢、设备发热严重最终产品返修率居高不下。今天我想和你深入聊聊德州仪器TI的bq24x9x系列电池充电管理芯片特别是如何利用其官方的评估模块EVM型号PWR021来快速验证设计、规避这些潜在的“坑”。这块bq24x9x EVM本质上是一个“参考答案”。它集成了包括bq24190、bq24192、bq24192i、bq24193、bq24196以及bq24292i在内的多款热门充电芯片提供了一个经过TI官方验证的、最优的硬件参考设计。对于硬件工程师来说它的价值在于你不需要从零开始画原理图、纠结元器件的选型和PCB布局——TI的专家已经帮你把最佳实践都做在了这块板子上。你可以直接用它来测试芯片的各项性能指标比如充电效率、热管理、不同模式下的电压电流纹波甚至可以通过其I2C接口用配套的上位机软件实时配置和监控充电参数直观地理解芯片的工作逻辑。无论是刚接触电源管理的新手还是需要为新产品选型验证的老手这块EVM都能帮你节省大量的时间和试错成本。接下来我会结合官方用户指南和多年的实操经验带你从硬件接口识别、测试环境搭建、软件配置调试再到关键的PCB布局考量完整地走一遍评估流程并分享那些数据手册上不会写的注意事项和调试技巧。2. 评估模块深度解析与硬件连接拿到一块EVM第一步不是急着上电而是要先把它“认全”。了解每个接口、跳线帽和测试点的作用是后续一切测试的基础也能帮你理解设计者的意图。2.1 核心接口与功能引脚详解bq24x9x EVM的板载接口非常丰富主要可以分为电源接口、通信接口和配置接口三大类。电源接口J1 J2J1VBUS PMID GND这是整个模块的“能量入口”。VBUS和GND用于连接外部适配器比如5V/2A的充电头输入电压范围是3.9V到17V覆盖了常见的USB和适配器电压。PMID引脚则比较特殊它是功率路径管理NVDC-1架构中的关键节点连接着内部开关管的输出。在充电模式下系统负载SYS直接从PMID取电在升压OTG模式下PMID则作为5V输出可以为外部USB设备供电。J2SYS BAT GND这是连接电池和系统负载的“枢纽”。BAT和GND直接连接你的单节锂离子或锂聚合物电池。SYS则是系统供电输出它通过内部理想二极管或MOSFET连接到PMID。这种设计保证了即使在没有适配器输入时系统也能由电池供电而当适配器插入时系统负载优先由适配器供电同时为电池充电实现了“无间断”供电。通信与配置接口J3 J4 J5 J6J3USB-to-GPIO这是EVM与电脑“对话”的桥梁。它是一个10针的排母需要使用TI的HPA172 USB转GPIO适配器套件进行连接。通过这个接口上位机软件才能通过I2C协议SCL SDA读写芯片内部寄存器实现所有参数的配置和状态读取。这里有个关键点EVM本身不包含这个适配器需要单独订购型号HPA172。没有它你无法进行任何软件配置和高级测试。J4INT OTG /CE这是关键的数字信号和使能引脚集合。INT中断芯片状态发生变化如充电完成、故障报警时会通过这个引脚拉低通知主控MCU。在评估时你可以用逻辑分析仪或示波器监测此引脚。OTGOn-The-Go这是启用升压模式的关键。当通过I2C配置并使能升压功能后需要将此引脚拉高通过跳线或软件芯片才会从电池取电在PMID端输出5V电压。/CE芯片使能低电平有效。拉低此引脚可以强制使能芯片忽略I2C设置拉高则禁用。通过JP5跳线可以选择直接拉低或由I2C控制。J5 J6TS1 TS2温度传感引脚。bq24x9x系列支持通过外接负温度系数NTC热敏电阻来监测电池温度实现JEITA规范或自定义的温度-电压/电流曲线充电这对于安全充电至关重要。EVM上默认通过JP8和JP9安装了10kΩ下拉电阻模拟常温条件。在实际电池包测试时需要移除这些跳线连接电池包内的NTC电阻。2.2 跳线帽配置的玄机与实战设置跳线帽Shunt是硬件配置的“开关”。用户指南中的Table 3列出了所有跳线的出厂设置和功能但仅仅照搬是不够的你需要理解每个选择背后的逻辑。JP1PSEL引脚设置这个跳线决定了芯片识别输入源类型。短接到LOW接地表示适配器输入Adapter短接到HIGH通过电阻上拉表示USB输入。区别在于输入电流限制IINLIM的默认值和枚举行为。对于bq24190此跳线未安装因为它有独立的IINLIM引脚通过R15电位器设置。实操心得如果你使用标准的5V/2A以上适配器建议设置为Adapter模式以获得更大的输入电流能力如果模拟USB端口供电则设为USB模式。JP2D-/PG引脚选择这个跳线针对不同型号芯片的功能复用引脚。对于bq24190该引脚是D-USB数据负线需要短接到D-对于其他型号如bq24192该引脚是/PG电源好指示需要短接到PG。务必根据你评估的具体芯片型号来设置否则状态指示灯D2将无法正确显示。JP3内部上拉源这个跳线将STAT /PG /CE INT OTG等数字引脚的上拉电阻连接到VSYS。通常保持安装状态以确保这些开漏输出引脚有确定的高电平。JP4USB电流限制/升压使能此跳线功能复合。在降压Buck充电模式且PSEL为高USB模式时它连接OTG引脚用于选择USB输入电流限值100mA或500mA。在升压Boost模式下它作为使能引脚的一部分。出厂未安装需要根据测试模式决定。JP5/CE引脚设置短接则强制拉低/CE使能芯片断开则由I2C控制。对于常规I2C评估建议保持断开不安装完全通过软件控制。JP7 JP8 JP9 JP10温度传感相关JP7连接TS1分压电阻的上拉源到REGN稳压输出。JP8和JP9为TS1和TS2引脚提供10kΩ下拉电阻模拟常温约25°C。JP10用于bq24193型号将TS2与TS1短接对于其他型号则将TS2连接到外部TS2-I。在连接真实带NTC的电池包前务必移除JP8和JP9否则会干扰温度检测。配置清单以评估bq24192的典型充电场景为例确认EVM上焊接的芯片型号U1。根据Table 3设置JP1PSEL短接LOW适配器模式。根据芯片型号设置JP2bq24192需短接至PG。确保JP3内部上拉已安装。JP4、JP5保持出厂未安装状态由I2C控制。检查JP7已安装JP8、JP9已安装模拟常温若接真实电池则移除。根据芯片设置JP10bq24192需短接TS2和TS2-I。2.3 关键测试点TP与测量技巧板载的白色测试点TP是为了方便你使用示波器探头进行关键波形测量而设计的。TP2SW开关节点。这是整个开关电源拓扑中最重要、噪声也最大的测试点。测量这里的波形可以验证开关频率、占空比是否正常以及开关上升/下降沿是否干净。注意事项测量时必须使用示波器探头的接地弹簧尽可能缩短接地回路否则会引入巨大噪声观测到的振铃Ringing可能并非真实情况。TP3VSYS系统电压。可以测量系统端的电压纹波。TP20PMID功率路径节点电压。可以测量PMID点的电压纹波这在评估充电和升压模式性能时非常关键。TP9ILIM仅限bq24190。连接至R15电位器用于设置输入电流限制。通过测量TP9对地电阻可以计算或设置ILIM值。测量心法在测量高频开关噪声纹波时一定要使用示波器的带宽限制功能通常为20MHz并选择AC耦合模式。这样可以滤除高频噪声和直流偏置让你清晰地看到真实的纹波电压幅值如图4和图5所示。直接使用DC耦合和全带宽看到的往往是噪声叠加的“毛刺”而非有效的纹波。3. 测试环境搭建与软件配置实战一套稳定、可靠的测试环境是获得准确数据的前提。官方的指南列出了设备清单但如何搭建和避免常见陷阱才是经验所在。3.1 测试设备选型与连接要点你需要准备以下设备可编程直流电源PS#1至少能提供5V/2A输出最好有恒压CV和恒流CC模式。用于模拟适配器输入。电子负载Load#1用于模拟系统负载或电池。这里有个关键选择指南中提到可以使用“四象限电源”或“真实电池”。对于充电模式测试最模拟真实场景的是使用一个可编程电子负载并将其设置为恒压CV模式电压设定为电池电压如3.7V。这样电子负载会像一块真实电池一样吸收电流。切勿使用电子负载的恒流CC或恒阻CR模式来模拟电池那会改变测试条件。负载电阻Load#2一个10Ω/5W以上的功率电阻。用于升压OTG模式测试作为PMID输出的负载。数字万用表至少需要两个最好四个。用于同时监测输入电压/电流VBUS和电池端电压/电流BAT。高精度不是必须的但读数稳定很重要。示波器带宽100MHz以上即可但要求有至少两个通道并配备低噪声探头。用于测量SW PMID VSYS等点的波形。HPA172 USB转GPIO适配器套件包含适配器板和USB线、10针排线。务必确保排线方向正确连接到EVM的J3口。安装好评估软件的电脑软件可在TI官网下载bq2419xEVM_GUI。支持Windows系统。连接步骤与避坑指南电源连接将直流电源的正负极通过电流表串联连接到EVM的J1VBUS和GND。务必先设置好电源的电压和电流限值再开启输出建议初始设为5.0V 电流限值1.0A。“电池”连接将电子负载的正负极通过另一个电流表串联连接到EVM的J2BAT和GND。将电子负载设置为恒压CV模式电压设为较低值如2.5V模拟深度放电的电池并先禁用Disable负载输出。测量表连接用万用表电压档直接测量J1输入电压和J2电池电压。通信连接用10针排线连接HPA172适配器和EVM的J3口再将HPA172通过USB线连接到电脑。检查跳线再次核对所有跳线帽设置是否符合你的测试计划。重要提示所有连接务必在设备断电状态下进行。先连接通信接口和测量仪表最后再连接电源和负载的功率线。上电顺序建议为先开启电子负载但仍保持Disable状态再开启直流电源。3.2 评估软件详解与关键寄存器配置安装并打开bq2419x评估软件其主界面如图3是控制芯片的“驾驶舱”。界面主要分为几个区域设备连接状态、寄存器映射表、实时监测数据、配置面板和故障指示。首次连接与设备识别连接好HPA172并上电后点击软件上的“Read”按钮。软件会通过I2C读取芯片的Device ID设备ID。在“Device Address”下拉菜单中选择对应的芯片型号如bq24192的地址是6Bh。再次点击“Read”软件会读取所有寄存器的当前值并显示在界面上。此时务必观察“FAULT”区域应显示“Normal”正常。如果出现“Watchdog Expired”等故障需要先进行复位或检查硬件连接。核心充电参数配置解析 软件配置对应着芯片内部寄存器的写入。理解每个参数的意义比单纯填写数值更重要。Input Voltage Limit (VINDPM)输入电压限值。设置适配器的最低输入电压阈值当输入电压低于此值时芯片会降低输入电流以保护适配器不过载。通常设置为4.2V-4.4V对于5V输入。Input Current Limit (IINLIM)输入电流限值。这是控制从适配器“吸取”多少电流的关键参数。必须小于或等于你的适配器额定电流。例如对于1A适配器可设为900mA留有余量。Charge Voltage Limit (VREG)充电电压限制。对于单节锂离子电池通常设为4.2V标准充电或4.35V高压电池。这个值直接决定了电池的最终满电电压设置错误可能损坏电池。Fast Charge Current (ICHG)快充电流。这是恒流CC阶段的充电电流。需要根据电池容量C-rate和散热条件设定。例如对于2000mAh电池1A电流对应0.5C。Precharge Current (IPRECHG)预充电流。当电池电压过低如低于3.0V时用小电流进行预充电保护电池。通常设为快充电流的1/10到1/2。Termination Enable/Current充电终止使能/电流。当充电电流小于终止电流阈值时芯片判定电池已充满停止充电。通常设为快充电流的1/10。一个典型的配置流程为单节锂离子电池充电点击“Register”页面的“Reset”按钮将所有寄存器恢复默认值。设置Input Voltage Limit 4.2V。设置Input Current Limit 1500mA假设使用2A适配器。设置Charge Voltage Limit 4.200V。设置Fast Charge Current 1000mA。设置Precharge Current 200mA。设置Termination Current 100mA并勾选“Enable Termination”。点击“Write”按钮将所有配置写入芯片。点击“Read”按钮确认配置已生效。此时如果你已连接好“电池”电子负载CV模式设为3.7V和电源5V应该能看到STAT指示灯D1亮起某些型号如bq24192i除外/PG指示灯D2亮起并且电流表显示充电电流接近1A。4. 核心功能测试流程与波形分析理论配置完成后我们需要通过实测来验证芯片的性能是否达标。下面我们分充电模式和升压模式两个场景进行。4.1 充电模式CHG Mode全流程测试与数据解读这个测试模拟了最常见的充电场景适配器供电同时为电池充电并为系统负载供电。测试步骤与预期现象初始状态验证完成3.2节的软件配置后先不开启电子负载模拟系统空载。测量系统电压V(SYS)。由于NVDC-1架构SYS电压会被调节到略高于电池电压的一个设定值如4.1V以确保系统优先由适配器供电。此时测量值应在4.10V ± 0.30V范围内。接入模拟电池启用电子负载设置为恒压CV模式电压设为2.5V模拟过放电池。测量电池电压V(BAT)应接近2.5V系统电压V(SYS)会略有下降但仍应高于电池电压如3.65V ± 0.30V。此时芯片进入预充电阶段充电电流应为设定的预充电流256mA左右。快充阶段验证将电子负载的恒压值提高到3.7V模拟电池电压升至典型工作点。此时芯片应进入恒流快充阶段。测量电池端电流I(BAT)应接近你设定的快充电流如512mA。系统电压V(SYS)会稳定在3.75V ± 0.20V左右。电池电压V(BAT)应被拉升至接近3.7V。输入限流验证在软件中将快充电流ICHG提高到1.012A。由于我们之前设置的输入电流限值IINLIM为500mA而充电电流1A加上系统负载电流假设很小超过了输入限值。此时芯片的输入电流限制VINDPM功能会介入降低充电电流使得总输入电流不超过500mA。因此测量输入电流I(IN)应约为500mA ± 200mA。这验证了输入电流限制功能的有效性。关键波形测量示波器操作通道1C1探头接TP20PMID接地弹簧接附近GND。示波器设置为AC耦合20MHz带宽限制20mV/div。测量PMID点的电压纹波。合格标准排除高频尖峰后纹波峰峰值应小于10mV。过大的纹波可能源于输入/输出电容不足或布局不佳。通道2C2探头接TP2SW接地弹簧接附近GND。示波器设置为DC耦合5V/div。测量开关节点波形。你需要观察频率应在1.25 MHz 至 1.5 MHz之间与芯片设计相符。占空比在VBUS5V VBAT3.7V的条件下占空比大约为D V(BAT) / V(PMID)。由于PMID约等于VBUS忽略二极管压降理论值约74%。实测应在73% 到 81%之间。占空比异常可能意味着电感或MOSFET异常。上升/下降沿应干净利落过冲和振铃较小。通道3C3探头接TP3VSYS接地弹簧接附近GND。设置同C1。测量系统端电压纹波应小于15mV。4.2 升压模式Boost Mode/OTG测试与注意事项升压模式允许设备用电池反向输出5V电压为其他USB设备供电即USB OTG功能。测试步骤与模式切换断开输入电源关闭并断开直流电源PS#1。重构“电池”连接移除连接在BAT和GND之间的电子负载如果是四象限电源可忽略。将直流电源PS#1此时作为可调电源的输出设置为3.7V电流限值设为2A然后将其正负极连接到EVM的J2BAT和GND。这模拟了一个电压为3.7V的电池。连接升压负载将一个10Ω/5W的功率电阻连接在J1的PMID()和GND(-)之间。软件配置切换模式在GUI的“Configuration”下拉菜单中选择“OTG”模式。确保“OTG Low”复选框未勾选即OTG引脚为高电平。你也可以通过硬件跳线JP4将OTG引脚拉高。验证输出用万用表测量J1PMID对GND的电压。应输出4.9V 至 5.3V之间的稳定电压。波形测量通道1C1再次测量TP20PMID的AC耦合纹波。通道2C2测量TP2SW的开关波形。此时开关频率仍在1.2-1.7MHz范围内但由于是升压拓扑Boost占空比公式变为D 1 - V(BAT) / V(PMID)。理论值约26%实测应在67% 到 74%之间注意此处指南中“Duty cycle between 67% and 74%”疑似有误升压模式占空比应较小可能原文笔误或测量点定义不同实际应以SW波形高电平时间占周期比例为准并符合升压拓扑理论。重要安全提示升压模式下电流从电池流向PMID。务必确保你的“电池”此处是电源能够提供足够的电流。10Ω负载在5V下会产生500mA电流对于3.7V电池侧而言输入电流会更大约675mA。要计算功率确保所有元件特别是电感L1和功率电阻不会过热。4.3 设备ID与JEITA功能验证在软件中点击“Read”后除了寄存器值软件还会显示“Device ID”和“JEITA”状态。这用于验证EVM上焊接的芯片型号是否与预期一致以及JEITA温度控制功能是否使能。Device ID是一个只读的硬件编码对应不同的芯片型号。例如bq24190的ID是100二进制bq24192是101bq24192i是011等。这与Table 5相符。如果读出的ID不对可能是芯片型号错误或通信有问题。JEITA显示为“Enabled”或“Disabled”。这是电池温度智能充电规范。bq24193默认使能了JEITA功能这意味着它会根据TS引脚检测到的温度通过外接NTC电阻自动调整充电电压和电流。例如在低温如0-10°C时降低充电电流在高温如45-60°C时降低充电电压。对于追求充电安全性的设计强烈建议启用JEITA或类似的热管理功能。5. PCB布局指南从原理到实践的黄金法则bq24x9x EVM的PCB设计本身就是一份最佳实践教材。官方的布局指南第3章列出了8条优先级规则我将它们归纳为三个核心原则并结合EVM的图层图6-11进行解读。5.1 功率回路最小化噪声与效率的基石这是开关电源布局的第一要义。高频开关电流通常频率在1MHz以上流经的路径必须尽可能短而宽以减小寄生电感和电阻从而降低开关噪声、电压尖峰和功率损耗。输入电容C4 C16-C18的摆放如图6顶层所示大容值的陶瓷电容C46.8uF和C16-C1847uF被紧贴着芯片U1的VBUS和PMID引脚放置。它们的主要作用是为瞬间的大电流提供本地能量缓冲。电流路径是VBUS引脚 - 输入电容 - PGND芯片底部散热焊盘。这个环路面积必须极小。EVM上通过将电容的GND端直接通过过孔连接到第二层图7的完整地平面来实现。开关节点SW的布线芯片的SW引脚20 21通过非常短的铜皮连接到电感L1的输入端。如图6你可以看到SW走线虽然短但宽度足够承载4A的充电电流。关键技巧避免在SW节点下方或相邻层走其他敏感的信号线防止开关噪声耦合。EVM的第三层图8在SW节点区域几乎没有走线这就是一个很好的隔离。输出电容C7 C8 C11与电感的摆放电感L1的输出端紧接着就是输出电容C7和C810uF。它们为系统VSYS提供滤波。电流路径是SW - 电感L1 - 输出电容 - PGND。同样这个回路也被设计得非常紧凑。5.2 地平面分割与单点连接控制噪声流向模拟电路如电流采样、电压基准、TS感应对噪声极其敏感而功率地PGND上充满了开关噪声。如果混合在一起噪声会干扰模拟信号导致充电电压/电流不准甚至误触发保护。地平面分割观察EVM的底层图9和第二层图7你会发现地平面被分成了模拟地AGND和功率地PGND两个区域。芯片底部的散热焊盘Power Pad连接的是PGND而芯片的AGND引脚通常是小信号地则连接到AGND区域。单点连接星型接地AGND和PGND不是完全隔离的它们需要在某一点连接在一起为整个系统建立一个共同的参考电位。在EVM上这个连接点通常是通过多个过孔在芯片正下方的某个位置借助散热焊盘实现的或者通过一个0欧姆电阻如原理图中的R24 768Ω此处BOM中R24为768Ω可能用于其他分压单点连接可能通过焊盘实现进行连接。这种设计确保了高频开关噪声的电流主要留在PGND环路内不会大面积污染AGND。5.3 热设计与散热处理bq24x9x系列芯片在满功率工作时如4A充电内部MOSFET会产生可观的损耗发热是必然的。散热焊盘Thermal Pad芯片底部的裸露焊盘是主要散热路径。EVM在芯片正下方的各层特别是底层都布置了大量的 thermal vias散热过孔。这些过孔将热量从芯片焊盘传导到PCB底层的地铜层利用整个铜皮来散热。如图9底层芯片下方区域布满了过孔。布局建议在你的设计中务必参照EVM在芯片散热焊盘下方打上足够多的过孔通常建议9-16个直径0.3mm左右并连接到内部或底层的大面积铜皮上。如果空间允许甚至可以在底层对应位置涂抹散热膏并接触外壳。实操心得当你自己设计PCB时一个简单的检查方法是用高亮笔描出高频开关电流的完整回路输入电容-芯片SW-电感-输出电容-地-输入电容这个环路的面积应该小到让你自己都觉得“紧凑”。另一个方法是确保所有小信号反馈路径如FB分压电阻、TS分压电阻、ILIM设置电阻的走线远离功率电感和SW节点并且被AGND包围保护。6. 原理图与物料清单BOM的工程化解读EVM的原理图图12和BOM表6是可直接复用的设计宝藏但直接照搬前需要理解每个元件的选型逻辑。6.1 关键外围电路设计原理解析让我们剖析几个核心电路输入滤波与保护C4 C16-C18 D3C46.8uF 0805 25V X5R这是紧靠芯片的高频去耦电容用于滤除开关频率及其谐波噪声。选用X5R材质是因为其在高频下仍有较好的电容保持率和较低的ESR。C16 C17 C1847uF 1206 10V X5R这是大容量储能电容用于应对输入电压的瞬间跌落和提供瞬时大电流。1206封装能容纳更大容值10V耐压对于5V输入足够并有裕量。D3肖特基二极管 ZLLS350这是一个防反接二极管仔细看原理图它连接在VBUS和PMID之间。实际上在bq24x9x的典型应用中这个位置通常是一个理想二极管或MOSFET用于实现输入OVP过压保护和ORing或门功能。但在EVM原理图上此处标注为D3且BOM中为肖特基二极管可能用于特定保护或测试目的在你的产品设计中应严格按照芯片数据手册的推荐电路来设计此部分通常不需要这个二极管。功率电感L12.2uH的选型这是开关电源的“心脏”。选型依据三个关键参数电感值、饱和电流和直流电阻。电感值2.2uH由芯片的开关频率~1.5MHz和期望的纹波电流决定。纹波电流ΔIL (VIN - VOUT) * D / (f * L)。较小的电感纹波电流大动态响应好但损耗大较大的电感则相反。2.2uH是TI针对该系列芯片和典型工作条件优化后的值。饱和电流Isat必须大于芯片的最大开关电流限值通常为5-6A。EVM选用的IHLP2020BZER2R2M01饱和电流为4.2A满足要求。直流电阻DCR45.6毫欧。DCR直接影响导通损耗和发热应尽可能小。电流采样与设置网络R7 R15R7130Ω for bq24190对于bq24190输入电流限制由ILIM引脚外接的对地电阻R7设置。电阻值R(ILIM) 1690 / I(IN_LIM)。例如要设置1A限流R7 1690 / 1 1.69kΩ。EVM上使用130Ω对应限流约13A这显然是为了测试时不受限在产品设计中必须根据适配器能力精确计算。R1510kΩ电位器仅用于bq24190作为R7的可调版本方便测试时调整输入电流限值。温度传感网络R21 R22 R18 R19这是一个将NTC热敏电阻的阻值变化转换为TS引脚电压的分压电路。以TS1为例上拉电阻R2130.1kΩ连接到REGN稳压输出如3.3V下拉电阻R225.23kΩ连接到地。NTC电阻连接在TS1引脚和地之间。通过选择合适的上下拉电阻值可以将NTC的典型阻值范围如10kΩ 25°C映射到TS引脚的有效检测电压范围内通常0-3V。在产品设计中你需要根据所选NTC的具体型号如10kΩ B3435来重新计算这些电阻值以确保在目标温度点如0°C 10°C 45°C 60°C产生正确的触发电压。6.2 BOM选型与替代原则Table 6的BOM列出了所有元件其中“RefDes”列下的“-001”“-003”等表示该元件在不同型号EVMPWR021-001对应bq24190等上的使用情况。“STD”表示标准件。电容选型优先选用X7R或X5R材质的陶瓷电容。严禁使用Y5V或Z5U这类电容它们的容值随电压和温度变化剧烈会导致电源不稳定。电压额定值至少为输入/输出电压的1.5倍以上。电阻选型电流采样路径上的电阻如果有需选用1%精度及以上的以保障电流控制精度。其他信号路径上的电阻0603封装1%精度即可。电感选型除了饱和电流和DCR还要关注自谐振频率SRF应远高于开关频率1.5MHz。EVM选用的IHLP系列是业内公认的高性能功率电感。“不可替代”元件BOM注释中提到带星号*的RefDes不能替代。通常这指的是核心芯片U1和可能影响关键性能的元件如特定型号的电感或精密电阻。其他元件在参数容值、感值、电阻值、精度、尺寸、电压/电流额定值一致的前提下可以选用其他品牌的同等型号。最后的忠告在将EVM设计转化为你自己的产品PCB时强烈建议你先用这块EVM做一次完整的性能测试记录下关键波形和效率数据。然后在你自己的板子打样回来后用完全相同的测试条件再测一遍。对比两者的差异是调试和优化你自己布局最有效的方法。电源设计细节决定成败而EVM正是帮你把握这些细节的最佳起点。希望这篇超详细的解读能帮你扫清评估路上的障碍做出更稳定、高效的电源设计。
