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[参考译文] BQ2.4167万：充电终止故障

admin
Guru**** 2321150 points
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/576070/bq24167-charge-termination-failure

部件号：BQ2.4167万
主题中讨论的其他部件： BQ2.4166万

我已经在几个产品上使用BQ2.4167万芯片几年了。  直到最近，我还没有遇到与此部件相关的任何故障。  但是，就在最近，我在上次生产运行中构建的每个主板都出现了故障(通过90 % 故障)。  它们的失败都是一样的。  连接USB电源后，充电不会终止。  CHG信号保持低电平，芯片继续为电池提供4.2V电压，即使充电电流降至终端阈值以下。  另一种查看此故障的方法是在充电过程中断开电池。  在这种情况下，CHG信号保持低水平，即使它显然没有充电。  有趣的是，当电源连接到输入而不是USB时，我看不到这些故障，这排除了CHG信号的不足。  我非常感谢对这些失败的原因有任何想法。

下面是一些有关我遇到故障的主板的相关信息。

  • ISET连接到887欧姆电阻器，因此充电电流为550mA，终端阈值为55mA。
  • IUSB3：1针脚设置为001，因此USB电流限制为500mA，并且启用了电池检测。  我通过从USB获得最大500mA (实际上是480mA)来验证这些信号是否正常工作。
  • vsys上的负载通常约为25mA，但我将其降低到1mA以下，结果相同。
  • 出现此故障的主板使用此芯片的BGA版本。
  • 我使用示波器测量故障板上每个信号的电压，并将其与通过板进行比较以查找差异。  我看到的唯一区别是电池输入和CHG输出。  但是，使用BGA，我无法测量实际的BGA引脚。  当信号到达PCB某处时，我必须测量信号，所以我无法确定信号是否真正到达BGA。
  • 我尝试用几块主板上的新芯片替换芯片，但没有任何帮助。
  • 我尝试在一个主板上更换BQ2.4166万芯片，但没有任何帮助。

有什么想法？  在我解决此问题之前，生产处于暂停状态。

谢谢！
尼克

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    TI__Guru**** 2321150 points
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    Nick，

    首先，您肯定不会选择USB100ma (USBx=000)，因为在该模式下，是否会禁用终止？ 如果是，故障单元的蓄电池电压是多少？ TS上的电压是多少？ 您是否在SYS上看到了与第23页数据表图25类似的方形波形？
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    TI__Guru**** 2321150 points
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    我确信不会选择USB100，因为我可以使用IUSB引脚更改为每个USB模式，并且我可以看到每个模式的USB电流变化。 我看到的电池电压为4.2V。 TS上的电压为2.2V。 我没有注意到像你在图25中提到的那种浪声。 但是，我并没有真正地寻找它，本来可以以一种我不会看到的方式设置范围。 我将再次设置它以查找该波并让您知道我找到的内容。
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    TI__Guru**** 2321150 points
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    V (TS)= 2.2V接近VCOOL，这将降低充电电流并禁用终端。 如果您使用电源人为地将V(TS)增加到DRV电压的1/2，充电器是否按预期工作？
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    TI__Guru**** 2321150 points
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    数据表显示VCOOl是VDRV的56.5 %。 我测量的VDRV为~4.8V，因此VTS=2.2V是VDRV的46 % ，听起来应该工作。 将车辆跟踪系统增加到DRV/2将使其更接近车辆跟踪系统。 VDRV应处于什么电压？

    我今天必须在办公室做总结，所以明天早上我将使用TS在SYS上测量波形。
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    TI__Guru**** 2321150 points
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    我与TS一起查看充电器是否按预期响应。  简短的回答是肯定的。  下表给出了一些测量值。  我直接测量了蓄电池电压，但测量了通过USB的电流，而不是蓄电池的电流。  我这样做是因为在电池和BQ2.4167万之间放置一个电流表似乎会导致问题。  我在连接电池的情况下进行了这些测量，以便我可以看到它是如何充电的。  断路蓄电池电压约为3.8V。  SYS上没有负载。

    V (TS) I (USB) V (电池) 注释
    < 1.6 0 3.84 过热，因此充电已禁用
    1.6 - 1.9 400 4.06 温暖
    1.9 - 2.7 450 4.09 正常操作
    2.7 - 3.0 240 4.00 酷
    > 3.0 0 3.86 冷态，因此充电已禁用

    请参见下图，了解我在连接USB电源但未连接电池且CHG=0时在SYS引脚上测量的内容。  它看起来与图25并不完全相同，但却很接近。  该周期比数据表中描述的1ms稍长200US。  此外，波纹大约为0.25V，而不是0.10V。

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    TI__Guru**** 2321150 points
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    在示波器拍摄期间，蓄电池电压是多少？
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    TI__Guru**** 2321150 points
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    Nick，

    我错过了您未连接电池的问题。 图25中SYS上的沙石波形是反向升压预防电路的伪影(请参阅包含图25的数据表部分)。 当处于反向增压预防/保护时，充电器无法正确端接，/CHG将不会正确报告。 蓄电池不会过度充电，但充电电流将继续降至0mA，/CHG将不会报告充电完成。 充电器仅在下列情况下才会自动进入反向增压保护：V(BAT)>V(BATREG)，这可能发生在JEITA暖电池和几乎充满电的情况下，或者在SYS需要补充模式的瞬态恢复后BAT上出现过冲。
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    TI__Guru**** 2321150 points
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    Jeff，非常感谢您在这一问题上的及时帮助。 我们似乎接近最终答案，但我还有几个问题。

    首先，当您说"蓄电池不会过度充电"时，您的意思是它不会使用高于V (BATREG)的电压充电，但在达到ITERM阈值后它将继续充电，正确吗？ 我有点担心这可能会导致电池出现问题。 此外，CHG信号用于点亮LED，告知最终用户充电已完成。 如果这不起作用，最终用户将不知道何时完成充电。

    您给出了充电器将采用反向增压保护的两个原因，但我不知道这些原因中的任何一个如何适用于我的情况。 当电池未连接且负载小于1mA时，我看到了四分波，因此不需要补充模式。 另外，当蓄电池断开时，我仍在充电器的BAT针脚上看到~4.2V的电压。 在我的情况下，什么会导致反向增压保护？

    谢谢！
    尼克
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    TI__Guru**** 2321150 points
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    Nick，

    关于电池不会过度充电，是的，我的意思是您不会在高于VBATREG的地方充电，但电流将继续低于ITERM。

    关于反向增压保护，它仅在BAT处有蓄电池时发生。 您看到的波形是喜欢的电池检测。 在电池检测中，BAT上应有一个大的四分位点波形，如d/s图6和7，除非移除热敏电阻连接，否则会禁用电池检测。 不知道为什么在没有电池的情况下会有反向增压保护操作，因为它是从电池流向SYS的电流跳闸的，没有电池这应该是不可能的。 未连接电池时，/CHG指示灯应具有高阻抗。 不是吗？

    此致，
    Jeff
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    TI__Guru**** 2321150 points
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    从BAT中取出电池时，我看不到BAT上的沙石波形。  相反，我看到它保持在4.2V的相当稳定。  此外，拆下蓄电池后，CHG将被驱动为低电平。  我看到这种行为(我称之为"不良"行为)大约有9次(共10次)。  10次中的其余1次，我看到BAT和CHG上高阻抗带的四分一波形被拉起(我将这称为"良好"行为)。

    我在数据表中注意到，它表示"由于蓄电池线路阻抗过高，激活反向增压保护电路的可能性大大降低"。  所以我尝试在电池和充电器之间添加一些阻抗(大约6英寸电线和一对连接器)。  然后，我尝试断开并重新连接电池10次。  通过增加阻抗，我只看到10次中有1次出现不良行为， 10次中有9次出现良好行为。  我不确定这是否有帮助，但这是另一个数据点。

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    TI__Guru**** 2321150 points
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    我在BAT和USB上只有最低1uF旁通盖。 您认为更大的旁通盖会有所帮助吗？ 我可以轻松地换用2.2uF的盖子。
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    Nick，

    我认为USB上的上限不是问题，但增加BAT上限可能会有帮助。  可以去10uF吗？

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    我尝试了2.2uF CAP on BAT，但它没有解决问题。 接下来我将尝试10uF保护罩。
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    我尝试在2.2uF的限制之外添加10uF限制(总计12.2uF)，但仍然存在相同的问题。 是否有其他想法/建议？ 如果这有帮助，我可以发送示意图。
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    Nick，

    当您尝试输入终止时，能否发送V (SYS)，V (BAT)，I (BAT)和I (SYS)的示波器？
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    我不容易获得电流波形，所以我只从电压开始。  我肯定能够获得电池电流，但SYS电流将是一个真正的挑战。  不管怎样，下面是一个示波器，当我断开故障板上的电池时，V (BAT)为黄色，V (SYS)为绿色。  这是具有额外BAT电容(总计12.2uF)的问题板。

    我还在一个很好的板上进行了示波器拍摄，V (BAT)为粉色，V (SYS)为蓝色。  该主板没有任何额外的BAT电容(仅1.0uF)。

    两者之间的区别很有趣。  V(SYS)立即掉在良好的电路板上，但在坏电路板上上升一点。 故障板上的BAT电压下降速度比正常板慢，这是因为它有额外的电容。  然后，在两个板上，BAT电压会上升。  但是，在良好的主板上，它突然降至零，而在不良主板上，它只是保持高。  用示波器上的称重器看不到，但断开电池后，坏板上的V (SYS)与我之前发布的一样，具有~200 us的沙浪波。

    我不知道这有多大帮助。  希望它能提供一些见解。

    谢谢！
    尼克

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    Nick，

    这些部件不是为 在 仍通电的情况下拆卸和更换电池而设计的。    在坏板上，如果您切换/CE，它是否开始正常工作？  如果不是，如果您使用IUSBx引脚切换到然后退出HiZ 模式，是否有效？  

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    TI__Guru**** 2321150 points
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    Jeff，

    了解未设计用于在仍通电的情况下更换电池的部件。  我这样做只是为了快速测试是否真正的问题仍然存在。 真正的问题是，当电池保持连接时，充电不会终止。  

    我取出了电池上有额外电容的坏板，并测量了进入/来自电池的电流。  我可以看到进入蓄电池的充电电流缓慢下降，但当达到ITERM阈值时，它没有停止。  在我的案例中，ISET连接到887欧姆蓄电池，因此ITERM应该约为55mA。  我观察到充电电流降至约40mA，但它仍然在/CHG驱动的低电流下继续充电。  我尝试将/CE设置为高，并将IUSBx设置为高阻抗，以禁用芯片，这导致/CHG提高，充电电流为0。  当我再次将/CE LOW (低)和IUSBx (IUSBx)设置为500mA时，/CCH (/电流)会降低，充电电流恢复为~40mA。  我还尝试从USB断开和重新连接电源，并看到了相同的情况。  我在这种状态下探测V (SYS)，并观察到相同的~200us循环，在这种循环中，电压会在几个时间内略微下降。

    我现在有另一位工程师帮助我解决这个问题，我们正在研究接地和电容器降额等问题。  对这些问题有何见解？

    谢谢！
    尼克

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    Nick，

    你发送的没有电池的图解让我困惑。

    不管怎样，自动禁用终止的已知状态只有：
    -USB100
    －JEITA暖
    -JEITA冷却
    -VINDPM或IINDPM回路已接合(即您的适配器没有足够的电源来提供负载和充电电流，具体取决于输入电流限制设置)
    -反向增压保护电路-在SYS引脚上显示一个方形波形(我在没有连接电池的情况下没有看到过这种波形，但这可能是可能的)。

    如果问题在于反向增压增压预防，则没有已知的通过更换部件来简单解决的问题。 最佳解决方案是添加仪表IC，让其监控充电电流并执行端接。 我与IC设计师交谈过，他提醒我，如果蓄电池阻抗高(例如 >200mohm)。 当然，较高的电池阻抗会导致更长的充电时间。
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    Jeff，

    我们正在继续努力解决这个问题，但尚未解决。 但是，我们注意到BQ2.4167万芯片下方的地面板断裂，与地面连接不是很好。 特别是，连接到输入，pmidi，USB和SYS的电容器没有很好的接地连接。 它们所连接的地面是一个岛，只能通过另一层的细线接地。
    此外，芯片的PGND引脚(D1-D7)没有理想的接地连接。 它们连接到地面上的一个部分，这不是一个岛屿，而是通过7 mil厚的扼流点接地。 您认为这可能是我们问题的原因吗？

    谢谢！
    尼克
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    下面是一个快速更新。 我们仍然无法确定问题的根本原因。 但是，我们无法排除接地问题，甚至看到一些证据表明接地实际上是问题所在。 因此，基于这一点，我们正在重新设计PCB，以改善接地和布线，希望它能解决我们的问题。 我们还需要几个星期才能知道这是否能解决问题。
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    TI__Guru**** 2321150 points
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    本周我们又推出了新的主板。 新主板改进了接地，布局更像数据表中建议的布局。 SYS上的电容从10uF增加到20uF，BAT上的电容从1uF增加到5.7uF (1.0 + 4.7)。

    对于新主板，我们仍然看到类似的问题，但不完全相同的问题。 对于较旧的主板，在连接USB时断开电池将使CHG信号保持低，4.2V仍应用于BAT针脚。 对于新主板，在连接USB时断开电池会导致CHG信号出现高阻抗，BAT针脚上有一个波浪。 该部分是改进，但不是真正的问题，即实际为电池充电时的行为。

    使用旧版主板时，当我让芯片为电池充电时，即使充电电流降至终端阈值以下，充电器仍会施加4.2V电压。 它将持续充电(并使CHG保持低电平)，直到6小时安全计时器过期。 使用新板时，当充电电流降至终端阈值以下时，充电器将正确停止为蓄电池充电。 但是，在新板中，充电电流降至终端阈值以下且充电终止后，CHG信号仍然很低。

    我已验证芯片发出的CHG信号没有问题，因为我可以驱动CE高电平以禁用充电，这会导致CHG变得高阻抗并被拉。 我也可以断开蓄电池，并看到CHG从低变为高。 我正在使用CHG信号驱动一个LED指示灯，指示最终用户已完成充电，所以我真的希望此信号能正常工作。 有什么想法？

    谢谢！
    尼克
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    Nick，

    拆下蓄电池 并禁用TS时，BAT针脚上应有一个四分位点波形，如数据表图6所示，以指示蓄电池检测。  如果您的高/CE高，则应消失。

    当/CHG过低且蓄电池充电电流已终止时，TS针脚电压在哪里？  SYS上是否有如图25所示的四分位点波形？

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    当/CCH过低且蓄电池充电电流终止时，我测量了TS针脚电压。 电压看起来恒定为2.2V。 DRV引脚上的电压为4.9V，因此TS大约是DRV的45 % ，这在正常工作范围内。
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    Nick，

    SYS上是否有如图25所示的四分位点波形？
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    SYS (系统)上有一个四分五的波形，尽管它与图25不完全相同。  请参阅下面的示例屏幕截图。  请注意，对于两个屏幕截图，其值为500mV/div，中间水平线为4.0V。  这意味着SYS在~Ω 4.0 和~4.4V之间跳动。  第一个屏幕截图是5ms/div，第二个是500US/div，因此您可以看到此波形的"放大"和"缩小"版本。

    我刚刚注意到的另一件事是，充电结束后，它会自动开始充电几秒钟，然后再次结束。  当它充电时，SYS上的电压稳定，我看不到四分制波形。  一旦充电结束(但/CHG信号仍然很低)，沙浪波就会回来。

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    Nick，

    这种四分位波形是IC的反向升压预防电路。 它可能会导致断路错误，并阻止/CHG指示器指示实际端接。 不幸的是，目前还没有已知的解决办法来防止这种情况。 其他客户添加了SVS来监控蓄电池电压或蓄电池电量计。
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    我们已验证，在6小时安全计时器到期后，/CHG信号确实会变高，充电始终会终止，即使IC处于反向增压预防状态。 基于此，我们将向产品发送此缺陷，并仅警告用户充电可能在充电LED指示灯(由/CCH驱动)改变之前实际完成，但充电LED指示灯改变所需的时间不会超过6小时。 我们确实有一个蓄电池电量表，也可用于确定充电状态。

    是否有其他具有类似功能但不存在反向增压预防问题的充电IC？

    谢谢！
    尼克
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    Nick，

    bq2.4167万是TI提供的唯一双输入交换充电器。 I2C版本具有禁用反向升压预防电路的功能，但可能会发生反向升压事件。

    我们有简单的基于FET的电路，可放置在其他单输入充电器的输入上，以使其成为双输入。

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    Nick，

    要清除安全计时器故障，必须 通过切换CE或High Impedance (高阻抗)模式或VSUPPLY POR启动的新充电周期来恢复充电，或者拆卸和更换电池。