3S 18650 UPS 电源设计复盘 (HUSB238 + BQ25798)

设计目标：实现 USB-C PD 100W 输入，支持 3S 锂电池组（12.6V），并提供稳定的 5A 大电流充放电能力。
核心芯片：HUSB238 (PD Sink) + BQ25798 (Buck-Boost Charger)

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1. 输入级：PD 诱骗逻辑 (HUSB238)

HUSB238 负责把 USB-C 接口的电压“骗”出来。它支持硬件电阻设置和 I2C 动态设置。

1.1 档位匹配机制 (RDO vs PDO)

这是最容易搞混的地方。

• PDO：充电头广播的能力（例如：我能提供 5V, 9V, 15V, 20V）。
• RDO：我们芯片请求的档位（通过电阻或软件设定）。

匹配原则：只有当 充电头电压 ≤ RDO设定值 且 充电头电流 ≥ RDO设定值 时，才会握手成功。

举个栗子：
设定 RDO = 18V / 1.5A。
充电头有：20V/2.25A, 15V/3A, 9V/3A。

• 20V 档：20V > 18V -> ❌ 淘汰（电压超标）
• 15V 档：15V < 18V (✅) 且 3A > 1.5A (✅) -> 握手 15V

1.2 控制优先级

I2C指令 > 硬件电阻配置 > 出厂默认
上电后，MCU 可以通过 I2C (Addr: 0x08) 读取充电头能力，并强制请求特定电压。

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2. 核心级：充放电管理 (BQ25798)

2.1 关键引脚配置 (硬件设定)

引脚	配置/说明	备注
PROG	10.5kΩ 接地	设定为 3S 电池配置，匹配开关频率。
ILIM_HIZ	$V = 1 + 0.8 \times I_{LIM}$	设定输入限流。若量测 3.56V，则限流 3.2A。 若电压 < 0.75V，进入高阻态（停止输入）。
REGN	LDO 输出	驱动 MOS 用。输入>15V 时输出 5V；输入 5V 时输出 4.8V。
ACDRV1	输入保护驱动	驱动输入端隔离 N-MOS。Charge Pump 供电，$V_{GS} \approx 5V$。

2.2 逻辑控制：Ship Mode 与 QON

为了库存时不耗电，以及死机时能硬重启，这块逻辑必须搞清。

状态/操作	触发方式	动作描述
进入运输模式 (Ship Mode)	拔掉 USB + I2C 写 EN_SHIPMODE=1	关闭外部隔离 MOS (Q21)，电池与系统物理断开，漏电流极低。
唤醒 (Wake Up)	短按 QON (约 1s)	退出 Ship Mode，Q21 导通，系统上电。
硬复位 (Hard Reset)	长按 QON (约 10s)	强制断电 (Q21 & BATFET 关闭) -> SYS 放电 250ms -> 自动重启。

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3. 避坑指南：工程选型与计算

3.1 电感选型 (Buck-Boost 的心脏)

这块选错了直接炸机。

• 饱和电流 ($I_{SAT}$)：必须 $\ge 6A$ (针对 5A 充放电应用)。
  • 理由：电感一旦饱和，感值归零，电流瞬间失控。
• **直流电阻 (DCR)**：建议 $< 20m\Omega$，否则发热严重。
• 封装：必须全屏蔽，建议 4040 或 5050 封装。

3.2 SYS 输出能力 (别指望 5V 输入能出 9V/5A)

SYS 口的输出能力受限于“木桶效应”的最短板：

1. 输入功率限制：$P_{IN} \times \eta \approx P_{SYS}$。
   • 典型坑点：用 5V/3A (15W) 充电头，想让 SYS (9V) 出 5A (45W) 是不可能的。此时 SYS 会被拉垮，触发电池补给模式 (Supplement Mode)。
2. MOSFET 物理限流：芯片内部 MOS 峰值限流约 9A，折算直流输出上限约 **6A+**。
3. 热限制：长期连续运行建议控制在 5A 以内。

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4. 软件调试：ADC 寄存器速查

BQ25798 自带 ADC，I2C 读取以下寄存器监控状态：

• VBAT (电池电压): REG3B
• IBAT (电池电流): REG31 (正数=充电，负数=放电)
• VSYS (系统电压): REG3D (3S 下约为 9V~12.6V)
• VBUS (输入电压): REG35
• IBUS (输入电流): REG33

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5. PCB Layout 重点 (画板必看)

如果 5A 电流下板子发烫或者 EMI 炸了，查这几条：

1. **”VIP” 电容 (0.1μF)**：

   • VBUS, PMID, SYS 旁边的 0.1μF 电容必须紧贴引脚。
   • 禁止在电容焊盘和芯片引脚之间打过孔。必须 Top 层直连！

2. 潜伏式 SW 走线：

   • 因为 Top 层被电容占了，SW1/SW2 必须在焊盘旁打过孔，走内层连接电感。
   • 铜皮面积够用就行，别铺太大，那是辐射源。

3. 大电流路径铺铜：

   • VBUS, SYS, BAT 必须铺铜，线宽至少 2.5mm (或铺铜)。
   • 换层时必须打 **过孔阵列 (Via Stitching)**，至少 6~9 个过孔并联。

4. **开尔文连接 (Kelvin Connection)**：

   • BATP (电压检测线) 必须单独拉一根 10mil 细线。
   • 必须在电池插座的焊盘根部与 BAT 粗线汇合 (Y型连接)。
   • 这根线要躲开电感和 SW 节点。

5. 散热：

   • 芯片肚子底下的 Thermal Pad 必须打 3x3 过孔通到背面，背面必须铺大面积 GND 散热。