ST意法半導(dǎo)體TCPP01-M12，保護USB Type-C不受損害
TCPP01-M12，保護USB Type-C不受損害，幫助工程師符合歐盟新法規(guī)要求TCPP01-M12保護處于受電（充電）模式的USB Type-CTM端口抵御VBUS上最高24 V（CC線路上最高6 V）的過電壓，以及抵御連接器引腳上的靜電放電。TCPP是Typc-c接口保護的簡稱，而TCPP01-M12則為單一產(chǎn)品，其可以作為STM32 MCU的配套芯片使用，并采用內(nèi)置USB-C Power Delivery（UCPD）。因此，將STM32G0、STM32G4、STM32L5或STM32U5與TCPP01-M12組合使用，比使用一堆外部設(shè)備要劃算得多。端口無連接時的零靜態(tài)電流使TCPP01-M12與眾不同。
USB-C的興起
媒體將2019年稱為USB-C實現(xiàn)關(guān)鍵應(yīng)用的一年。從那時起，連接器已經(jīng)滲透到科技行業(yè)的許多方面，甚至是我們的新款STLINK-V3MINIE。意法半導(dǎo)體的調(diào)試探針只使用成熟技術(shù)，以獲取龐大的目標(biāo)群體，享有更高的可靠性。因此，USB-C的出現(xiàn)具有高度象征意義。此外，歐盟表示將強制推廣USB-C充電器。因此，各公司不得不將該端口集成到各自的產(chǎn)品中。雖然具體范圍尚不清楚，但內(nèi)部市場和消費者保護委員會就此事舉行的最新一次會議建議擴大該規(guī)定適用的產(chǎn)品類型。
USB-C帶來的新挑戰(zhàn)
采用USB-C帶來一系列新挑戰(zhàn)。質(zhì)量低下、不能適當(dāng)控制電壓的充電器正日益充斥著市場。因此，如果受電設(shè)備（充電）僅需要5 V電壓，而粗制濫造的供電產(chǎn)品（充電器）由于硬件或軟件缺陷而保持在20 V，那么在未進行充分保護的情況下，充電產(chǎn)品的VBUS線路就有可能遭到嚴重損壞。除此之外，工程師還必須防止靜電放電或電氣過載。由于USB Type-C連接器非常小，因此必須保護其免受CC線和VBUS線之間發(fā)生的短路的影響，這種短路可能會損壞USB控制器。
歐盟關(guān)于USB-C的舉措也會影響設(shè)計領(lǐng)域，盡管目前還沒有具體規(guī)定。許多公司甚至在使用非常傳統(tǒng)的功率配置文件時也采用該端口。事實上，許多現(xiàn)代USB-C產(chǎn)品受益于USB Power Delivery，其3.1版本可以處理最高48 V和5 A。然而，在許多情況下，設(shè)計將在5 V和3 A傳統(tǒng)模式下使用USB-C。這種配置不需要功率傳輸控制器，因為功率配置文件只需要一個下拉電阻。另一方面，相同的設(shè)備需要進行保護，因為它們可能與發(fā)送功率更高的產(chǎn)品一起運行。因此，即使是傳統(tǒng)模式也需要可靠的保護。
TCPP01-M12：賦能USB-C保護
成本效益更高的USB-C保護
【MCU周邊所有保護器件和過濾器產(chǎn)品】
截至目前，保護電路都位于USB-C功率傳輸控制器內(nèi)。然而，通過在MCU內(nèi)部使用嵌入式模塊并提供配套的Type-C端口保護，我們降低了物料成本。我們在不使用昂貴的USB-C PD ASIC控制器的情況下，還促進了從micro-B設(shè)備的轉(zhuǎn)型。MCU和TCPP01-M12的產(chǎn)品組合可謂是一項引人矚目的成本降低方案，其中一個原因在于保護裝置集成了VBUS柵極驅(qū)動器，從而可以使用更實惠的N-MOSFET，而非昂貴的P-MOSFET。此外，TCPP01-M12還通過了USB-IF認證（測試ID：5205），這意味著如果團隊遵循意法半導(dǎo)體的實現(xiàn)和代碼示例，即可加快各自產(chǎn)品的認證速度。
更高效的USB-C實現(xiàn)
將TCPP01-M12與配備Power Delivery控制器的微控制器搭配使用，另一個優(yōu)勢是能夠提供靈活的架構(gòu)。工程師可以將低壓MCU域和高壓電源路徑分隔開，并借鑒所有需要的保護措施。此外，為了實現(xiàn)有效保護，實際上可以將TCPP01-M12的QFN12封裝靠近USB C型連接器本身設(shè)置。在該設(shè)備對可編程電源（PPS）的支持下，受電設(shè)備的充電電壓最低為3.3V，并以20 mV為步長值請求增加電壓，直到其匹配電池的特性，這樣能夠提供快速充電能力，同時保護了系統(tǒng)安全。
與競爭性解決方案相比，TCPP01-M12具有低RDSon和零靜態(tài)電流，對整體效率有正面影響。由于設(shè)備是從MCU的GPIO引腳接收電源，而不是內(nèi)部低壓差穩(wěn)壓器，所以最后一個特性是可行的。結(jié)果，當(dāng)用戶拔出電纜時，TCPP01-M12根本不會消耗任何能量。這對于那些尋求設(shè)計微型產(chǎn)品（配備小型電池）的公司來說尤為重要。許多工程師可能對此并不重視，但如果一件產(chǎn)品的尺寸像筆那樣小巧，那么每一微安其實都很重要。
從X-NUCLEO-SNK1M1入門
到目前為止，USB-C PD標(biāo)準(zhǔn)的要求仍然非常高。工程師必須閱讀五百頁才能理解這個協(xié)議，團隊也必須從頭開始做幾乎所有的事情。然而，意法半導(dǎo)體現(xiàn)在將在其所有具有USB-C接口的新開發(fā)板上納入TCPP01-M12，設(shè)計人員可以獲取我們的原理圖，并在其設(shè)計中重復(fù)使用。我們還隆重推出X-NUCLEO-SNK1M1，這是一款采用TCPP01-M12的64引腳Nucleo擴展板，還是一種負載開關(guān)，可以在與NUCLEO-G071RB或NUCLEO-G474RE開發(fā)板結(jié)合使用時，實現(xiàn)高達100 W的PPS USB-C Power Delivery受電應(yīng)用。
工程師還可以將擴展板與不包含USB功率傳輸控制器的微控制器組合使用，以模仿傳統(tǒng)應(yīng)用。TCPP01-M12應(yīng)用于NUCLEO-L552ZE-Q和NUCLEO-U575ZI-Q。 保護裝置采用間距為500 μm的QFN12封裝，這在PCB組件中仍然很常見，因此更易于使用。我們提供了相關(guān)的應(yīng)用筆記，為尋求使用我們的Nucleo板、STM32CubeMX和STM32CubeMonUCPD構(gòu)建原型的工程師提供入門指導(dǎo)。意法半導(dǎo)體還提供了X-CUBE-TCPP，其中包含中間件和示例代碼。
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編輯：zzy 最后修改時間：2022-08-09
