ST意法半導體TCPP03-M20：雙重功能電源USB-C端口
TCPP03-M20是意法半導體面向雙重功能電源（DRP）應用推出的首款USB-C端口保護裝置，它將服務于作為供電方（源端）或受電方（吸端）的系統。簡而言之，該組件結合了意法半導體博文所述的TCPP01-M12（受電方）和TCPP02-M18（供電方）。例如，它包括各自的柵極驅動器，以防止VBUS上的過壓和過流。同樣，TCPP03-M20嵌入與TCPP02-M18相同的電流傳感元件，并在VBUS和VCONN上嵌入相同的放電路徑。另一方面，它也包括功耗狀態，以幫助工程師優化那些需要雙重功能電源保護的應用。為什么說雙重功能端口是標志性特性？
混合應用對內部電池混合充電，然后通過電池給智能手機等移動產品充電，這一點正成為標志性特性。舉例來說，外部電池目前正變得越來越小。此前，制造商會采用不同的端口分別為內部電池和外部產品充電。為了節約空間和改進用戶體驗，工程師現在用一個雙重功能端口即可實現兩個功能。同樣，制造商也為之前沒有USB-C端口的產品添加了USB-C端口。例如，電動工具的電池使用雙重功能電源端口來增加在市場上的競爭力。消費者可以使用該端口為內部電池充電，也可以在野外為智能手機或平板電腦充電。
【電動工具現在配備了智能手機充電器】
為何會出現該趨勢？
新的市場趨勢似乎是對消費者需求（而不是法律規定）的反應。歐盟為協調充電端口而作出的決定帶來了獨特挑戰，而TCPP01-M12和TCPP02-M18則提供了與之相對應的解決方案。因為所有產品都使用USB-C，所以要重點避免出現邊緣情況和設計低劣的系統。雙重功能電源應用并不是因為歐盟法規而興起的。相反，是制造商們終于實現了關于USB-IF的長期承諾。事實上，早在2016年的一次開發者大會上，論壇就第一次提出了DRP。從那時起，媒體就一直在宣傳該功能。如今，制造商終于為消費者帶來了這一功能。
為什么雙重功能端口保護需要更多功率？
發布混合應用需要時間，部分原因在于，設計一個同時支持受電方和供電方的系統難度較大。本質上，處于受電模式的USB-C端口將使用下拉電阻，供電組件將依賴上拉電阻，而雙重功能連接器將在兩者之間進行切換。雖然基本原理簡單易懂，但工程師們卻面臨著高效系統的優化挑戰。例如，設計一款帶有（支持DRP的）大型外部USB-PD控制器的PCB時，保護裝置在未連接電纜期間通常需要15μA電流。在明確供電或受電前，保護裝置必須隨時準備保護供電應用和受電應用。
配套芯片如何提高效率？
TCPP03-M20為功耗挑戰催生出了全新的解決方案，可作為配套芯片與STM32微控制器內的USB PD控制器協同作業。該解決方案采用嵌入式，外部組件更少，與處理器的協調更出色。例如，未連接線纜時，保護裝置可默認進入休眠模式。I2C接口處于活躍狀態，允許微控制器發送命令，但保護裝置不消耗任何電源。我們的測試結果表明，在不考慮I2C接口動態電流的情況下，功耗為0μA。
【TCPP03-M20框圖】
同樣，TCPP03-M20具有低功耗模式，在電壓為1.8 V且未連接線纜時，所需電流僅有3 μA；在電壓為3.3 V時，所需電流為10μA。在這種功耗模式下，該組件提供過壓保護，但目前還不允許與USB-C PD控制器通信。因此，這種方法可在等待用戶交互的同時提高效率。系統可以隨時插入電纜，并采用受電模式或供電模式中的任意一種。在用戶發起交互之前，低功耗模式將確保盡可能低的功耗。
為什么一些新的受電應用需要電流監測器？
【帶有 TCPP03-M20 和 STM32 MCU 的系統示意圖】
DRP保護還可以解決一些無法預見的問題。最近，應急響應通信系統制造商表示，希望將電流檢測機制與USB-C受電設備組合使用。例如，當在非常惡劣的環境中使用這些產品時，這樣的做法有助于提高可靠性和安全性。然而，受電保護裝置不提供電流檢測功能，因此在處理過壓保護時，缺少必要的比較器。TCPP03-M20可與受電設備配合工作，并且包含與TCPP02-M18相同的電流傳感器，從而能夠有效解決上述問題。因此，工程師可以提供新的冗余保護，而不會提高復雜性或讓物料成本激增。
如何入門？
要入門TCPP03-M20，建議獲取X-NUCLEO-DRP1M1。該板件與STM32 MC配合使用，其中包含的USB PD控制器可以快速創建演示。意法半導體甚至將該解決方案認證為100 W DRP （USB-IF TID：6408）。因此，如果公司采用我們的原理圖和在X-CUBE-TCPP中找到的源代碼，即可加快產品認證的速度。使用子板和軟件擴展包也有助于在NUCLEO-G071RB或NUCLEO-G474RE上運行功耗模式演示。
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編輯：zzy 最后修改時間：2022-08-09
