ST意法半導(dǎo)體TCPP01-M12，保護(hù)USB Type-C不受損害
TCPP01-M12，保護(hù)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(hù)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(hù)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(qiáng)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(fèi)者保護(hù)委員會就此事舉行的最新一次會議建議擴(kuò)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(jìn)行充分保護(hù)的情況下，充電產(chǎn)品的VBUS線路就有可能遭到嚴(yán)重?fù)p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(hù)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(jìn)行保護(hù)，因為它們可能與發(fā)送功率更高的產(chǎn)品一起運(yùn)行。因此，即使是傳統(tǒng)模式也需要可靠的保護(hù)。
TCPP01-M12：賦能USB-C保護(hù)
成本效益更高的USB-C保護(hù)
【MCU周邊所有保護(hù)器件和過濾器產(chǎn)品】
截至目前，保護(hù)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(hù)，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(jìn)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(hù)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(rèn)證（測試ID：5205），這意味著如果團(tuán)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(rèn)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(hù)措施。此外，為了實現(xiàn)有效保護(hù)，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(hù)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(tuán)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(kuò)展板，還是一種負(fù)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(dá)100 W的PPS USB-C Power Delivery受電應(yīng)用。
工程師還可以將擴(kuò)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(hù)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
