TCPP03-M20：雙角色電源USB-C端口的承諾終于在新應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)

TCPP03-M20是意法半導(dǎo)體首款用于雙角色電源（DRP）應(yīng)用的USB-C端口保護(hù)器件，這意味著它將服務(wù)于設(shè)計(jì)為源（充電器）或灌電流（充電）的系統(tǒng)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，該組件匯集了意法半導(dǎo)體博客上的TCPP01-M12（接收器）和TCPP02-M18（源）。例如，它包括柵極驅(qū)動(dòng)器，以防止VBUS上的過(guò)壓和過(guò)流。同樣，TCPP03-M20 嵌入了與 TCPP02-M18 相同的電流檢測(cè)元件，并在 VBUS 和 VCONN 上嵌入了相同的放電路徑。但是，它還包括功耗狀態(tài)，以幫助工程師優(yōu)化要求雙重角色電源保護(hù)的應(yīng)用。

混合應(yīng)用的興起

為什么雙角色端口是旗艦功能？

混合應(yīng)用，混合為內(nèi)部電池充電，然后使用該電池為智能手機(jī)等移動(dòng)產(chǎn)品充電，正在成為旗艦功能。例如，外部電池越來(lái)越小。以前，制造商將專用一個(gè)端口為內(nèi)部電池充電，另一個(gè)端口為外部產(chǎn)品充電。為了節(jié)省空間并改善用戶體驗(yàn)，工程師現(xiàn)在對(duì)這兩個(gè)角色使用一個(gè)雙角色端口。同樣，制造商正在為以前沒有USB-C端口的產(chǎn)品添加USB-C端口。例如，電動(dòng)工具電池使用雙重功能電源端口來(lái)增加其吸引力。消費(fèi)者可以使用該端口為內(nèi)部電池充電，并在現(xiàn)場(chǎng)為智能手機(jī)或平板電腦充電。

這種趨勢(shì)起源于哪里？

新的市場(chǎng)趨勢(shì)似乎回應(yīng)的是消費(fèi)者的需求，而不是立法。事實(shí)上，TCPP01-M12 和 TCPP02-M18 為歐盟協(xié)調(diào)充電端口的決定帶來(lái)的獨(dú)特挑戰(zhàn)提供了解決方案。由于產(chǎn)品都使用 USB-C，因此針對(duì)邊緣情況和設(shè)計(jì)不良的系統(tǒng)提供保護(hù)至關(guān)重要。然而，雙重角色電源應(yīng)用的興起并非來(lái)自歐洲法規(guī)。相反，制造商終于實(shí)現(xiàn)了USB-IF的長(zhǎng)期承諾。事實(shí)上，該論壇早在 2016 年的開發(fā)者大會(huì)上就首次引入了 DRP。從那時(shí)起，媒體一直在宣傳此功能。制造商現(xiàn)在能夠?qū)⑵浣桓督o消費(fèi)者。

TCPP03-M20 和雙角色電源端口的挑戰(zhàn)

為什么雙重角色端口保護(hù)需要更多功率？

發(fā)布混合應(yīng)用程序需要時(shí)間，部分原因是設(shè)計(jì)支持接收器和源的系統(tǒng)很棘手。本質(zhì)上，灌電流模式下的USB-C端口將使用下拉電阻，而源元件將依賴于上拉電阻，雙作用連接器將在兩者之間切換。然而，雖然基礎(chǔ)知識(shí)很簡(jiǎn)單，但工程師在創(chuàng)建高效系統(tǒng)方面面臨著優(yōu)化挑戰(zhàn)。例如，設(shè)計(jì)具有支持DRP的大型外部USB-PD控制器的PCB，通常意味著保護(hù)器件在沒有連接電纜時(shí)通常會(huì)消耗超過(guò)15 μA的電流。實(shí)際上，保護(hù)器件必須為拉電流和灌電流應(yīng)用做好準(zhǔn)備，直到它能夠做出決定。

配套芯片如何幫助提高效率？

TCPP03-M20與STM32微控制器內(nèi)部的USB PD控制器配套使用，為功耗挑戰(zhàn)提供了新的解決方案。該解決方案的嵌入式特性意味著更少的外部組件和更好的與處理器的協(xié)調(diào)。例如，當(dāng)未連接電纜時(shí)，保護(hù)設(shè)備可以默認(rèn)使用休眠模式。 I2C 接口處于活動(dòng)狀態(tài)，允許微控制器發(fā)送命令，但保護(hù)器件不消耗任何功率。實(shí)際上，我們的測(cè)試顯示功耗為0 μA，而不考慮I2C接口的動(dòng)態(tài)電流。

TCPP03-M20 框圖

同樣，TCPP03-M20 具有低功耗模式，在 3.1 V 時(shí)在未連接狀態(tài)下僅需要 8 μA，在 10.3 V 時(shí)需要 3 μA。在這種電源模式下，該組件提供過(guò)壓保護(hù)，但尚不允許與 USB-C PD 控制器通信。因此，這是工程師在等待用戶交互時(shí)提高效率的一種方式。系統(tǒng)已準(zhǔn)備好接收電纜，并采用接收器或源模式。但是，在用戶啟動(dòng)交互之前，低功耗模式將保證盡可能低的功耗。

為什么一些新的灌電流應(yīng)用需要電流監(jiān)視器？

采用TCPP03-M20和STM32 MCU的系統(tǒng)原理圖

DRP保護(hù)還可以解決沒有人預(yù)料到的問(wèn)題。最近，急救人員通信系統(tǒng)制造商表示希望將電流檢測(cè)機(jī)制與USB-C接收器設(shè)備一起使用。例如，在非常惡劣的環(huán)境中使用這些產(chǎn)品時(shí)，它可以幫助提高可靠性和安全性。但是，灌電流保護(hù)器件不提供電流檢測(cè)。因此，它們處理過(guò)壓保護(hù)，不包括必要的比較器。TCPP03-M20 解決了這些問(wèn)題，因?yàn)樗梢耘c接收器設(shè)備配合使用，并且包含與 TCPP02-M18 相同的電流傳感器。因此，工程師可以提供新的冗余保護(hù)，而不會(huì)增加復(fù)雜性或破壞物料清單。

如何開始？

開始使用TCPP03-M20的最佳方法是獲取X-NUCLEO-DRP1M1。該板可與包含USB PD控制器的STM32 MCU配合使用，以快速創(chuàng)建演示。 意法半導(dǎo)體甚至將該解決方案認(rèn)證為100 W DRP（USB-IF TID：6408）。因此，重復(fù)使用我們?cè)赬-CUBE-TCPP中的原理圖和源代碼的公司可以更快地認(rèn)證他們的產(chǎn)品。使用子板和軟件擴(kuò)展包還可以幫助在 NUCLEO-G071RB 或 NUCLEO-G474RE 上運(yùn)行電源模式演示

審核編輯：郭婷