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有效防止USB Type-C接口被烧, TCPP01-M12让工程师为欧盟新规做好准备

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有效防止USB Type-C接口被烧,

发布日期:2022-10-12 00:00 来源:http://www.zdtconn.com 点击:

TCPP01-M12芯片可以在受电模式(充电)下保护USB Type-CTM接口,防止过压冲击接口针脚,VBUS线Z大耐压24V,CC线Z大耐压6V,还具有静电放电防护等安全功能TCPP代表了Type-C接口保护,同时TCPP01-M12可与内置 USB-C Power Delivery (UCPD)控制模块的STM32 MCU配套使用。因此,微控制器STM32G0、STM32G4、STM32L5 或 STM32U5均可以与TCPP01-M12搭配使用,并且比用大量的外部器件更划算。TCPP01-M12 的独到之处还在于,当接口没有连接任何设备时,其静态电流为零。

TCPP01-M12: 保护USB-C的热度

USB-C的崛起

媒体称赞 2019 年是 USB-C应用普及的关键之年。从那时起,USB-C连接器已经开始渗透到科技行业的方方面面,甚至出现在我们Z新款的调试探针STLINK-V3MINIE上。ST调试探针仅使用成熟的技术来接触广大人群并提供更高的可靠性。因此,USB-C 的出现在ST探针上具有高度的象征意义。此外,欧盟还发出强烈信号表示通用 USB-C充电器法规即将出台。因此,设备厂商必须在他们的产品中配备USB-C接口。虽然法规适用的确切范围尚不清楚,但欧洲内部市场和消费者保护委员会在关于此事的Z新会议上建议扩大该法规适用的产品类型。

USB-C附带的新挑战

USB-C的应用带来一系列新的挑战。无法正确控制电压的劣质充电器越来越常见。如果受电设备(充电)只需要5V电压,而质量不好的电源产品(充电器)由于硬件或软件缺陷,输出电压仍保持在20V,如果不做充分保护就充电可能会严重烧坏 VBUS 线。工程师还必须预防静电放电或电气过应力。由于USB Type-C 连接器非常小,所以,必须防止CC 和 VBUS 线之间短路,否则会烧坏 USB 控制芯片。

虽然目前还没有相关法规,欧盟围绕USB-C展开的举措也会影响产品设计。尽管目前使用的还是非常传统的电源配置参数,仍然有许多企业开始换用USB-C接口。许多设计先进的USB-C产品从USB Power Delivery技术上受益,特别是在USB PD 3.1 版本协议标准中,电压处理能力高达48 V,电流处理达到5 A。不过,在许多情况下,设计是在 5 V、3 A 传统模式下用 USB-C,这种配置不需要输电控制器,因为电源配置参数只需要一个下拉电阻。但是,这些设备同样需要保护,因为与它们相连的产品可能送入更多的电能。因此,即使是传统模式也需要坚固的保护。

TCPP01-M12:实现USB-C保护

一个成本效益更高的 USB-C保护解决方案

▲All the protection and filters around MCUs

此前,保护电路都在 USB-C Power Delivery 控制器内部。现在,我们把保护模块嵌入MCU,并提供配套的 Type-C 端口保护芯片,降低了应用的物料清单成本。因为不再需要昂贵的 USB-C PD ASIC 控制器,这种方法还促进了micro-B 设备向Type-C的过渡。事实上,MCU和 TCPP01-M12 捆绑设计在成本上之所以这么吸引人,是因为该保护器件集成了 VBUS 栅极驱动器,从而可以使用更经济的 N-MOSFET功率管,而无需用昂贵的P-MOSFET。此外,TCPP01-M12 已通过 USB-IF 认证(测试 ID:5205),这意味着遵循 ST 设计方法和代码示例的团队将更快通过认证。

一个能效更高的 USB-C保护解决方案

灵活的架构是将 TCPP01-M12 与搭载 Power Delivery 控制器的微控制器配套使用的另一个优势。工程师可以将低压 MCU控制域和高压电源路径分开,并获得所需的保护功能。此外,QFN12 封装可以让TCPP01-M12 的安装位置尽可能靠近 USB Type-C 连接器,为其提供Z大程度的保护。该芯片支持可编程电源 (PPS),这意味着受电设备从3.3V开始逐步提高充电电压,每次可以请求提高电压20 mV,直到电压与电池的特性匹配为止,因此,做到了快速充电和保护系统两不误。

与竞争解决方案相比,TCPP01-M12的低RDSon导通电阻和零静态电流对整体能效产生积极的影响。静态电流为零是因为芯片从MCU的GPIO引脚取电,而不是从内部低压差稳压器受电。因此,当用户拔出充电线时,TCPP01-M12 不消耗任何电能。对于想要制造有小电池的微型产品的公司来说,这一点尤其重要,但是,许多工程师可能低估了这个省电效果,当产品只有一支笔大小时,每一微安都很重要。

入门板X-NUCLEO-SNK1M1

此前,开发USB-C PD应用非常地费时费力。工程师必须读500多页的技术文档,才能弄明白充电协议。开发团队几乎是要从零开始。现在,ST所有的带USB-C端口的新开发板都将集成TCPP01-M12芯片,这样,设计人员就可以获取我们的原理图,拿到他们自己的设计中二次使用。我们还推出了 X-NUCLEO-SNK1M1 64针Nucleo扩展板,板上集成TCPP01-M12 和一个负载开关,当与 NUCLEO-G071RB 或 NUCLEO-G474RE 开发板配合使用时,可以实现Z大功率100 W的PPS USB-C Power Delivery受电端应用。

工程师还可以将扩展板与不带USB Power Delivery 控制器的微控制器一起使用,开发一个传统的充电应用。NUCLEO-L552ZE-Q 和 NUCLEO-U575ZI-Q是板载TCPP01-M12的开发板。该保护器件采用引脚间距500µm的QFN12 封装,这是PCB 组装常用参数,制造门槛比较低。对于希望使用Nucleo开发板、STM32CubeMX 和 STM32CubeMonUCPD 开发产品原型的工程师,我们甚至还提供应用笔记和入门指南。ST 还提供X-CUBE-TCPP软件包,其中包含中间件和代码示例。

 


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