ST意法半導(dǎo)體TCPP03-M20：雙重功能電源USB-C端口
TCPP03-M20是意法半導(dǎo)體面向雙重功能電源（DRP）應(yīng)用推出的首款USB-C端口保護(hù)裝置，它將服務(wù)于作為供電方（源端）或受電方（吸端）的系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之，該組件結(jié)合了意法半導(dǎo)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(qū)動(dòng)器，以防止VBUS上的過(guò)壓和過(guò)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(tài)，以幫助工程師優(yōu)化那些需要雙重功能電源保護(hù)的應(yīng)用。為什么說(shuō)雙重功能端口是標(biāo)志性特性？
混合應(yīng)用對(duì)內(nèi)部電池混合充電，然后通過(guò)電池給智能手機(jī)等移動(dòng)產(chǎn)品充電，這一點(diǎn)正成為標(biāo)志性特性。舉例來(lái)說(shuō)，外部電池目前正變得越來(lái)越小。此前，制造商會(huì)采用不同的端口分別為內(nèi)部電池和外部產(chǎn)品充電。為了節(jié)約空間和改進(jìn)用戶體驗(yàn)，工程師現(xiàn)在用一個(gè)雙重功能端口即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能。同樣，制造商也為之前沒(méi)有USB-C端口的產(chǎn)品添加了USB-C端口。例如，電動(dòng)工具的電池使用雙重功能電源端口來(lái)增加在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。消費(fèi)者可以使用該端口為內(nèi)部電池充電，也可以在野外為智能手機(jī)或平板電腦充電。
【電動(dòng)工具現(xiàn)在配備了智能手機(jī)充電器】
為何會(huì)出現(xiàn)該趨勢(shì)？
新的市場(chǎng)趨勢(shì)似乎是對(duì)消費(fèi)者需求（而不是法律規(guī)定）的反應(yīng)。歐盟為協(xié)調(diào)充電端口而作出的決定帶來(lái)了獨(dú)特挑戰(zhàn)，而TCPP01-M12和TCPP02-M18則提供了與之相對(duì)應(yīng)的解決方案。因?yàn)樗挟a(chǎn)品都使用USB-C，所以要重點(diǎn)避免出現(xiàn)邊緣情況和設(shè)計(jì)低劣的系統(tǒng)。雙重功能電源應(yīng)用并不是因?yàn)闅W盟法規(guī)而興起的。相反，是制造商們終于實(shí)現(xiàn)了關(guān)于USB-IF的長(zhǎng)期承諾。事實(shí)上，早在2016年的一次開(kāi)發(fā)者大會(huì)上，論壇就第一次提出了DRP。從那時(shí)起，媒體就一直在宣傳該功能。如今，制造商終于為消費(fèi)者帶來(lái)了這一功能。
為什么雙重功能端口保護(hù)需要更多功率？
發(fā)布混合應(yīng)用需要時(shí)間，部分原因在于，設(shè)計(jì)一個(gè)同時(shí)支持受電方和供電方的系統(tǒng)難度較大。本質(zhì)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(jìn)行切換。雖然基本原理簡(jiǎn)單易懂，但工程師們卻面臨著高效系統(tǒng)的優(yōu)化挑戰(zhàn)。例如，設(shè)計(jì)一款帶有（支持DRP的）大型外部USB-PD控制器的PCB時(shí)，保護(hù)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(hù)裝置必須隨時(shí)準(zhǔn)備保護(hù)供電應(yīng)用和受電應(yīng)用。
配套芯片如何提高效率？
TCPP03-M20為功耗挑戰(zhàn)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(nèi)的USB PD控制器協(xié)同作業(yè)。該解決方案采用嵌入式，外部組件更少，與處理器的協(xié)調(diào)更出色。例如，未連接線纜時(shí)，保護(hù)裝置可默認(rèn)進(jìn)入休眠模式。I2C接口處于活躍狀態(tài)，允許微控制器發(fā)送命令，但保護(hù)裝置不消耗任何電源。我們的測(cè)試結(jié)果表明，在不考慮I2C接口動(dòng)態(tài)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(shí)，所需電流僅有3 μA；在電壓為3.3 V時(shí)，所需電流為10μA。在這種功耗模式下，該組件提供過(guò)壓保護(hù)，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(shí)提高效率。系統(tǒng)可以隨時(shí)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(fā)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(yīng)用需要電流監(jiān)測(cè)器？
【帶有 TCPP03-M20 和 STM32 MCU 的系統(tǒng)示意圖】
DRP保護(hù)還可以解決一些無(wú)法預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題。最近，應(yīng)急響應(yīng)通信系統(tǒng)制造商表示，希望將電流檢測(cè)機(jī)制與USB-C受電設(shè)備組合使用。例如，當(dāng)在非常惡劣的環(huán)境中使用這些產(chǎn)品時(shí)，這樣的做法有助于提高可靠性和安全性。然而，受電保護(hù)裝置不提供電流檢測(cè)功能，因此在處理過(guò)壓保護(hù)時(shí)，缺少必要的比較器。TCPP03-M20可與受電設(shè)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(wèn)題。因此，工程師可以提供新的冗余保護(hù)，而不會(huì)提高復(fù)雜性或讓物料成本激增。
如何入門(mén)？
要入門(mén)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(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，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(chǎn)品認(rèn)證的速度。使用子板和軟件擴(kuò)展包也有助于在NUCLEO-G071RB或NUCLEO-G474RE上運(yùn)行功耗模式演示。
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編輯：zzy 最后修改時(shí)間：2022-08-09
