TCPP02-M18为产品打造快速而强大的USB-C充电器

TCPP02-M18 可保护源模式下的 USB Type-C 端口免受 VBUS 引脚上的过流和通信通道（CC 线路）上高达 24 V 的过电压的影响。它是在STM32 MCU上运行的USB-C平台的配套芯片，包括微控制器可访问的电流检测机制，以实现更好的应用控制。TCPP02-M18 是用于发送电荷（源）的设备的 Type-C 端口保护 （TCPP），与 TCPP01-M12 不同，TCPP8-M61000 在接收模式（充电）下保护 USB-C 端口。虽然两者有相似之处，例如CC4和CC2引脚上的系统级ESD保护额定值为±4 kV IEC1-2-《》 《》级，但它们应对的挑战明显不同。

为什么 TCPP02-M18 在今天很重要？

协调带来的新挑战

欧盟委员会一直在推动充电设备使用USB-C连接器，从而带来了新的挑战。事实上，欧洲议会宣布了一项新指令，要求到2024年秋季在所有手机上安装通用USB-C充电端口。以前，许多公司会为其产品设计和运送特定的充电器。设计师甚至使用稀有的桶形插孔来确保消费者只使用他们设想的充电器。欧洲的倡议将突然意味着一个充电器将适用于各种设备。因此，工程师必须考虑更多的边缘情况、故障接收器系统等。这种措施的环境效益至关重要。然而，它所代表的电气挑战是巨大的。

在工程师必须解决的众多问题中，有三个主要问题：功耗优化、外形尺寸和成本。消费者需要更智能的充电器。因此，设计人员必须创建能够优化功耗的应用，尤其是在将充电器推向极限时。此外，尽管如此，消费者仍然想要更便宜、更小的充电器。毕竟，欧盟倡议背后的整个精神是减少电子废物。因此，解决这三个问题特别困难。

使用STM32和TCPP02-M18完成更多工作的能力

传统上，工程师依赖于端口控制器。问题在于它们没有容纳整个Cortex-M内核，而且它们的内存能力仍然很小。因此，它们代表了物料清单 （BoM） 的额外成本。除了USB-C端口之外，工程师不能将它们用于其他任何用途，并且添加电流检测等基本功能通常意味着将更多组件集成到主板上。因此，在添加所有这些的同时缩小 PCB 成为一个严重的问题，需要大量工作并可能延迟上市。此外，控制器和保护器件也需要外部PMOS晶体管，从而增加了BoM。

然而，工程师有办法避开所有这些地雷。例如，使用带有内置USB-C PD控制器的STM32微控制器可以实现更高的计算吞吐量。借助更先进的控制，工程师可以优化其电源管理系统，甚至可以将整个固件与USB-C应用一起运行，从而简化整体开发。例如，可以将TCPP02-M18连接到STM32的ADC引脚，从而非常轻松地从即时电流检测测量中受益。简单地说;工程师可以在更直接的过程中构建功能更丰富的应用程序。

带有 USB-C 连接器、TCPP02-M18 和 STM32 MCU 的 USB-C 源应用

尺寸和成本

使用STM32和TCPP02-M18或任何TCPP器件的另一个后果是减少PCB上的元件。无需添加复杂的临时控制器或无数外部组件即可创建强大的系统。因此，缩小设计变得更加简单。工程师还可以获得更好的可靠性保证。事实上，更少的设备意味着更少的故障点。此外，STM32微控制器提供10年支持保修，而TCPP系列直接受益于我们的双极-CMOS-DMOS（BCD）技术，该技术最近被公认为IEEE里程碑。由于充电器现在必须处理各种用例，因此满足新的可靠性要求至关重要。

更直接、更可靠的设计也意味着更具成本效益的物料清单和生命周期。如果工程师使用未集成USB-C PD控制器的STM32，他们仍然可以使用TCPP02-M18设计5 V / 3 A传统应用。带有USB-C PD控制器的STM32可以管理高达20 V和5 V的功率，功率高达100 W。在这两种情况下，STM32和TCPP02-M18都有助于降低成本。此外，TCPP02-M18配套芯片包括一个电荷泵，可驱动更具成本效益的NMOS晶体管，而不是PMOS器件。

是什么让源保护与众不同？

边界保护

TCPP02-M18 的特点

USB 实施者论坛 （USB-IF） 定义了源模式下 USB-C 端口的独特职责。例如，为另一个系统充电的产品必须监测和控制电流。因此，TCPP02-M18 具有过流保护功能，并在 VBUS 上集成了栅极驱动器。相比之下，用于灌电流设备的TCPP01-M12具有过压保护，因为接收电荷的产品必须协商电压并保护自己免受有缺陷的充电器或电缆的影响。此外，USB-IF将源端口定义为冷连接器。简而言之，这意味着断开电缆后不能有电流流动。因此，TCCP02-M18具有在断开后将电流重定向到地面的放电路径。

CC 和 VCONN 保护

USB-C 是一种可逆连接器，这意味着无论哪一侧朝上，电缆都会插入端口。这是可能的，因为连接器使用两个通信通道，一个在顶部 （CC1），一个在底部 （CC2）。由于USB-C电缆只有一根CC线，因此端口会检测电缆连接到哪个通道，从而确定方向。因此，保护 CC 线路至关重要。TCPP02-M18 在 CC 线路上提供高达 6 V 的过压保护，防止 VBUS 短路。该保护器件还保证通信通道上的高ESD保护。

插入 USB-C 电缆后，未使用的 CC 线可用作电缆（如果需要）和小配件的可选电源线。例如，名为VCONN的线路可以为电子标记电缆（EMCA）供电。后者包括可以整形信号以延长电缆长度等的IC。挑战在于USB-IF将VCONN的功率设置为0.1 W.因此，TCPP02-M18包括高达50 mA的过流保护和高达6 V的过压保护，以防止VBUS短路。

如何开始？

01STPD071

开始设计USB-C源产品的最快方法是从我们的两个开发套件中汲取灵感：STEVAL-2STPD01和X-NUCLEO-SRC1M1。第一种是双端口参考设计，使用两个TCPP02-M18，一个STM32G0容纳两个USB-C PD控制器，并具有电源共享功能。事实上，STPD01可以共享120 W.因此，从理论上讲，如果一个端口仅以15 W为传统设备充电，则另一个端口可以提供120 W包络的其余部分。但是，STEVAL-2STPD01将每个端口限制为60 W（20 A时为3 V）。工程师获得原理图和软件包 STSW-2STPD01，以开始定制。

X-NUCLEO-SRC1M1是一款更传统的子板，具有一个USB-C端口，一个TCPP02-M18，以及支持高达100 W功率配置文件所需的一切，部分归功于其ST715高压稳压器。工程师可以在带有包含USB PD控制器的MCU的Nucleo板上使用它，例如NUCLEO-G071RB，NUCLEO-G474RE和NUCLEO-G0B1RE。它使应用程序设计更加简单，尤其是在使用 X-CUBE-TCPP 驱动程序和中间件之后。使用X-NUCLEO-SRC1M1而不嵌入USB PD控制器的MCU也是可能的，NUCLEO-F446RE就是一个例子。但是，开发人员只能从该配置中的5 V解决方案中受益。

审核编辑：郭婷