TCPP03-M20：双角色电源USB-C端口的承诺终于在新应用中实现

TCPP03-M20是意法半导体首款用于双角色电源（DRP）应用的USB-C端口保护器件，这意味着它将服务于设计为源（充电器）或灌电流（充电）的系统。简单来说，该组件汇集了意法半导体博客上的TCPP01-M12（接收器）和TCPP02-M18（源）。例如，它包括栅极驱动器，以防止VBUS上的过压和过流。同样，TCPP03-M20 嵌入了与 TCPP02-M18 相同的电流检测元件，并在 VBUS 和 VCONN 上嵌入了相同的放电路径。但是，它还包括功耗状态，以帮助工程师优化要求双重角色电源保护的应用。

混合应用的兴起

为什么双角色端口是旗舰功能？

混合应用，混合为内部电池充电，然后使用该电池为智能手机等移动产品充电，正在成为旗舰功能。例如，外部电池越来越小。以前，制造商将专用一个端口为内部电池充电，另一个端口为外部产品充电。为了节省空间并改善用户体验，工程师现在对这两个角色使用一个双角色端口。同样，制造商正在为以前没有USB-C端口的产品添加USB-C端口。例如，电动工具电池使用双重功能电源端口来增加其吸引力。消费者可以使用该端口为内部电池充电，并在现场为智能手机或平板电脑充电。

这种趋势起源于哪里？

新的市场趋势似乎回应的是消费者的需求，而不是立法。事实上，TCPP01-M12 和 TCPP02-M18 为欧盟协调充电端口的决定带来的独特挑战提供了解决方案。由于产品都使用 USB-C，因此针对边缘情况和设计不良的系统提供保护至关重要。然而，双重角色电源应用的兴起并非来自欧洲法规。相反，制造商终于实现了USB-IF的长期承诺。事实上，该论坛早在 2016 年的开发者大会上就首次引入了 DRP。从那时起，媒体一直在宣传此功能。制造商现在能够将其交付给消费者。

TCPP03-M20 和双角色电源端口的挑战

为什么双重角色端口保护需要更多功率？

发布混合应用程序需要时间，部分原因是设计支持接收器和源的系统很棘手。本质上，灌电流模式下的USB-C端口将使用下拉电阻，而源元件将依赖于上拉电阻，双作用连接器将在两者之间切换。然而，虽然基础知识很简单，但工程师在创建高效系统方面面临着优化挑战。例如，设计具有支持DRP的大型外部USB-PD控制器的PCB，通常意味着保护器件在没有连接电缆时通常会消耗超过15 μA的电流。实际上，保护器件必须为拉电流和灌电流应用做好准备，直到它能够做出决定。

配套芯片如何帮助提高效率？

TCPP03-M20与STM32微控制器内部的USB PD控制器配套使用，为功耗挑战提供了新的解决方案。该解决方案的嵌入式特性意味着更少的外部组件和更好的与处理器的协调。例如，当未连接电缆时，保护设备可以默认使用休眠模式。 I2C 接口处于活动状态，允许微控制器发送命令，但保护器件不消耗任何功率。实际上，我们的测试显示功耗为0 μA，而不考虑I2C接口的动态电流。

TCPP03-M20 框图

同样，TCPP03-M20 具有低功耗模式，在 3.1 V 时在未连接状态下仅需要 8 μA，在 10.3 V 时需要 3 μA。在这种电源模式下，该组件提供过压保护，但尚不允许与 USB-C PD 控制器通信。因此，这是工程师在等待用户交互时提高效率的一种方式。系统已准备好接收电缆，并采用接收器或源模式。但是，在用户启动交互之前，低功耗模式将保证尽可能低的功耗。

为什么一些新的灌电流应用需要电流监视器？

采用TCPP03-M20和STM32 MCU的系统原理图

DRP保护还可以解决没有人预料到的问题。最近，急救人员通信系统制造商表示希望将电流检测机制与USB-C接收器设备一起使用。例如，在非常恶劣的环境中使用这些产品时，它可以帮助提高可靠性和安全性。但是，灌电流保护器件不提供电流检测。因此，它们处理过压保护，不包括必要的比较器。TCPP03-M20 解决了这些问题，因为它可以与接收器设备配合使用，并且包含与 TCPP02-M18 相同的电流传感器。因此，工程师可以提供新的冗余保护，而不会增加复杂性或破坏物料清单。

如何开始？

开始使用TCPP03-M20的最佳方法是获取X-NUCLEO-DRP1M1。该板可与包含USB PD控制器的STM32 MCU配合使用，以快速创建演示。 意法半导体甚至将该解决方案认证为100 W DRP（USB-IF TID：6408）。因此，重复使用我们在X-CUBE-TCPP中的原理图和源代码的公司可以更快地认证他们的产品。使用子板和软件扩展包还可以帮助在 NUCLEO-G071RB 或 NUCLEO-G474RE 上运行电源模式演示

审核编辑：郭婷