STPD01首款降压转换器，用于高效USB-C PD功率级

STPD01是意法半导体首款可编程DC-DC降压转换器，适用于高达60 W的USB-C供电应用，也是业内首款提供电缆压降补偿的转换器。工程师只需要使用 I2C 接口，用于使用小增量将其配置为 3 V 至 20 V。它为团队提供了灵活性和精度，从而实现更紧凑、更具成本效益的设计。此外，该器件还包括广泛的输入电压和保护功能。因此，设计人员可以简化和优化内部操作和布局，以更有效地扩展设计并缩短上市时间。

USB-C PD的兴起及其固有挑战

USB 供电和 USB-C 变革性技术如何？

很难低估USB供电的变革性方面。快速充电现在无处不在，能够提供高达更高输出电压的能力意味着使用USB端口而不是昂贵而笨重的连接器为产品供电。此外，随着USB Power Delivery与USB-C一起出现，难怪欧盟要求在消费设备上使用新的连接器，以促进互操作性并减少电子废物。 USB-C PD正在改变消费和工业电子产品，从汽车到显示器、壁式充电器、电话、遥控器、笔记本电脑、电视等，而这仅仅是个开始。根据Future Market Insights的数据，到127年，USB Type-C市场将达到2030亿美元。

为什么USB供电迫使工程师采用新设计？

挑战在于工程师必须重新考虑他们的功率级。以前的USB标准停留在5 V，而USB PD 3.0的电压高达20 V，3.1版本则高达48 V。 因此，设计人员必须处理更大的负载以及源电流和灌电流设备之间的新通信交换。此外，随着USB-C PD渗透到更多市场，公司必须找到扩展其设计以优化运营的方法。但是，与壁式充电器相比，计算机显示器的功率级将具有显着差异。此外，公司必须针对危险条件提供更大的保护，特别是因为消费者并不总是使用高质量的电缆或设备。

STPD01 提供灵活性

应对可扩展性挑战的解决方案

公司正在寻求扩展其功率级，以尽可能多地重复使用其设计。因此，STPD01具有6 V至26.4 V的宽输入范围，以支持许多不同的应用。因此，团队只需对ST设备进行一次认证，即可在多个系统中使用它以获得更大的回报。团队熟悉产品，更大的数量为降低单价打开了大门。具体来说，这意味着设计人员可以在智能手机、具有多个端口的壁式充电器以及显示器的功率级上工作，并重复使用STPD01。此外，其简单的可编程性意味着团队可以回收他们的一些应用程序代码并为其产品定制值。

虽然输入电压范围很宽，但STPD01不支持3 A以上的应用，这就是为什么它的最大功率为60 W，因为USB PD 3.0的电压不超过20 V。此技术规范的原因是所有 USB-C 电缆都支持最大 3 A。 除此之外，电缆必须包括一个将与源通信的 IC，并具有能够提供 5 A 的电线。 由于大多数消费类应用需要的功率低于60 W，因此STPD01决定瞄准不需要专用电缆的解决方案， 以提供更好的性价比。

优化挑战的解决方案

能够使用 I 对 STPD01 进行编程2C 接口还具有使用小增量的能力。电流可在0.1 A至3 A范围内设置，步长为100 mA。同样，在3 V至5.9 V范围内，意法半导体器件支持20 mV步进，在5.9 V至11 V之间，工程师可以使用100 mV增量，而11 V至20 V之间的输出电压可以使用200 mV步进进行设置。因此，工程师具有更高的精度，这使他们能够创建更紧凑的系统。团队可以创建特定的配置文件并减小某些被动组件的大小。

STPD01 提供稳健性

铜轨引起的电压降解决方案

随着应用处理更大的功率，提供强大的解决方案至关重要。这就是STPD01在提供电缆压降补偿方面独树一帜的原因。简而言之，STPD01足够智能，可以将其输出电压提高到定义值以上，以补偿铜轨或输出电缆电阻引起的压降。随着负载的增加，该器件会修改在电压反馈电阻分压器高端流动的电流，以调节负载电压。该功能并不新鲜，但工程师必须在外部实现它。得益于STPF01中的电缆补偿，工程师不再需要添加传感器来监控从稳压器输出到负载的电压。

提供更好的保护的解决方案

STPD01 还包括过压、过流和过热保护。在大多数情况下，检测过压事件会使半桥处于高阻抗状态，直到临界条件通过。此外，在某些情况下，系统会将输出电压重置为5 V。同样，过流保护在触发时会降低电压。最后，过热和短路保护在复位某些参数的同时关闭高端和低端器件。

STDP01的另一个特性是时钟抖动。简而言之，该机制使振荡器的频率抖动以传播噪声，降低峰值，从而限制电磁干扰。意法半导体器件抖动约5%，限制了EMI辐射，而无需使用大电感或大幅增加开关损耗。此外，在多端口系统中使用许多STPD01时，时钟抖动功能有助于分散开关电流，以避免累积干扰。事实上，正如意法半导体的参考设计所示，STPD01是多端口系统的主要候选者。

从哪里开始？

试验STPD01的最佳方法是获取STEVAL-2STPD01评估套件。该板提供两个 USB-C 端口，每个端口能够提供 60 W 的功率，总功率为 120 W。该板使用NUCLEO-G071RB作为其主机MCU。此外，两个 TCPP02-M18 提供特殊的 VBUS、CC 和 VCONN 保护。因此，该评估套件突出了利用意法半导体生态系统创建整个USB-C PD多端口应用的能力。我们甚至为STPD01评估套件STSW-2STPD01提供了软件包，该套件带有配置文件和功率共享模块。因此，工程师可以采用意法半导体的方案，更快地对固件进行编码。

审核编辑：郭婷