意法半导体TCPP01-M12赋能USB Type-C保护

以下文章来源于意法半导体工业电子

TCPP01-M12保护处于受电（充电）模式的USB Type-CTM端口抵御VBUS上最高24 V（CC线路上最高6 V）的过电压，以及抵御连接器引脚上的静电放电。TCPP是Typc-c接口保护的简称，而TCPP01-M12则为单一产品，其可以作为STM32MCU的配套芯片使用，并采用内置USB-C Power Delivery（UCPD）。因此，将STM32G0、STM32G4、STM32L5或STM32U5与TCPP01-M12组合使用，比使用一堆外部设备要划算得多。端口无连接时的零静态电流使TCPP01-M12与众不同。

TCPP01-M12：保护USB-C的普及性

USB-C的兴起

媒体将2019年称为USB-C实现关键应用的一年。从那时起，连接器已经渗透到科技行业的许多方面，甚至是我们的新款STLINK-V3MINIE。意法半导体的调试探针只使用成熟技术，以获取庞大的目标群体，享有更高的可靠性。因此，USB-C的出现具有高度象征意义。此外，欧盟表示将强制推广USB-C充电器。因此，各公司不得不将该端口集成到各自的产品中。虽然具体范围尚不清楚，但内部市场和消费者保护委员会就此事举行的最新一次会议建议扩大该规定适用的产品类型。

USB-C带来的新挑战

采用USB-C带来一系列新挑战。质量低下、不能适当控制电压的充电器正日益充斥着市场。因此，如果受电设备（充电）仅需要5V电压，而粗制滥造的供电产品（充电器）由于硬件或软件缺陷而保持在20 V，那么在未进行充分保护的情况下，充电产品的VBUS线路就有可能遭到严重损坏。除此之外，工程师还必须防止静电放电或电气过载。由于USBType-C连接器非常小，因此必须保护其免受CC线和VBUS线之间发生的短路的影响，这种短路可能会损坏USB控制器。

欧盟关于USB-C的举措也会影响设计领域，尽管目前还没有具体规定。许多公司甚至在使用非常传统的功率配置文件时也采用该端口。事实上，许多现代USB-C产品受益于USBPower Delivery，其3.1版本可以处理最高48 V和5 A。然而，在许多情况下，设计将在5 V和3 A传统模式下使用USB-C。这种配置不需要功率传输控制器，因为功率配置文件只需要一个下拉电阻。另一方面，相同的设备需要进行保护，因为它们可能与发送功率更高的产品一起运行。因此，即使是传统模式也需要可靠的保护。

TCPP01-M12：赋能USB-C保护

成本效益更高的USB-C保护

【MCU周边所有保护器件和过滤器产品】

截至目前，保护电路都位于USB-C功率传输控制器内。然而，通过在MCU内部使用嵌入式模块并提供配套的Type-C端口保护，我们降低了物料成本。我们在不使用昂贵的USB-C PD ASIC控制器的情况下，还促进了从micro-B设备的转型。MCU和TCPP01-M12的产品组合可谓是一项引人瞩目的成本降低方案，其中一个原因在于保护装置集成了VBUS栅极驱动器，从而可以使用更实惠的N-MOSFET，而非昂贵的P-MOSFET。此外，TCPP01-M12还通过了USB-IF认证（测试ID：5205），这意味着如果团队遵循意法半导体的实现和代码示例，即可加快各自产品的认证速度。

更高效的USB-C实现

将TCPP01-M12与配备PowerDelivery控制器的微控制器搭配使用，另一个优势是能够提供灵活的架构。工程师可以将低压MCU域和高压电源路径分隔开，并借鉴所有需要的保护措施。此外，为了实现有效保护，实际上可以将TCPP01-M12的QFN12封装靠近USBC型连接器本身设置。在该设备对可编程电源（PPS）的支持下，受电设备的充电电压最低为3.3V，并以20 mV为步长值请求增加电压，直到其匹配电池的特性，这样能够提供快速充电能力，同时保护了系统安全。

与竞争性解决方案相比，TCPP01-M12具有低RDSon和零静态电流，对整体效率有正面影响。由于设备是从MCU的GPIO引脚接收电源，而不是内部低压差稳压器，所以最后一个特性是可行的。结果，当用户拔出电缆时，TCPP01-M12根本不会消耗任何能量。这对于那些寻求设计微型产品（配备小型电池）的公司来说尤为重要。许多工程师可能对此并不重视，但如果一件产品的尺寸像笔那样小巧，那么每一微安其实都很重要。

从X-NUCLEO-SNK1M1入门

到目前为止，USB-C PD标准的要求仍然非常高。工程师必须阅读五百页才能理解这个协议，团队也必须从头开始做几乎所有的事情。然而，意法半导体现在将在其所有具有USB-C接口的新开发板上纳入TCPP01-M12，设计人员可以获取我们的原理图，并在其设计中重复使用。我们还隆重推出X-NUCLEO-SNK1M1，这是一款采用TCPP01-M12的64引脚Nucleo扩展板，还是一种负载开关，可以在与NUCLEO-G071RB或NUCLEO-G474RE开发板结合使用时，实现高达100W的PPS USB-C Power Delivery受电应用。

工程师还可以将扩展板与不包含USB功率传输控制器的微控制器组合使用，以模仿传统应用。TCPP01-M12应用于NUCLEO-L552ZE-Q和NUCLEO-U575ZI-Q。保护装置采用间距为500 µm的QFN12封装，这在PCB组件中仍然很常见，因此更易于使用。我们提供了相关的应用笔记，为寻求使用我们的Nucleo板、STM32CubeMX和STM32CubeMonUCPD构建原型的工程师提供入门指导。意法半导体还提供了X-CUBE-TCPP，其中包含中间件和示例代码。