‌USB Type-C供电端口保护器UCS4003技术解析与应用指南

Microchip Technology UCS4003 USB Type-C^®^ 供电端口保护器设计用于配置通道 (CC) 和D+、D-引脚（数据线路）。CC、D+、D-和SG_SENS引脚（接地短路）具有ESD保护功能，符合IEC 61000-4-2和ISO 10605标准。Microchip UCS4003在CC、D+和D-引脚上提供电池短路保护。该器件还为充电端口提供电池接地短路保护。此外，它可配置为在出现任何故障（D+/D-或CC过压除外）时置位为FAULT#。

数据手册：*附件：Microchip Technology UCS4003 USB Type-C®供电端口保护器数据手册.pdf

特性

• AEC-Q100 汽车级
• 在D+、D-和CC引脚上的电池短路保护 (24V DC)
• 用于充电端口的电池接地短路保护
• FAULT#引脚置位可配置性
• 支持供电协议
• 在D+、D-、CC和SG_SENS引脚上符合IEC 61000-4-2和ISO 10605标准的ESD保护
• 过热保护（热关断）
• 温度范围：-40 °C至+125 °C

框图

典型应用

封装类型

USB Type-C供电端口保护器UCS4003技术解析与应用指南‌

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‌一、核心功能与设计亮点‌

Microchip UCS4003是一款专为USB Type-C Power Delivery设计的全集成端口保护芯片，其核心特性包括：

• ‌多重保护机制‌：支持D+/D-数据线、CC配置通道的24V DC短路至电池保护，以及充电端口的电池对地短路保护，符合IEC 61000-4-2和ISO 10605 ESD标准（接触放电±8kV，空气放电±15kV）。
• ‌灵活故障配置‌：通过FCONFIG引脚可选择故障触发模式（全局故障或排除D+/D-过压的局部故障）。
• ‌热管理‌：内置热关断电路（阈值145°C，迟滞40°C），确保高温环境下安全运行。

‌典型应用场景‌：消费电子快充接口、车载USB-C端口、工业设备PD协议防护。

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‌二、关键技术参数与工作逻辑‌

1. ‌电气特性‌

• ‌过压保护阈值‌：
  • D+/D-线：3.6V（典型值4V，迟滞50mV）
  • CC线：5.5V（典型值6V，迟滞60mV）
• ‌响应时间‌：
  • D+/D-过压响应：<200ns
  • 短路至GND响应：<500ns

2. ‌工作流程‌（以D+过压为例）

1. ‌检测阶段‌：D+_C电压超过VOVP_D±（4V）时，内部比较器触发。
2. ‌保护动作‌：200ns内关闭所有通道FET，FAULT#引脚拉低（需外接上拉电阻）。
3. ‌恢复条件‌：电压回落至VOVP_D±-VOVP_D±_HYST（3.95V）并持续20ms后自动恢复。

三、实测性能与行业对比‌

• ‌带宽表现‌：
  • D+/D-单端带宽：1GHz（-3dB）
  • 差分眼图测试：通过USB 2.0 HS标准（480Mbps抖动<10%）
• ‌竞品优势‌：相比TI TPD8S300系列，UCS4003在响应速度（快2倍）和集成度（省去外部比较器）上更具优势。

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‌四、开发资源与调试建议‌

1. ‌故障排查‌：
   • FAULT#持续低电平：检查FCONFIG引脚配置（悬空=全局故障模式）。
   • 端口无响应：测量VDD是否高于2.7V（UVLO阈值）。
2. ‌参考设计‌：Microchip提供评估板（DM320103），支持PD3.1协议兼容性测试。