探索AP53781：高度集成的USB PD DRP控制器

在电子设备飞速发展的今天，USB Type - C接口凭借其强大的功能和便捷性，成为了各类设备的标配。而在USB Type - C的应用中，电源管理和协议控制至关重要。今天，我们就来深入了解一款高度集成的USB PD3.1 DRP控制器——AP53781。

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一、AP53781简介

AP53781是一款高度集成的USB Type - C PD3.2 Dual - Role Power（DRP）控制器，它支持Extended Power Range（EPR）/ Adjustable Voltage Supply（AVS）高达28V，以及Standard Power Range（SPR）高达21V。该芯片可作为电源消费者从PD3.1兼容适配器请求电力，也能作为电源提供者为配备Type - C连接器的设备供电。在掉电模式下，其功耗低至50µA，并且可以在无MCU的系统中运行。

二、特性亮点

（一）广泛的功率范围支持

支持EPR/AVS到28V（100mV/Step）以及SPR到21V，能够满足不同设备对功率的需求，无论是低功率的无线音箱，还是高功率的电动工具，都能轻松应对。

（二）低功耗设计

掉电模式下功耗低至50µA，有助于延长设备的续航时间，特别是对于移动电源和便携式设备来说，这一特性尤为重要。

（三）灵活的功率选择

作为电源消费者，可通过VSEL和ISEL引脚的对应电阻值选择所需的Request Data Object（RDO）；作为电源提供者，可通过PDOSEL引脚的合适电阻从预设的8种功率配置文件中选择Power Data Object（PDO）能力。

（四）丰富的功能集成

集成了Rp/Rd终端电阻和开关用于DRP控制，具备QC2.0/3.0功能和死电池模式（Sink角色），在Source角色时还提供用于外部DC/DC控制器的VFB反馈控制。

（五）全面的保护机制

提供过压保护（OVP）、欠压保护（UVP）、过流保护（OCP）等全面的安全保护方案，以及CC1/CC2引脚到相邻高压引脚高达34V的短路保护，确保设备在各种异常情况下的安全运行。

三、典型应用电路

AP53781适用于无MCU的系统。上电初始化后，它会周期性地交替Type - C CC1/CC2（CCx）引脚在上拉电阻Rp和下拉电阻Rd之间的连接，以确定扮演的角色。 当作为电源消费者时，通过VSEL和ISEL引脚的电阻选择所需的RDO；作为电源提供者时，通过PDOSEL引脚的电阻选择PDO能力。同时，在Source角色时，内置的电流DAC支持为外部DC/DC控制器提供VFB反馈。

四、引脚说明

Pin No.	Pin Name	Pin Function
1	VCC2	VBUS电压检测输入
2	ISNP	电流检测节点
3	GND	接地
4	VSEL	用于Sink消费者模式的RDO电压选择，连接外部电阻到地以设置所需电压
5	ISEL	用于Sink消费者模式的RDO电流选择，连接外部电阻到地以设置所需电流
6	GPIO	通用输入/输出引脚
7	VFB	用于外部PWM控制器的模拟电压反馈输入
8	PDOSEL	用于Source提供者模式的PDO能力选择，连接外部电阻到地以设置所需功率配置文件
9	DP	Type - C连接器的DP
10	DN	Type - C连接器的DN
11	CC1	Type - C的配置通道1（CC1）
12	CC2	Type - C的配置通道2（CC2）
13	V5V	如果VCC1供电，则为5VLDO输出；VCC1未供电时，也可作为备用电源输入，需连接1uF电容到GND
14	VOUT	VOUT终端，用于检测输出电压，并通过串联外部2000电阻提供放电路径
15	VG A	高电压栅极驱动器（高电平有效），连接到外部nMOS开关
16	VCC1	VBUS激活时的芯片电源输入
	EPAD	建议连接到地的暴露焊盘

五、功能概述

（一）Type - C配置通道（CC）逻辑

CC逻辑块包含所有终端电阻（Rp和Rd）、控制开关、电缆检测和连接逻辑。通过CC1和CC2引脚实现连接检测、插头方向检测以及USB Source/Sink角色建立。

（二）DRP操作

插入电缆后，AP53781作为USB PD DRP控制器，以80ms的固定周期交替CCx引脚在Rp和Rd之间的连接。检测到外部连接Rd时作为电源提供者，检测到连接Rp时作为电源消费者。

（三）USB PD物理层

包括USB Type - C基带收发器、物理层逻辑和用于PD消息处理的缓冲区，采用Bi - phase Mark Coding（BMC）和4b/5b编码解码功能进行通信。

（四）芯片电源概述

可由VCC1引脚或V5V引脚供电。VBUS启用后，通过VBUS开关的体二极管为VCC1供电；VCC1未供电时，可通过V5V引脚提供外部5V电源。

（五）死电池模式

当V5V和VCC1引脚都无法提供芯片电源时，AP53781进入死电池模式，通过CCx引脚呈现Rd电阻。插入有源Type - C设备后，可作为Sink设备启用5V输出，为芯片重新供电。

（六）电源保护

在Source和Sink模式下均支持OVP/UVP/OCP功率保护功能，通过VG_A引脚驱动外部低成本高侧nMOS开关控制VBUS电源的通断。

（七）VBUS和VOUT放电路径

支持VBUS和VOUT放电路径，通过内部MOSFET和放电电阻加速功率路径的电压下降，满足USB PD规范的时序要求。

（八）VBUS电压调节和VFB反馈

包含用于VBUS电压调节的恒压（CV）环路，作为Source角色时，通过协议握手后生成PDO电压为连接设备供电。使用电流DAC根据请求的PDO电压从外部DC/DC反馈引脚直接吸收或提供相应电流。

（九）恒流控制

提供恒流（CC）环路，通过检测Rsense电阻上的低侧IR降并转换为电压，经过内部数字滤波器块调整IDAC的ID，以实现恒流控制。

（十）ADC转换器

支持内部逐次逼近ADC，输入来自芯片内各种电压和电流源的模拟多路复用器，输出可供嵌入式MCU读取和使用，实现对DRP控制器的精确管理。

（十一）QC Sink支持

不仅在Source侧提供QC功能，在Sink侧也支持QC协议通信握手，并提供High Voltage Dedicated Charging Port（HVDCP）检测流程。

（十二）RDO和PDO功率选择

作为Sink控制器时，通过VSEL和ISEL引脚的电阻选择RDO；作为Source控制器时，通过PDOSEL引脚的电阻从预设的8种功率配置文件中选择PDO。

（十三）RDO匹配机制

上电复位（POR）启动后，AP53781与外部PD源进行PD协商，先进行电压匹配，再进行电流匹配，选择合适的功率配置文件。

（十四）电压降补偿

作为Sink工作时，如果VBUS比请求电压低4%，AP53781将在PPS模式下请求电压增加至请求电压 + 1.3V。

六、PCB布局指南

为了确保AP53781的稳定运行和良好的ESD性能，PCB布局时需要注意以下几点：

1. 将Vcc/V5V去耦电容尽可能靠近引脚放置。
2. 将IC的暴露焊盘连接到地，有助于提高抗噪能力。
3. 电流检测走线应直接从电流检测电阻的焊盘开始。
4. 使用最短的走线将CC1/CC2引脚连接到USB Type - C插座。

七、订购信息

AP53781有不同的订购型号可供选择，如AP53781DMZ16 - 13 - FA01采用W - QFN3030 - 16（Type A1）封装，内置标准固件。对于无固件或定制选项，请联系相关代表。

八、总结

AP53781以其高度集成的特性、广泛的功率范围支持、丰富的功能和全面的保护机制，为USB Type - C设备的设计提供了一个强大而可靠的解决方案。无论是在移动电源、电动工具、无线音箱等消费电子领域，还是在POS终端、便携式显示器等工业应用中，都具有广阔的应用前景。作为电子工程师，在设计USB Type - C相关产品时，AP53781值得我们深入研究和应用。大家在实际应用中是否遇到过类似芯片的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。