TCPP03-M20是意法半導體首款用于雙角色電源（DRP）應用的USB-C端口保護器件，這意味著它將服務于設(shè)計為源（充電器）或灌電流（充電）的系統(tǒng)。簡單來說，該組件匯集了意法半導體博客上的TCPP01-M12（接收器）和TCPP02-M18（源）。例如，它包括柵極驅(qū)動器，以防止VBUS上的過壓和過流。同樣，TCPP03-M20 嵌入了與 TCPP02-M18 相同的電流檢測元件，并在 VBUS 和 VCONN 上嵌入了相同的放電路徑。但是，它還包括功耗狀態(tài)，以幫助工程師優(yōu)化要求雙重角色電源保護的應用。

混合應用的興起

為什么雙角色端口是旗艦功能？

混合應用，混合為內(nèi)部電池充電，然后使用該電池為智能手機等移動產(chǎn)品充電，正在成為旗艦功能。例如，外部電池越來越小。以前，制造商將專用一個端口為內(nèi)部電池充電，另一個端口為外部產(chǎn)品充電。為了節(jié)省空間并改善用戶體驗，工程師現(xiàn)在對這兩個角色使用一個雙角色端口。同樣，制造商正在為以前沒有USB-C端口的產(chǎn)品添加USB-C端口。例如，電動工具電池使用雙重功能電源端口來增加其吸引力。消費者可以使用該端口為內(nèi)部電池充電，并在現(xiàn)場為智能手機或平板電腦充電。

這種趨勢起源于哪里？

新的市場趨勢似乎回應的是消費者的需求，而不是立法。事實上，TCPP01-M12 和 TCPP02-M18 為歐盟協(xié)調(diào)充電端口的決定帶來的獨特挑戰(zhàn)提供了解決方案。由于產(chǎn)品都使用 USB-C，因此針對邊緣情況和設(shè)計不良的系統(tǒng)提供保護至關(guān)重要。然而，雙重角色電源應用的興起并非來自歐洲法規(guī)。相反，制造商終于實現(xiàn)了USB-IF的長期承諾。事實上，該論壇早在 2016 年的開發(fā)者大會上就首次引入了 DRP。從那時起，媒體一直在宣傳此功能。制造商現(xiàn)在能夠?qū)⑵浣桓督o消費者。

TCPP03-M20 和雙角色電源端口的挑戰(zhàn)

為什么雙重角色端口保護需要更多功率？

發(fā)布混合應用程序需要時間，部分原因是設(shè)計支持接收器和源的系統(tǒng)很棘手。本質(zhì)上，灌電流模式下的USB-C端口將使用下拉電阻，而源元件將依賴于上拉電阻，雙作用連接器將在兩者之間切換。然而，雖然基礎(chǔ)知識很簡單，但工程師在創(chuàng)建高效系統(tǒng)方面面臨著優(yōu)化挑戰(zhàn)。例如，設(shè)計具有支持DRP的大型外部USB-PD控制器的PCB，通常意味著保護器件在沒有連接電纜時通常會消耗超過15 μA的電流。實際上，保護器件必須為拉電流和灌電流應用做好準備，直到它能夠做出決定。

配套芯片如何幫助提高效率？

TCPP03-M20與STM32微控制器內(nèi)部的USB PD控制器配套使用，為功耗挑戰(zhàn)提供了新的解決方案。該解決方案的嵌入式特性意味著更少的外部組件和更好的與處理器的協(xié)調(diào)。例如，當未連接電纜時，保護設(shè)備可以默認使用休眠模式。 I2C 接口處于活動狀態(tài)，允許微控制器發(fā)送命令，但保護器件不消耗任何功率。實際上，我們的測試顯示功耗為0 μA，而不考慮I2C接口的動態(tài)電流。

TCPP03-M20 框圖

同樣，TCPP03-M20 具有低功耗模式，在 3.1 V 時在未連接狀態(tài)下僅需要 8 μA，在 10.3 V 時需要 3 μA。在這種電源模式下，該組件提供過壓保護，但尚不允許與 USB-C PD 控制器通信。因此，這是工程師在等待用戶交互時提高效率的一種方式。系統(tǒng)已準備好接收電纜，并采用接收器或源模式。但是，在用戶啟動交互之前，低功耗模式將保證盡可能低的功耗。

為什么一些新的灌電流應用需要電流監(jiān)視器？

采用TCPP03-M20和STM32 MCU的系統(tǒng)原理圖

DRP保護還可以解決沒有人預料到的問題。最近，急救人員通信系統(tǒng)制造商表示希望將電流檢測機制與USB-C接收器設(shè)備一起使用。例如，在非常惡劣的環(huán)境中使用這些產(chǎn)品時，它可以幫助提高可靠性和安全性。但是，灌電流保護器件不提供電流檢測。因此，它們處理過壓保護，不包括必要的比較器。TCPP03-M20 解決了這些問題，因為它可以與接收器設(shè)備配合使用，并且包含與 TCPP02-M18 相同的電流傳感器。因此，工程師可以提供新的冗余保護，而不會增加復雜性或破壞物料清單。

如何開始？

開始使用TCPP03-M20的最佳方法是獲取X-NUCLEO-DRP1M1。該板可與包含USB PD控制器的STM32 MCU配合使用，以快速創(chuàng)建演示。 意法半導體甚至將該解決方案認證為100 W DRP（USB-IF TID：6408）。因此，重復使用我們在X-CUBE-TCPP中的原理圖和源代碼的公司可以更快地認證他們的產(chǎn)品。使用子板和軟件擴展包還可以幫助在 NUCLEO-G071RB 或 NUCLEO-G474RE 上運行電源模式演示

審核編輯：郭婷