有效防止USB Type-C接口被燒, TCPP01-M12讓工程師為歐盟新規(guī)做好準備

TCPP01-M12芯片可以在受電模式(充電)下保護USB Type-CTM接口，防止過壓沖擊接口針腳，VBUS線最大耐壓24V，CC線最大耐壓6V，還具有靜電放電防護等安全功能。TCPP代表了Type-C接口保護，同時TCPP01-M12可與內置USB-C Power Delivery (UCPD)控制模塊的STM32 MCU配套使用。因此，微控制器STM32G0、STM32G4、STM32L5 或STM32U5均可以與TCPP01-M12搭配使用，并且比用大量的外部器件更劃算。TCPP01-M12 的獨到之處還在于，當接口沒有連接任何設備時，其靜態(tài)電流為零。

TCPP01-M12: 保護USB-C的熱度

USB-C的崛起

▲The TCPP01-M12

媒體稱贊 2019 年是 USB-C應用普及的關鍵之年。從那時起，USB-C連接器已經開始滲透到科技行業(yè)的方方面面，甚至出現在我們最新款的調試探針STLINK-V3MINIE上。ST調試探針僅使用成熟的技術來接觸廣大人群并提供更高的可靠性。因此，USB-C 的出現在ST探針上具有高度的象征意義。此外，歐盟還發(fā)出強烈信號表示通用 USB-C充電器法規(guī)即將出臺。因此，設備廠商必須在他們的產品中配備USB-C接口。雖然法規(guī)適用的確切范圍尚不清楚，但歐洲內部市場和消費者保護委員會在關于此事的最新會議上建議擴大該法規(guī)適用的產品類型。

USB-C附帶的新挑戰(zhàn)

USB-C的應用帶來一系列新的挑戰(zhàn)。無法正確控制電壓的劣質充電器越來越常見。如果受電設備(充電)只需要5V電壓，而質量不好的電源產品(充電器)由于硬件或軟件缺陷，輸出電壓仍保持在20V，如果不做充分保護就充電可能會嚴重燒壞 VBUS 線。工程師還必須預防靜電放電或電氣過應力。由于USB Type-C 連接器非常小，所以，必須防止CC 和 VBUS 線之間短路，否則會燒壞 USB 控制芯片。

雖然目前還沒有相關法規(guī)，歐盟圍繞USB-C展開的舉措也會影響產品設計。盡管目前使用的還是非常傳統(tǒng)的電源配置參數，仍然有許多企業(yè)開始換用USB-C接口。許多設計先進的USB-C產品從USB Power Delivery技術上受益，特別是在USB PD 3.1 版本協議標準中，電壓處理能力高達48 V，電流處理達到5A。不過，在許多情況下，設計是在 5 V、3 A 傳統(tǒng)模式下用 USB-C，這種配置不需要輸電控制器，因為電源配置參數只需要一個下拉電阻。但是，這些設備同樣需要保護，因為與它們相連的產品可能送入更多的電能。因此，即使是傳統(tǒng)模式也需要堅固的保護。

TCPP01-M12：實現USB-C保護

一個成本效益更高的 USB-C保護解決方案

▲All the protection and filters around MCUs

此前，保護電路都在 USB-C Power Delivery 控制器內部?，F在，我們把保護模塊嵌入MCU，并提供配套的 Type-C 端口保護芯片，降低了應用的物料清單成本。因為不再需要昂貴的 USB-C PD ASIC 控制器，這種方法還促進了micro-B 設備向Type-C的過渡。事實上，MCU和 TCPP01-M12 捆綁設計在成本上之所以這么吸引人，是因為該保護器件集成了 VBUS 柵極驅動器，從而可以使用更經濟的 N-MOSFET功率管，而無需用昂貴的P-MOSFET。此外，TCPP01-M12 已通過 USB-IF 認證(測試 ID：5205)，這意味著遵循 ST 設計方法和代碼示例的團隊將更快通過認證。

一個能效更高的 USB-C保護解決方案

靈活的架構是將 TCPP01-M12 與搭載 Power Delivery 控制器的微控制器配套使用的另一個優(yōu)勢。工程師可以將低壓 MCU控制域和高壓電源路徑分開，并獲得所需的保護功能。此外，QFN12 封裝可以讓TCPP01-M12 的安裝位置盡可能靠近 USB Type-C 連接器，為其提供最大程度的保護。該芯片支持可編程電源 (PPS)，這意味著受電設備從3.3V開始逐步提高充電電壓，每次可以請求提高電壓20 mV，直到電壓與電池的特性匹配為止，因此，做到了快速充電和保護系統(tǒng)兩不誤。

與競爭解決方案相比，TCPP01-M12的低RDSon導通電阻和零靜態(tài)電流對整體能效產生積極的影響。靜態(tài)電流為零是因為芯片從MCU的GPIO引腳取電，而不是從內部低壓差穩(wěn)壓器受電。因此，當用戶拔出充電線時，TCPP01-M12 不消耗任何電能。對于想要制造有小電池的微型產品的公司來說，這一點尤其重要，但是，許多工程師可能低估了這個省電效果，當產品只有一支筆大小時，每一微安都很重要。

入門板X-NUCLEO-SNK1M1

此前，開發(fā)USB-C PD應用非常地費時費力。工程師必須讀500多頁的技術文檔，才能弄明白充電協議。開發(fā)團隊幾乎是要從零開始?，F在，ST所有的帶USB-C端口的新開發(fā)板都將集成TCPP01-M12芯片，這樣，設計人員就可以獲取我們的原理圖，拿到他們自己的設計中二次使用。我們還推出了 X-NUCLEO-SNK1M1 64針Nucleo擴展板，板上集成TCPP01-M12 和一個負載開關，當與NUCLEO-G071RB 或NUCLEO-G474RE開發(fā)板配合使用時，可以實現最大功率100 W的PPS USB-C Power Delivery受電端應用。

工程師還可以將擴展板與不帶USB Power Delivery 控制器的微控制器一起使用，開發(fā)一個傳統(tǒng)的充電應用。NUCLEO-L552ZE-Q 和NUCLEO-U575ZI-Q是板載TCPP01-M12的開發(fā)板。該保護器件采用引腳間距500μm的QFN12 封裝，這是PCB 組裝常用參數，制造門檻比較低。對于希望使用Nucleo開發(fā)板、STM32CubeMX 和STM32CubeMonUCPD 開發(fā)產品原型的工程師，我們甚至還提供應用筆記和入門指南。ST 還提供X-CUBE-TCPP軟件包，其中包含中間件和代碼示例。