TCPP02-M18 可保護(hù)源模式下的 USB Type-C 端口免受 VBUS 引腳上的過(guò)流和通信通道（CC 線(xiàn)路）上高達(dá) 24 V 的過(guò)電壓的影響。它是在STM32 MCU上運(yùn)行的USB-C平臺(tái)的配套芯片，包括微控制器可訪(fǎng)問(wèn)的電流檢測(cè)機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)更好的應(yīng)用控制。TCPP02-M18 是用于發(fā)送電荷（源）的設(shè)備的 Type-C 端口保護(hù) （TCPP），與 TCPP01-M12 不同，TCPP8-M61000 在接收模式（充電）下保護(hù) USB-C 端口。雖然兩者有相似之處，例如CC4和CC2引腳上的系統(tǒng)級(jí)ESD保護(hù)額定值為±4 kV IEC1-2-《》 《》級(jí)，但它們應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)明顯不同。

為什么 TCPP02-M18 在今天很重要？

協(xié)調(diào)帶來(lái)的新挑戰(zhàn)

歐盟委員會(huì)一直在推動(dòng)充電設(shè)備使用USB-C連接器，從而帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。事實(shí)上，歐洲議會(huì)宣布了一項(xiàng)新指令，要求到2024年秋季在所有手機(jī)上安裝通用USB-C充電端口。以前，許多公司會(huì)為其產(chǎn)品設(shè)計(jì)和運(yùn)送特定的充電器。設(shè)計(jì)師甚至使用稀有的桶形插孔來(lái)確保消費(fèi)者只使用他們?cè)O(shè)想的充電器。歐洲的倡議將突然意味著一個(gè)充電器將適用于各種設(shè)備。因此，工程師必須考慮更多的邊緣情況、故障接收器系統(tǒng)等。這種措施的環(huán)境效益至關(guān)重要。然而，它所代表的電氣挑戰(zhàn)是巨大的。

在工程師必須解決的眾多問(wèn)題中，有三個(gè)主要問(wèn)題：功耗優(yōu)化、外形尺寸和成本。消費(fèi)者需要更智能的充電器。因此，設(shè)計(jì)人員必須創(chuàng)建能夠優(yōu)化功耗的應(yīng)用，尤其是在將充電器推向極限時(shí)。此外，盡管如此，消費(fèi)者仍然想要更便宜、更小的充電器。畢竟，歐盟倡議背后的整個(gè)精神是減少電子廢物。因此，解決這三個(gè)問(wèn)題特別困難。

使用STM32和TCPP02-M18完成更多工作的能力

傳統(tǒng)上，工程師依賴(lài)于端口控制器。問(wèn)題在于它們沒(méi)有容納整個(gè)Cortex-M內(nèi)核，而且它們的內(nèi)存能力仍然很小。因此，它們代表了物料清單 （BoM） 的額外成本。除了USB-C端口之外，工程師不能將它們用于其他任何用途，并且添加電流檢測(cè)等基本功能通常意味著將更多組件集成到主板上。因此，在添加所有這些的同時(shí)縮小 PCB 成為一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，需要大量工作并可能延遲上市。此外，控制器和保護(hù)器件也需要外部PMOS晶體管，從而增加了BoM。

然而，工程師有辦法避開(kāi)所有這些地雷。例如，使用帶有內(nèi)置USB-C PD控制器的STM32微控制器可以實(shí)現(xiàn)更高的計(jì)算吞吐量。借助更先進(jìn)的控制，工程師可以?xún)?yōu)化其電源管理系統(tǒng)，甚至可以將整個(gè)固件與USB-C應(yīng)用一起運(yùn)行，從而簡(jiǎn)化整體開(kāi)發(fā)。例如，可以將TCPP02-M18連接到STM32的ADC引腳，從而非常輕松地從即時(shí)電流檢測(cè)測(cè)量中受益。簡(jiǎn)單地說(shuō);工程師可以在更直接的過(guò)程中構(gòu)建功能更豐富的應(yīng)用程序。

帶有 USB-C 連接器、TCPP02-M18 和 STM32 MCU 的 USB-C 源應(yīng)用

尺寸和成本

使用STM32和TCPP02-M18或任何TCPP器件的另一個(gè)后果是減少PCB上的元件。無(wú)需添加復(fù)雜的臨時(shí)控制器或無(wú)數(shù)外部組件即可創(chuàng)建強(qiáng)大的系統(tǒng)。因此，縮小設(shè)計(jì)變得更加簡(jiǎn)單。工程師還可以獲得更好的可靠性保證。事實(shí)上，更少的設(shè)備意味著更少的故障點(diǎn)。此外，STM32微控制器提供10年支持保修，而TCPP系列直接受益于我們的雙極-CMOS-DMOS（BCD）技術(shù)，該技術(shù)最近被公認(rèn)為IEEE里程碑。由于充電器現(xiàn)在必須處理各種用例，因此滿(mǎn)足新的可靠性要求至關(guān)重要。

更直接、更可靠的設(shè)計(jì)也意味著更具成本效益的物料清單和生命周期。如果工程師使用未集成USB-C PD控制器的STM32，他們?nèi)匀豢梢允褂肨CPP02-M18設(shè)計(jì)5 V / 3 A傳統(tǒng)應(yīng)用。帶有USB-C PD控制器的STM32可以管理高達(dá)20 V和5 V的功率，功率高達(dá)100 W。在這兩種情況下，STM32和TCPP02-M18都有助于降低成本。此外，TCPP02-M18配套芯片包括一個(gè)電荷泵，可驅(qū)動(dòng)更具成本效益的NMOS晶體管，而不是PMOS器件。

是什么讓源保護(hù)與眾不同？

邊界保護(hù)

TCPP02-M18 的特點(diǎn)

USB 實(shí)施者論壇 （USB-IF） 定義了源模式下 USB-C 端口的獨(dú)特職責(zé)。例如，為另一個(gè)系統(tǒng)充電的產(chǎn)品必須監(jiān)測(cè)和控制電流。因此，TCPP02-M18 具有過(guò)流保護(hù)功能，并在 VBUS 上集成了柵極驅(qū)動(dòng)器。相比之下，用于灌電流設(shè)備的TCPP01-M12具有過(guò)壓保護(hù)，因?yàn)榻邮针姾傻漠a(chǎn)品必須協(xié)商電壓并保護(hù)自己免受有缺陷的充電器或電纜的影響。此外，USB-IF將源端口定義為冷連接器。簡(jiǎn)而言之，這意味著斷開(kāi)電纜后不能有電流流動(dòng)。因此，TCCP02-M18具有在斷開(kāi)后將電流重定向到地面的放電路徑。

CC 和 VCONN 保護(hù)

USB-C 是一種可逆連接器，這意味著無(wú)論哪一側(cè)朝上，電纜都會(huì)插入端口。這是可能的，因?yàn)檫B接器使用兩個(gè)通信通道，一個(gè)在頂部 （CC1），一個(gè)在底部 （CC2）。由于USB-C電纜只有一根CC線(xiàn)，因此端口會(huì)檢測(cè)電纜連接到哪個(gè)通道，從而確定方向。因此，保護(hù) CC 線(xiàn)路至關(guān)重要。TCPP02-M18 在 CC 線(xiàn)路上提供高達(dá) 6 V 的過(guò)壓保護(hù)，防止 VBUS 短路。該保護(hù)器件還保證通信通道上的高ESD保護(hù)。

插入 USB-C 電纜后，未使用的 CC 線(xiàn)可用作電纜（如果需要）和小配件的可選電源線(xiàn)。例如，名為VCONN的線(xiàn)路可以為電子標(biāo)記電纜（EMCA）供電。后者包括可以整形信號(hào)以延長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度等的IC。挑戰(zhàn)在于USB-IF將VCONN的功率設(shè)置為0.1 W.因此，TCPP02-M18包括高達(dá)50 mA的過(guò)流保護(hù)和高達(dá)6 V的過(guò)壓保護(hù)，以防止VBUS短路。

如何開(kāi)始？

01STPD071

開(kāi)始設(shè)計(jì)USB-C源產(chǎn)品的最快方法是從我們的兩個(gè)開(kāi)發(fā)套件中汲取靈感：STEVAL-2STPD01和X-NUCLEO-SRC1M1。第一種是雙端口參考設(shè)計(jì)，使用兩個(gè)TCPP02-M18，一個(gè)STM32G0容納兩個(gè)USB-C PD控制器，并具有電源共享功能。事實(shí)上，STPD01可以共享120 W.因此，從理論上講，如果一個(gè)端口僅以15 W為傳統(tǒng)設(shè)備充電，則另一個(gè)端口可以提供120 W包絡(luò)的其余部分。但是，STEVAL-2STPD01將每個(gè)端口限制為60 W（20 A時(shí)為3 V）。工程師獲得原理圖和軟件包 STSW-2STPD01，以開(kāi)始定制。

X-NUCLEO-SRC1M1是一款更傳統(tǒng)的子板，具有一個(gè)USB-C端口，一個(gè)TCPP02-M18，以及支持高達(dá)100 W功率配置文件所需的一切，部分歸功于其ST715高壓穩(wěn)壓器。工程師可以在帶有包含USB PD控制器的MCU的Nucleo板上使用它，例如NUCLEO-G071RB，NUCLEO-G474RE和NUCLEO-G0B1RE。它使應(yīng)用程序設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，尤其是在使用 X-CUBE-TCPP 驅(qū)動(dòng)程序和中間件之后。使用X-NUCLEO-SRC1M1而不嵌入U(xiǎn)SB PD控制器的MCU也是可能的，NUCLEO-F446RE就是一個(gè)例子。但是，開(kāi)發(fā)人員只能從該配置中的5 V解決方案中受益。

審核編輯：郭婷