TCPP02-M18 可保護源模式下的 USB Type-C 端口免受 VBUS 引腳上的過流和通信通道（CC 線路）上高達 24 V 的過電壓的影響。它是在STM32 MCU上運行的USB-C平臺的配套芯片，包括微控制器可訪問的電流檢測機制，以實現更好的應用控制。TCPP02-M18 是用于發送電荷（源）的設備的 Type-C 端口保護 （TCPP），與 TCPP01-M12 不同，TCPP8-M61000 在接收模式（充電）下保護 USB-C 端口。雖然兩者有相似之處，例如CC4和CC2引腳上的系統級ESD保護額定值為±4 kV IEC1-2-《》 《》級，但它們應對的挑戰明顯不同。

為什么 TCPP02-M18 在今天很重要？

協調帶來的新挑戰

歐盟委員會一直在推動充電設備使用USB-C連接器，從而帶來了新的挑戰。事實上，歐洲議會宣布了一項新指令，要求到2024年秋季在所有手機上安裝通用USB-C充電端口。以前，許多公司會為其產品設計和運送特定的充電器。設計師甚至使用稀有的桶形插孔來確保消費者只使用他們設想的充電器。歐洲的倡議將突然意味著一個充電器將適用于各種設備。因此，工程師必須考慮更多的邊緣情況、故障接收器系統等。這種措施的環境效益至關重要。然而，它所代表的電氣挑戰是巨大的。

在工程師必須解決的眾多問題中，有三個主要問題：功耗優化、外形尺寸和成本。消費者需要更智能的充電器。因此，設計人員必須創建能夠優化功耗的應用，尤其是在將充電器推向極限時。此外，盡管如此，消費者仍然想要更便宜、更小的充電器。畢竟，歐盟倡議背后的整個精神是減少電子廢物。因此，解決這三個問題特別困難。

使用STM32和TCPP02-M18完成更多工作的能力

傳統上，工程師依賴于端口控制器。問題在于它們沒有容納整個Cortex-M內核，而且它們的內存能力仍然很小。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縮小 PCB 成為一個嚴重的問題，需要大量工作并可能延遲上市。此外，控制器和保護器件也需要外部PMOS晶體管，從而增加了BoM。

然而，工程師有辦法避開所有這些地雷。例如，使用帶有內置USB-C PD控制器的STM32微控制器可以實現更高的計算吞吐量。借助更先進的控制，工程師可以優化其電源管理系統，甚至可以將整個固件與USB-C應用一起運行，從而簡化整體開發。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電流檢測測量中受益。簡單地說;工程師可以在更直接的過程中構建功能更豐富的應用程序。

帶有 USB-C 連接器、TCPP02-M18 和 STM32 MCU 的 USB-C 源應用

尺寸和成本

使用STM32和TCPP02-M18或任何TCPP器件的另一個后果是減少PCB上的元件。無需添加復雜的臨時控制器或無數外部組件即可創建強大的系統。因此，縮小設計變得更加簡單。工程師還可以獲得更好的可靠性保證。事實上，更少的設備意味著更少的故障點。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，該技術最近被公認為IEEE里程碑。由于充電器現在必須處理各種用例，因此滿足新的可靠性要求至關重要。

更直接、更可靠的設計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，他們仍然可以使用TCPP02-M18設計5 V / 3 A傳統應用。帶有USB-C PD控制器的STM32可以管理高達20 V和5 V的功率，功率高達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配套芯片包括一個電荷泵，可驅動更具成本效益的NMOS晶體管，而不是PMOS器件。

是什么讓源保護與眾不同？

邊界保護

TCPP02-M18 的特點

USB 實施者論壇 （USB-IF） 定義了源模式下 USB-C 端口的獨特職責。例如，為另一個系統充電的產品必須監測和控制電流。因此，TCPP02-M18 具有過流保護功能，并在 VBUS 上集成了柵極驅動器。相比之下，用于灌電流設備的TCPP01-M12具有過壓保護，因為接收電荷的產品必須協商電壓并保護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。簡而言之，這意味著斷開電纜后不能有電流流動。因此，TCCP02-M18具有在斷開后將電流重定向到地面的放電路徑。

CC 和 VCONN 保護

USB-C 是一種可逆連接器，這意味著無論哪一側朝上，電纜都會插入端口。這是可能的，因為連接器使用兩個通信通道，一個在頂部 （CC1），一個在底部 （CC2）。由于USB-C電纜只有一根CC線，因此端口會檢測電纜連接到哪個通道，從而確定方向。因此，保護 CC 線路至關重要。TCPP02-M18 在 CC 線路上提供高達 6 V 的過壓保護，防止 VBUS 短路。該保護器件還保證通信通道上的高ESD保護。

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

如何開始？

01STPD071

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

X-NUCLEO-SRC1M1是一款更傳統的子板，具有一個USB-C端口，一個TCPP02-M18，以及支持高達100 W功率配置文件所需的一切，部分歸功于其ST715高壓穩壓器。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。它使應用程序設計更加簡單，尤其是在使用 X-CUBE-TCPP 驅動程序和中間件之后。使用X-NUCLEO-SRC1M1而不嵌入USB PD控制器的MCU也是可能的，NUCLEO-F446RE就是一個例子。但是，開發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