STPD01首款降壓轉換器，用于高效USB-C PD功率級

STPD01是意法半導體首款可編程DC-DC降壓轉換器，適用于高達60 W的USB-C供電應用，也是業(yè)內首款提供電纜壓降補償的轉換器。工程師只需要使用 I2C 接口，用于使用小增量將其配置為 3 V 至 20 V。它為團隊提供了靈活性和精度，從而實現(xiàn)更緊湊、更具成本效益的設計。此外，該器件還包括廣泛的輸入電壓和保護功能。因此，設計人員可以簡化和優(yōu)化內部操作和布局，以更有效地擴展設計并縮短上市時間。

USB-C PD的興起及其固有挑戰(zhàn)

USB 供電和 USB-C 變革性技術如何？

很難低估USB供電的變革性方面。快速充電現(xiàn)在無處不在，能夠提供高達更高輸出電壓的能力意味著使用USB端口而不是昂貴而笨重的連接器為產品供電。此外，隨著USB Power Delivery與USB-C一起出現(xiàn)，難怪歐盟要求在消費設備上使用新的連接器，以促進互操作性并減少電子廢物。 USB-C PD正在改變消費和工業(yè)電子產品，從汽車到顯示器、壁式充電器、電話、遙控器、筆記本電腦、電視等，而這僅僅是個開始。根據Future Market Insights的數據，到127年，USB Type-C市場將達到2030億美元。

為什么USB供電迫使工程師采用新設計？

挑戰(zhàn)在于工程師必須重新考慮他們的功率級。以前的USB標準停留在5 V，而USB PD 3.0的電壓高達20 V，3.1版本則高達48 V。 因此，設計人員必須處理更大的負載以及源電流和灌電流設備之間的新通信交換。此外，隨著USB-C PD滲透到更多市場，公司必須找到擴展其設計以優(yōu)化運營的方法。但是，與壁式充電器相比，計算機顯示器的功率級將具有顯著差異。此外，公司必須針對危險條件提供更大的保護，特別是因為消費者并不總是使用高質量的電纜或設備。

STPD01 提供靈活性

應對可擴展性挑戰(zhàn)的解決方案

公司正在尋求擴展其功率級，以盡可能多地重復使用其設計。因此，STPD01具有6 V至26.4 V的寬輸入范圍，以支持許多不同的應用。因此，團隊只需對ST設備進行一次認證，即可在多個系統(tǒng)中使用它以獲得更大的回報。團隊熟悉產品，更大的數量為降低單價打開了大門。具體來說，這意味著設計人員可以在智能手機、具有多個端口的壁式充電器以及顯示器的功率級上工作，并重復使用STPD01。此外，其簡單的可編程性意味著團隊可以回收他們的一些應用程序代碼并為其產品定制值。

雖然輸入電壓范圍很寬，但STPD01不支持3 A以上的應用，這就是為什么它的最大功率為60 W，因為USB PD 3.0的電壓不超過20 V。此技術規(guī)范的原因是所有 USB-C 電纜都支持最大 3 A。 除此之外，電纜必須包括一個將與源通信的 IC，并具有能夠提供 5 A 的電線。 由于大多數消費類應用需要的功率低于60 W，因此STPD01決定瞄準不需要專用電纜的解決方案， 以提供更好的性價比。

優(yōu)化挑戰(zhàn)的解決方案

能夠使用 I 對 STPD01 進行編程2C 接口還具有使用小增量的能力。電流可在0.1 A至3 A范圍內設置，步長為100 mA。同樣，在3 V至5.9 V范圍內，意法半導體器件支持20 mV步進，在5.9 V至11 V之間，工程師可以使用100 mV增量，而11 V至20 V之間的輸出電壓可以使用200 mV步進進行設置。因此，工程師具有更高的精度，這使他們能夠創(chuàng)建更緊湊的系統(tǒng)。團隊可以創(chuàng)建特定的配置文件并減小某些被動組件的大小。

STPD01 提供穩(wěn)健性

銅軌引起的電壓降解決方案

隨著應用處理更大的功率，提供強大的解決方案至關重要。這就是STPD01在提供電纜壓降補償方面獨樹一幟的原因。簡而言之，STPD01足夠智能，可以將其輸出電壓提高到定義值以上，以補償銅軌或輸出電纜電阻引起的壓降。隨著負載的增加，該器件會修改在電壓反饋電阻分壓器高端流動的電流，以調節(jié)負載電壓。該功能并不新鮮，但工程師必須在外部實現(xiàn)它。得益于STPF01中的電纜補償，工程師不再需要添加傳感器來監(jiān)控從穩(wěn)壓器輸出到負載的電壓。

提供更好的保護的解決方案

STPD01 還包括過壓、過流和過熱保護。在大多數情況下，檢測過壓事件會使半橋處于高阻抗狀態(tài)，直到臨界條件通過。此外，在某些情況下，系統(tǒng)會將輸出電壓重置為5 V。同樣，過流保護在觸發(fā)時會降低電壓。最后，過熱和短路保護在復位某些參數的同時關閉高端和低端器件。

STDP01的另一個特性是時鐘抖動。簡而言之，該機制使振蕩器的頻率抖動以傳播噪聲，降低峰值，從而限制電磁干擾。意法半導體器件抖動約5%，限制了EMI輻射，而無需使用大電感或大幅增加開關損耗。此外，在多端口系統(tǒng)中使用許多STPD01時，時鐘抖動功能有助于分散開關電流，以避免累積干擾。事實上，正如意法半導體的參考設計所示，STPD01是多端口系統(tǒng)的主要候選者。

從哪里開始？

試驗STPD01的最佳方法是獲取STEVAL-2STPD01評估套件。該板提供兩個 USB-C 端口，每個端口能夠提供 60 W 的功率，總功率為 120 W。該板使用NUCLEO-G071RB作為其主機MCU。此外，兩個 TCPP02-M18 提供特殊的 VBUS、CC 和 VCONN 保護。因此，該評估套件突出了利用意法半導體生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)建整個USB-C PD多端口應用的能力。我們甚至為STPD01評估套件STSW-2STPD01提供了軟件包，該套件帶有配置文件和功率共享模塊。因此，工程師可以采用意法半導體的方案，更快地對固件進行編碼。

審核編輯：郭婷