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    Non solo Usb-C, ecco come rendere sempre più affidabili (e sostenibili) i caricabatterie

    L’Europa vuole ridurre la mole i rifiuti di natura elettronica. Ecco come l’industria si prepara ad affrontare le sfide che il nuovo regolamento comporta

    Secondo un recente accordo raggiunto dalla Comunità europea, entro l’autunno 2024 tutti i dispositivi portatili di piccole e medie dimensioni dovranno essere dotati di una porta di ricarica USB-C. La stessa regola dovrebbe valere per i laptop entro l’autunno 2027.

    Con l’obiettivo di ridurre il volume dei rifiuti di natura elettronica, particolarmente dannosi per l’ambiente e difficili da gestire, diventa obbligatorio anche l’Unbundling: i caricatori non saranno più venduti assieme ai dispositivi, ma acquistati a parte a seconda delle necessità del consumatore.

    Come spiega l’annuncio dell’UE: “Questa legge fa parte di un più ampio sforzo dell’UE per rendere i prodotti nell’UE più sostenibili, ridurre i rifiuti elettronici e semplificare la vita dei consumatori“.

    Preparativi per il nuovo regolamento europeo

    Il 2019 fu l’anno dell’USB-C. Sempre più diffuso, questa tipologia di connessione ha permeato quasi ogni aspetto dell’industria tecnologica.

    Tra i prodotti ST si ritrova persino sul più recente STLINK-V3MINIE. Le sonde di debug ST utilizzano solo tecnologie consolidate per offrire la massima affidabilità ad un vasto pubblico di utenti.

    Il forte messaggio dell’Unione Europea impone alle aziende di integrare caricatori universali USB-C in più prodotti possibili, con l’avvallo della commissione per il mercato interno e gli enti di protezione dei consumatori.

    Sfide degli USB-C

    L’adozione degli USB-C comporta una nuova serie di sfide. Per esempio sta diventando sempre più diffusa la commercializzazione di caricabatterie di scarsa qualità.

    Nel caso ci si trovi di fronte a disparità come un dispositivo sink (in carica) che richiede solo 5 V, ed un prodotto sorgente (caricatore) di scarsa fattura che rimane a 20 V per difetti hardware o software, è indispensabile prevedere un’adeguata protezione della linea VBUS contro ogni possibile danno.

    E’ compito degli ingegneri proteggere i dispositivi da possibili scariche elettrostatiche o sovraccarichi elettrici. Date le dimensioni ridotte del connettore USB Type-C, è essenziale proteggerlo da un cortocircuito tra le linee CC e VBUS, che danneggerebbe il controller USB.

    L’iniziativa europea sugli USB-C ha un impatto su ogni genere di progetto. Per quanto non sia ancora stata ben definita la portata del nuovo regolamento, l’industria si sta adeguando all’idea che convenga adottare preventivamente il nuovo genere di port e quindi proteggere ogni dispositivo da eventuali rischi.

    Molti moderni prodotti USB-C non richiedono un controller di erogazione di potenza, ma in previsione della possibilità che vengano presto utilizzati caricabatterie generici, ogni nuovo progetto dovrà includere forme di protezione consolidate.

    Una protezione USB-C più conveniente

    Protezione e filtri per un MCU

    Finora, i circuiti di protezione sono stati posizionati all’interno del controller USB-C Power Delivery. Ora ST ha iniziato ad incorporare il modulo in un MCU e offrendo una protezione del port di tipo C complementare ed abbassando il costo del prodotto finale.

    Il TCPP01-M12 di ST protegge le porte USB Type-C in modalità sink (ricarica) da sovratensioni fino a 24 V su VBUS, 6 V su linee CC e dalle scariche elettrostatiche sui pin del connettore. TCPP sta per Type-C Port Protection e TCPP01-M12 funziona come chip complementare per gli MCU STM32 con USB-C Power Delivery (UCPD) integrato. Pertanto, l’utilizzo di un STM32G0, STM32G4, STM32L5 o STM32U5 e TCPP01-M12 è significativamente più conveniente rispetto a un pacchetto di dispositivi esterni.

    Il bundle MCU e TCPP01-M12 di ST si presenta particolarmente economico anche in virtù del fatto che il dispositivo di protezione comprende il gate driver VBUS, consentendo l’uso di N-MOSFET più convenienti invece di costosi P-MOSFET. La serie TCPP01-M12 è inoltre già certificata USB-IF, fatto che facilità ed accelera la certificazione dei prodotti che ne faranno uso.

    Un’implementazione USB-C più efficiente

    Un altro vantaggio dell’utilizzo del TCPP01-M12 con un microcontrollore che integri un controller Power Delivery è la sua architettura flessibile.

    Rispetto alle soluzioni concorrenti, il TCPP01-M12 ha un impatto positivo sull’efficienza complessiva dei dispositivi. Offre un basso RDSon e una corrente di riposo nulla, caratteristica resa possibile dal fatto che il dispositivo riceve alimentazione dal pin GPIO dell’MCU anziché da un regolatore interno a bassa caduta.

    Quando l’utente scollega un cavo, il TCPP01-M12 non consuma energia, fattore cruciale per le aziende che cercano di creare prodotti minuscoli con batterie ancora più piccole.

    Per iniziare con il nuovo X-NUCLEO-SNK1M1

    Finora, lo standard USB-C PD era estremamente esigente. Gli ingegneri hanno dovuto rivedere mezzo migliaio di pagine per comprendere il protocollo e i team hanno dovuto fare quasi tutto da zero.

    Tuttavia, ST includerà ora il TCPP01-M12 in tutte le sue nuove schede di sviluppo con una porta USB-C e i progettisti possono ottenere i nostri schemi per riutilizzarli nel loro progetto. L’azienda inaugura anche X-NUCLEO-SNK1M1, una scheda di espansione Nucleo a 64 pin con TCPP01-M12 e un interruttore di carico che consente la creazione di un’applicazione di alimentazione USB-C PPS sink di alimentazione fino a 100 W quando associata al NUCLEO-G071RB o le schede di sviluppo NUCLEO-G474RE.

    Gli ingegneri possono anche utilizzare la scheda di espansione con microcontroller Power Delivery per imitare un’applicazione legacy. Il TCPP01-M12 è stato incorporato sul NUCLEO-L552ZE-Q e sul NUCLEO-U575ZI-Q.

    Il dispositivo di protezione utilizza un contenitore QFN12 con un passo di 500 µm, che rimane più comune per l’assemblaggio di PCB e quindi più accessibile. L’azienda propone infine una nota applicativa e una guida introduttiva per gli ingegneri che desiderano costruire un prototipo con le sue schede Nucleo, STM32CubeMX e STM32CubeMonUCPD. ST fornisce infine X-CUBE-TCPP, che contiene il middleware e il codice di esempio.

    Image by Denys Vitali from Pixabay

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