ST lancia il primo dispositivo di protezione per porte USB-C capaci di ricevere che offrire ricariche
Le applicazioni ibride, capaci di combinare la ricarica di una batteria interna e l’utilizzo successivo della stessa batteria per caricare un prodotti mobili smartphone o tablet, stanno attirando i favori di pubblico e produttori.
Il passaggio è accelerato dal fatto che le batterie esterne stiano diventando sempre più piccole. Fino a poco tempo fa, i produttori dedicavano una porta per caricare la batteria interna e un’altra per caricare i prodotti esterni. Per risparmiare spazio e migliorare l’esperienza dell’utente, gli ingegneri ora utilizzano un’unica porta a doppio ruolo per entrambi le funzioni.
I vantaggi di una porta USB-C ibrida
In seguito alle recenti novità sul piano regolatore europeo pensato per ridurre i rifiuti elettronici, i produttori stanno adottando un ampio utilizzo di porte USB-C anche in prodotti che ne erano finora privi.
Una novità è rappresentata, ad esempio, dalle batterie per utensili elettrici che utilizzano porte di alimentazione a doppio ruolo. La nuova porta USB-C permetterà di non solo di caricare la batteria interna dell’utensile, ma anche di mettere la stessa batteria a disposizione di una ricarica fuori casa per smartphone, tablet o altri dispositivi mobili.
Il TCPP03-M20 di ST, per esempio, sintetizza in un nuico prodotto i ruoli di ‘sink’ e ‘source’ di energia. Comprende funzioni di protezione da sovratensione e sovracorrente, un elemento di rilevamento della corrente e un percorso di scarica identico, nonché la capacità di rilevamento dello stato di consumo energetico utile ad ottimizzare le applicazioni più sensibili ad un’alimentazione a doppio ruolo.
Nascita di un trend
Le nuove tendenze del mercato sembrano rispondere alle richieste dei consumatori piuttosto che alla legislazione.
Tra i prodotti ST, sia il TCPP01-M12 (sink) che il TCPP02-M18 (source), offrono soluzioni ideali alle richieste presentate dalle recenti decisioni dell’Unione Europea di armonizzare le porte di ricarica. Poiché tutti i prodotti utilizzano USB-C, è fondamentale proteggersi da custodie perimetrali e sistemi mal progettati.
Tuttavia, l’aumento delle applicazioni di alimentazione a doppio ruolo non origina dalle normative europee. I produttori stanno piuttosto, finalmente, realizzando una promessa di lunga data dell’USB-IF che risale al 2016.
Perché serve più energia alla protezione di una porta USB ibrida?
La realizzazione di applicazioni ibride ha richiesto tempo anche in virtù della complessità progettuale di un sistema capace di supportare sia funzioni sink che source.
In sostanza, una porta USB-C in modalità sink utilizza un resistore pull-down. Al contrario, in modalità sorgente, serve un resistore pull-up. Un connettore a doppio ruolo deve essere in grado di passare da un componente all’altro senza difficoltà.
La creazione ed ottimizzazione di sistemi efficienti è stata una vera sfida. Ad esempio, la progettazione di un PCB con un controller USB-PD esterno di grandi dimensioni che supporta DRP spesso significa che il dispositivo di protezione assorbirà spesso più di 15 µA quando non è collegato alcun cavo.
A tutti gli effetti, servono dispositivi di protezione sia per le applicazioni sorgente che sink.
Utilità di un Companion Chip
Il TCPP03-M20 offre nuove soluzioni alle sfide del consumo di energia in quanto ricopre il ruolo di dispositivo complementare con il controller USB PD che si trova all’interno dei microcontrollori STM32. La natura incorporata della soluzione implica un minor numero di componenti esterni e un maggiore coordinamento con il processore.
Ad esempio, il dispositivo di protezione può utilizzare una modalità di ibernazione per impostazione predefinita quando non è collegato alcun cavo. L’interfaccia I2C è attiva, consentendo al microcontrollore di inviare comandi, ma il dispositivo di protezione non consuma energia. I test di ST dimostrano un consumo energetico di 0 µA, senza tenere conto della corrente dinamica dell’interfaccia I2C.
Il sistema è pronto ad adottare sia la modalità sink che source. Tuttavia, finché l’utente non avvia l’interazione, la modalità a basso consumo garantirà il minor consumo energetico possibile.
Come iniziare?
Il modo migliore per iniziare con un TCPP03-M20 è prendere l’X-NUCLEO-DRP1M1. La scheda funziona con MCU STM32 che includono un controller USB PD per creare rapidamente demo.
ST ha persino certificato la soluzione come DRP da 100 W (USB-IF TID: 6408). Di conseguenza, le aziende che fanno uso degli schemi e codice sorgente ST, rinvenibili su X-CUBE-TCPP, possono certificare i propri prodotti più velocemente.
