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USB-Schnellladen auch für Embedded-Anwendungen

| Redakteur: Kristin Rinortner

STMicroelectronics hat ein vom USB Implementers Forum zertifiziertes Evaluation Board für PPS USB PSD vorgestellt, das aus den Entwicklungsboards Nucleo-G071RB und X-Nucleo-USBPDM1 besteht. 5-V-Systeme lassen sich so mit wenigen externen Bauteilen auf USB-C aufrüsten.

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USB-C: Mit einem vom USB-IF zertifizierten Entwicklungs-Board macht STMicroelectronics das USB-Schnellladen per USB-C auch für Embedded-Anwendungen zugänglich.
USB-C: Mit einem vom USB-IF zertifizierten Entwicklungs-Board macht STMicroelectronics das USB-Schnellladen per USB-C auch für Embedded-Anwendungen zugänglich.
(Bild: STM)

Die universelle Schnelllade-Infrastruktur USB-C setzt sich immer stärker durch, denn Geräte wie Mobiltelefone werden mit immer größeren Akkus ausgestattet. Die aktuellen Ladegeräte auf Basis von USB PD (Power Delivery) bieten Leistungen bis zu 100 W und können dank des von USB PD gebotenen PPS-Features (Programmable Power Supply) ihren Strom und ihre Spannung dynamisch regeln.

Viele Produkte (z.B. Smart Speaker, Elektrowerkzeuge, Wearables, Roboter, Gaming-Controller, Power Banks und Drohnen), die traditionell über Mikro-USB- oder proprietäre Steckverbinder mit 5 V aufgeladen wurden, können jetzt die neue Infrastruktur nutzen. Dabei profitieren sie von den Vorteilen und der Interoperabilität von USB-C und punkten mit kürzeren Ladezeiten.

Um die Migration zu unterstützen, hat STM ein vom USB Implementers Forum (USB-IF) zertifiziertes Evaluation Board für PPS USB Power Sinking Devices (PSD) mit bis zu 100 W vorgestellt, das die Entwicklung neuer Entwürfe beschleunigt und die Zertifizierung der Endprodukte unterstützt.

Die zertifizierte Lösung mit der USB-IF TID 3036 ist eine Kombination aus den Development Boards Nucleo-G071RB und X-Nucleo-USBPDM1. Das Nucleo-G071RB ist mit einem Mikrocontroller des Typs STM32G0 bestückt, der als erster Mehrzweck-Mikrocontroller über einen chipintegrierten USB Type-C Power Delivery Controller verfügen soll und damit neben einer gesteigerten Systemintegration auch die Möglichkeit für neue Anwendungsfälle bietet. Das Board vom Typ X-Nucleo-USBPDM1 wiederum enthält den Companion Chip TCPP01-M12 für den Port-Schutz.

Den Kunden stehen darüber hinaus die Tools und die Software des STM32-Entwicklungssystems zur Verfügung, mit denen Projekte schnell und einfach fertiggestellt werden können. Anwendungen, die bereits einen Mikrocontroller mit auf 5 V basierender USB-Ladetechnik nutzen, lassen sich mit wenigen externen Bauelementen auf USB-C aufrüsten.

Welche Technik dahinter steckt

Der Mikrocontroller STM32G0 und der Companion Chip TCPP01-M12 ermöglichen eine ebenso effiziente wie wirtschaftliche Zwei-Chip-Lösung für die Steuerung und den Schutz des USB-PD-fähigen USB-C-Ports sowie für das Hosting der Embedded-Anwendung.

Das Hochspannungs-AFE des Typs TCPP01-M12 hat eine integrierte Ladungspumpe zum Ansteuern des Gates eines externen Leistungsschalters. So lassen sich auch N-Kanal-MOSFETs nutzen, die einen niedrigeren RDS(on)-Wert haben als entsprechende P-Kanal-Chips. Der zusätzlich verfügbare Low-Power-Modus senkt die Stromaufnahme auf 0 nA ab, wenn kein Kabel angesteckt ist, sodass sich die Akkulaufzeit entsprechend verlängert.

Bei den eingebauten Schutzfunktionen des TCPP01-M12 handelt es sich um einen von 5 bis 22 V einstellbaren Überspannungsschutz für VBUS, einen Schutz vor Kurzschlüssen zu VBUS für die CC-Pins (Configuration Channel), ein Dead-Battery-Management und ein IEC 61000-4-2 konformen ESD-Schutz bis ±8 kV für die VBUS- und CC-Leitungen. Das QFN-12-Gehäuse des TCPP01-M12 belegt 80% weniger Leiterplattenfläche als eine diskrete Implementierung.

Lösungen für USB-C von STM

Das X-Nucleo-USBPDM1-Board

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