代码收藏家技术教程 2023-07-25

Type-C 端口短路保护参考设计详解

Type-C 端口短路保护参考设计

tips：TI设计方案参考分析：TI Designs：TIDA-050016

1.系统描述
2.系统概述
3.软件、硬件、测试要求和测试结果

这款 USB Type-C 电力输送 (PD) 设计方案是集成在USB Type-C 直通板中的TPD6S300A 集成芯片模块。

USB Type-C 电力传输功率高达 100W，VBUS 最高电压可达 20V，因此电路保护的需求越来越大。此方案设计模拟了两个带有短路保护电路的 Type-C 端口相连接的应用，并提供了一种简单的方法来手动将 VBUS 短接到CC 和 SBU 引脚。为了演示此功能，两个器件的连接器侧将与按钮开关结合使用。

该方案设计特性：

通过按钮将 CC 和 SBU 引脚短接到 VBUS；
提供了 CC、SBU、VBUS 和 VIN3V3 引脚的测试点；
CC 和 SBU 引脚具有过压和 ESD 保护；
低功耗；
采用宽输入电源，适用于不符合 Type-C 标准的产品；

应用
• 笔记本电脑
• 平板电脑
• 集线站
• 智能手机
• 监视器和电视

1.系统描述

该设计强调了VBUS过压保护的实现和重要性。此设计提供了一种方便的方法来观察短路到VBUS的过压保护，使用按钮手动创建VBUS到CC或SBU短路，并使用测试点来观察结果。

在短路到VBUS的事件中，电压钳位和30 V耐受性OVP FETs的良好设计组合确保TPD6S300A可以处理热插拔电压高达24 VDC的短路到VBUS热插拔事件。

此外，这种直通设计上方便的Type-C插座使用户可以轻松评估其现有USBType-C系统对TPD6S300A过压保护和ESD保护的操作。

2.系统概述

（1）TIDA-050016框图

（2）设计注意事项

自USB Type-C规范发布以来，已发布了许多不符合USB Type-C规范的USB Type-Chave产品和配件。

USB Type-C的一个问题是CC，SBU和VBUS引脚非常接近，因为Type-C connector的引脚间距很小。
机械扭曲，连接器的滑动，碎屑和湿气积聚会导致连接器中的引脚短路，从而导致20-V,VBUS短路到CC和SBU引脚。

这些非理想的设备和机械事件使得CC和SBU引脚必须与20V兼容，即使它们仅在5V或者，更低的电压下工作。

TPD6S300A通过在CC和SBU引脚上提供过压保护，使CC和SBU引脚能够耐受20V，而不会干扰正常操作。

该设备将高压FETs串联放置在SBU和CC线上。当在这些线路上检测到高于OVP阈值的电压时，高压开关被打开，从而将系统的其余部分与连接器上存在的高压状态隔离开来。

大多数系统对其外部引脚需要IEC 61000-4-2系统级ESD保护。Tpd6s300a为CC1、CC2、SBU1、SBU2、DP、DM引脚集成了IEC 61000-4-2 ESD保护，无需在连接器外部放置高压TVS二极管。

（3）主要器件

1.TPD6S300A
USB Type-C™ 端口保护器：VBUS 短路过压和 6 通道 ESD 保护，带改进的过压保护器件。

TPD6S300 是一种单芯片 USB Type-C 端口保护解决方案，可提供 20V VBUS 短路过压和 IEC ESD 保护。TPD6S300通过在 CC 和 SBU 引脚上提供过压保护，可以使 CC 和 SBU 引脚实现 20V 容差，同时不会干扰正常工作。该器件将高压 FET 串联放置在 SBU 和 CC 线路上。当在这些线路上检测到高于 OVP 阈值的电压时，高压开关被打开，并且将系统的其余部分与连接器上存在的高压状态隔离。大多数系统都需要为其外部引脚应用 IEC 61000-4-2 系统级 ESD 保护。TPD6S300为 CC1、 CC2、SBU1、SBU2、DP、DM 引脚集成 IEC 61000- 4-2 ESD 保护，并且无需在连接器上通过外部放置高压 TVS 二极管。

TPD6S300A能够在其C_CC1、C_CC2、C_SBU1和c_sbu2引脚上处理24-vdc。这是必要的，因为根据USB PD规范，在为20-voperation设置VBUS的情况下，允许VBUS电压合法地从不同的USB PD VBUS电压转换到21 V和21.5 V。

TPD6S300A建立了高达24vbus的容差，以提供高于此21.5V规格的边缘，从而能够支持可能会破坏USB pd规格的USB PD适配器。

在此方案设计中，使用了两个TPD6S300A芯片，其连接器侧被绑在一起，以展示短到VBUS的过压保护。穿通板的设计旨在使用户可以轻松地评估自己系统中的TPD6S300A过压保护，并确保他们的接收器和源都受到保护，免受按钮引起的VBUS短路的影响。

2.TPS709

两个TPD6S300A的电源来自输入LDO tps709的Type-C插座。在该应用中，由于功耗非常低，因此也可以从PD控制器中的其他集成LDO供电。CC1和CC2引脚上的电阻为5.1k，仅从兼容的电源要求5 V。TPS709是宽输入电压LDO，可以保护LDO免受不兼容的type-C源的影响。

（4）系统构成
TPD6S300A的系统侧分别连接到Type-C插头和插座，而连接器侧连接在一起。这种连接可以模拟实际应用，每个Type-C端口都有一个短保护设备。

例如，C型插头连接到计算机，插座通过C型电缆连接到手机。

系统原理图：

3.软件、硬件、测试要求和测试结果

（1）所需的硬件和软件
要全面测试TIDA-050016板，需要以下各项:
1。安装了TPS65988应用程序定制工具的视窗电脑
2。TIDA-050016 TI-设计板
3。能够采购20 v4的C型输入。
4。Type-C输入能够提供至少3.3 V
5。PD控制器充当sink
a。TPS65988DH用于测试
b。20v插孔连接器，为TPS65988DH供电。

1.硬件
为了观察TPD6S300A的钳位效果，需要能够输入20 v的Type-C连接器输入源。需要另一种能够提供至少3.3 V的C型电缆才能打开TPD6S300A内部的OVP FETs。20V插孔连接器为tps65988dht作为供电电源。

2.软件
TPS65988应用程序定制工具必须安装在用于与充当接收器的TPS65988DH接口的Windows PC上。定制工具允许TPS65988DH通过定制接收器PDO来配置为接受20V兼容电压。

（2）测试和测试结果
通过使用按钮手动将CC，SBU短路到VBUS，可以观察到TPD6S300A的保护过电压钳位效应。如数据表中所述，TPD6S300A将SBU和CC线上的电压钳位到大约8 V，并且在故障持续约70 ns内，将关闭其OVP FETs以保护TPS65988DH接收器。

1.测试设置