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USB PD使用中的安全规划

USB PD应用中的安全设计-相比过去的USB应用来说,USB Type-C接口和USB PD协议显然要复杂得多,能力也强得多,其实现形式也多种多样,这就带来不同产品之间的兼容性问题。2015年,相关

USB type-c和USB PD的运用能够说才刚刚开端,现在就谈它的安全问题好像有点剩余,因为多数人都还没有遇到,不会把这个问题放在心上,但对真实的业内人士来说,这绝不是一个毫无意义的论题。

比较曩昔的USB运用来说,USB type-c接口和USB PD协议明显要杂乱得多,才能也强得多,其完结方法也多种多样,这就带来不同产品之间的兼容性问题。2015年,相关安排和企业在美国进行了一次所谓的“插拔大会”,会上把各家带来的产品放在一同进行彼此的插拔实验以查验其兼容才能,结果在脱离的时分只要三家公司的6个样品还活着,其他的样品都在插拔进程中死掉了,这就给许多的参加者提了一个醒,在参加这样的运用时应该把安全放在第一位,不然,即便你的产品功用再好,相同会在运用中很快死掉,终究也会退出商场,乃至或许让你赔得败尽家业。

USB PD的运用给运用USB type-c接口的运用带来了一个很大的改动,便是其接口上传递的电源电压能够高达20V,电流可高达5A,最多能够传送100W的功率给受电端运用,大大拓宽了USB接口的运用规划。可是,USB type-c接口上的VBUS和CC端之间的间隔太近了,它们实践上就紧靠在一同,如下图所示:

这是USB Type-C插座的脚位分布图,其间的VBUS便是最高电压达20V(现在现已扩展到21V)的承载端。CC1和CC2都是CC的备选端,其选中与否由插头刺进的方向决议,被选中者作为CC运用,成为设备与电缆及另一设备通讯交流的途径,其信号的最高电压为5V,剩余的另一个端子就成为VCONN端,供电端借此端子向电缆的内部电路供电。

因为CC上的最高电压为5V,许多接口器材就会选用比5V作业电压稍高的规划和制程来制造,一旦VBUS和它短路,高电压就会进入该端子,对内部电路形成不行康复的损害,然后形成设备毛病。下面这幅图算是对这个问题的形象化描绘:

一个规范的USB Type-C接口控制器是十分简略的,它要做的作业基本上便是用上拉电阻标识本端口地点的设备为供电端、用下拉电阻标识本端口地点的设备为受电端、为电缆供给VCONN电源、辨认电流供给/经过才能、确认电缆衔接联络以及在完结接入辨认今后敞开VBUS通道等,因为不触及进步VBUS电压,VBUS上的电压最多便是5V,所以选用低压制程是彻底能够的,其电路联通今后的模型大致暗示如下:

下面是它们的详细完结暗示图:

这是供电端的,

这是受电端的。假如一台设备既能够做供电端,又能够做受电端,则其电路模型便是这样的了:

这种设备能够担任两种人物,有用中详细选用哪一种需求两边进行洽谈或是人工进行挑选,这就要进行通讯,通讯是经由CC通道完结的,其上传递的信息以BMC双相编码的方法进行,两边交流的言语便是USB PD规范所界说的协议了。

凭借USB PD协议,供需两边不只能够商定各自的人物,也能够商定实践需求的电压和电流的巨细,因而为实践的运用供给了巨大的便利,但也带来了风险:假如VBUS电压现已进步了而CC端的耐压电压只比5V高一点点,一旦两者之间产生短路,损害的呈现便是天然的了。

为了防止CC端因为和VBUS短路而形成损害,立锜科技的一切USB Type-C接口控制器和其它集成了该部件的器材都选用了高压工艺来进步CC端的耐压,它们悉数能够承受20V以上的电压冲击。下面的波形图展现了CC在作业进程中和20V VBUS产生短路的景象,因为CC端具有20V以上的耐受才能,短路情况消除今后,信号又回到了正常情况:

CC端为什么会和VBUS短路呢?除了上面说到的两者相临以外,这些要素也是需求考虑到的:运用者或许随意地插拔、扭动接插件,有的人乃至或许是用很粗鲁的方法来对待它们,这都很简略直接形成短路事端或是破损,这种景象在接插件和电缆老化今后就更简略产生,因而是有必要提前进行防备的。下图所示材料就说明晰立锜产品的防护才能:

在一个实践的体系中,一般不会仅仅存在咱们现已谈及的电路部分,MCU的存在几乎是必定的作业,实践上USB PD的运用战略一般都是由它来拟定的。假如MCU在宣布指令使USB Type-C接口输出20V的电压今后的某个时间就死掉了,作业将会怎么开展?这种景象你在运用电脑的时分必定遇到过,这不便是“宕机”吗?

一种很合理的估测是你的受电端或许在这个时分产生改动,例如它只需求一个5V的电压了,这既或许产生在一台设备的内部,也或许产生在设备替换的时分,而处理电源输入的电路或许就只能承受5V电压,20V的电压必定会让它死掉,所以这个“宕机”的情况很或许是一个灾祸的开端。

关于这种问题,立锜的USB Type-C/PD控制器是这样防备的:它守时向MCU发送中止信号,MCU在正常情况下就会去呼应此中止,例如它会询问这控制器“你有什么事啊?”,这一问好了,USB Type-C/PD控制器知道MCU还活着,它就回答说“啊啊,没事啊,我便是给你打个招呼问个好”之类的,然后持续作业下去。假如MCU长时间不理睬它,比如像下图所示的200ms了还不呼应,控制器就自动断掉输出,把自身的情况改动成受电端的情况,一同把输出端的储能自动释放掉使电压降下来,使得任何设备接上去都是安全的,这样就防止了体系“宕机”或许带来的灾祸性影响。

USB PD的运用将USB总线的供电才能进步到了100W,假如在这种情况下呈现VBUS和GND的短路,或许带来的风险也是很大的,立锜的运用计划又是怎么破解此问题的呢?下面的运用电路能够看到咱们的做法:

这个电路的中心是RT1711P,是一款经过USB-IF认证的单端口控制器,其主要特性如下图所示:

我信任很少有人会在这儿去看一款产品的详细信息,所以不想花时间去把里边的英文变成中文,有需求的请再给我信息,我用别的的方法来满意你。

在上面的原理图中,RT1711P的EN端的情况是与VBUS的情况有关的,当VBUS与GND短路时,EN端将变成低电平,这将使RT1711P复位成为SINK情况,也便是受电端的情况,一同VBUS途径开关会封闭,保证短路情况不会再形成任何损害。下图是对此电路的更明晰描绘:

实践上,在VBUS和GND产生短路的那一刻,为之供电的DC/DC会遇到负载忽然加大的问题,其OCP功用会开端运作,因为电压下降而带来的UVP功用也会发动,而电流的增加也会让RT1711P自身的OCP功用被触发,但此短路现象又会形成RT1711P自身的复位进程,究竟哪一个先起作用,就看实践的进程是怎样的了。了解了这一切今后,关于VBUS和GND的短路现象应该就能够定心了,不会有什么东西会形成损坏。

相对而言,RT1711P是一个中等规划的USB Type-C/PD控制器,能够用在单USB接口的运用中,此端口既能够作为DFP(下行端口),也可作为UFP(上行端口),也能够是两层人物的端口(DRP)。假如你要规划的体系很简略,你也能够挑选RT1711H,这是一款轻量级的USB Type-C/PD控制器,下面这幅图是对它的简介:

假如要规划双端口的设备,RT1712会是更好的挑选,它能够一同完结两个端口的办理,下图是对它的简介:

用它构成的体系大约长成这个姿态:

在某些运用中,要运用独立的USB Type-C/PD控制器会形成体系太杂乱,长时间而言就不会有什么竞赛优势,这时分就要将其功用和其他功用集成在一同而构成单芯片的完好体系,下图所示的电路便是这样的示例:

这是AC/DC转换器二次侧的控制器,其间现已集成了USB Type-C/PD控制器,MCU也被集成在其间,能够依据需求恣意规划它能够支撑的运用协议,现已在某些要求严厉的厂商中得到运用,下图是由它和RT7786一同构成的完好AC/DC转换器的电路图:

电源网上现已有由此计划构成的产品的拆解材料,有爱好的能够去看看,其间的另一颗器材RT7786也算是一款爆品,下表列出来的是它的一些规范版别,可供读者运用时参阅。

从中能够看到,RT7786能够支撑的维护功用也是十分多的,用户能够依据自己的需求进行选型装备,之所以能够如此,彻底得益于它是一款数字化的控制器的原因,能够灵敏改动其装备。

假如你对支撑USB PD运用的AC/DC转换器要求不太高,或许你也能够挑选这样的简略规划:

这现已被简化了许多,那么这样的运用还可不能够简化呢?答案是能够的,立锜还有许多产品能够满意你的需求,可考虑到篇幅现已够大了,我就在这儿打住吧,有需求的读者请与咱们的各个业务部门联络,以便找到最契合自己需求的产品。

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