Thu. Aug 11th, 2022

Este artículo analiza STUSB4500, que es un controlador de suministro de energía USB independiente de STMicroelectronics.

El STUSB4500 es un controlador de Power Delivery (PD) para dispositivos de fregadero, como impresoras, cámaras, puntos de venta y dispositivos de atención médica. Admite perfiles de PD configurables para hasta tres dispositivos sumideros diferentes. Estos perfiles, denominados Objetos de datos de potencia (PDO) en la hoja de datos, se almacenan en una memoria no volátil en el chip. Esto permite que el dispositivo funcione como una solución independiente donde los contratos de PD se pueden negociar sin necesariamente requerir que se incluya una MCU en el diseño.

El STUSB4500 incluye características que pretenden simplificar el diseño general del circuito, como los controladores en chip para los transistores PMOS que conmutan la línea de alimentación VBUS. Puede monitorear el pin VBUS y descargarlo a través de rutas internas o externas cuando sea necesario. Además, el dispositivo soporta altos voltajes de hasta 28 V en los pines VBUS y tiene una protección de corto a VBUS en los pines CC.

En el resto del artículo, revisaremos brevemente algunas de estas características. Si está interesado, puede obtener más información sobre la fijación del estándar USB Type-C.

¿Por qué USB Type-C?

El estándar USB Type-C permite a los dispositivos elegir el nivel de flujo de energía a través de la interfaz a través de un protocolo llamado USB Power Delivery.

En la figura a continuación, puede ver un ejemplo de suministro de energía USB en donde el sumidero solicita voltaje de bus de 9V (izquierda) y voltaje de bus de 5V (derecha) de la fuente. La tensión VBUS se ajusta según sea necesario.

Figura 1. Imagen cortesía de Richtek.

El STUSB4500 está diseñado para detectar la conexión entre dos puertos USB tipo C como una solución independiente. Determina la orientación del cable para redireccionar los datos USB a través del cable en consecuencia.

Cuando se conecta a un dispositivo receptor que admite la capacidad de PD, el STUSB4500 gestiona las negociaciones del contrato USB PD y configura la ruta de alimentación de VBUS entrante en función de las solicitudes del receptor. Como se mencionó anteriormente, el dispositivo incorpora varias características para facilitar el diseño.

Diagrama de bloques funcional

El diagrama de bloques funcional del STUSB4500 se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Imagen cortesía de STMicroelectronics.

Los pines CC1 y CC2

Los pines CC1 y CC2 se utilizan para determinar la conexión del cable y la orientación del enchufe. Además, las negociaciones de PD se realizan sobre estos pines. Como se muestra en el esquema de ejemplo de la Figura 3, estos dos pines están conectados a los pines CC1 y CC2 del estándar USB Tipo-C.

Figura 3. Imagen cortesía de STMicroelectronics. Click para agrandar.

Los pines CC1DB y CC2DB

Estos dos pines se utilizan para habilitar el modo de operación de "batería descargada". Cuando se admite el modo de batería descargada, los pines CC1DB y CC2DB deben conectarse a los pines CC1 y CC2, respectivamente (consulte la Figura 3). Esto crea una ruta desplegable en los pines CC1 / CC2 y establece una conexión de fuente a sumidero, incluso cuando el disipador tiene una batería descargada.

El pin de la pantalla

Hay circunstancias que necesitamos para descargar rápidamente la línea VBUS, por ejemplo. cuando el cable está desconectado o el disipador solicita un voltaje más bajo en el VBUS. El pin DISCH se puede configurar para implementar una ruta de descarga para la línea VBUS en el lado de los dispositivos del fregadero (consulte la Figura 3).

El pin DISCH se puede configurar como una entrada o una salida. Cuando se utiliza como un pin de entrada, el STUSB4500 crea una ruta de descarga interna. La corriente de descarga máxima a través del chip es de aproximadamente 500 mA, por lo tanto, se debe incluir una resistencia de serie limitadora de corriente (R2 en la Figura 3). Cuando se requiere una mayor corriente de descarga, podemos configurar el pin DISCH como una salida para controlar una ruta de descarga externa.

El pin de acoplamiento

Este pin se afirma para indicar una conexión válida de origen a sumidero.

Los POWER_OK2 / POWER_OK3 Pins

Estos dos pines funcionan con VBUS_EN_SNK para entregar energía después de las negociaciones de USB PD. POWER_OK2 es una salida de drenaje de alto voltaje a través de un transistor PMOS externo. POWER_OK3 es una salida de drenaje abierto de bajo voltaje.

Si el perfil de PD del número de sumidero (2 o 3) coincide con el de la fuente, POWER_OKx activa la ruta de alimentación de este dispositivo de sumidero. La figura 3 muestra cómo se pueden usar estos dos pines. En esta figura, los dos dispositivos sumideros PDO2 y PDO3 se pueden activar mediante los pines POWER_OK2 y POWER_OK3, respectivamente.

POWER_OK2 es una salida de drenaje abierto de alto voltaje y es capaz de conducir directamente un transistor PMOS para habilitar la ruta de alimentación de PDO2. Sin embargo, POWER_OK3 es una salida de drenaje abierto de bajo voltaje. Creo que es por eso que la ruta de alimentación de PDO2 está controlada por un PMOS conectado directamente al pin POWER_OK2, mientras que los circuitos relacionados con la ruta de alimentación de PDO3 son un poco más complicados. Si tiene alguna idea sobre los circuitos conectados al pin POWER_OK3, compártalos con nosotros en los comentarios a continuación.

El Pin GPIO

Este es un pin de propósito general. Podría configurarse para indicar una detección de falla de hardware o para especificar cuánta corriente se anuncia por la fuente USB Tipo-C. Hay otras opciones de configuración para este pin. Por favor, consulte la hoja de datos para más información.

El Pin VBUS_EN_SNK

Este pin habilita la línea de alimentación VBUS cuando se conecta una fuente. La figura 3 muestra cómo se puede utilizar este pin. Tenga en cuenta que, para habilitar la ruta de alimentación de cualquiera de los dispositivos sumideros VSNK, PDO2 o PDO3 de la Figura 3, debemos activar el pin VBUS_EN_SNK.

El Pin A_B_SIDE

Este pin de salida indica la orientación del cable.

El Pin VBUS_VS_DISCH

Este es un pin de entrada que se puede usar para monitorear el voltaje VBUS y descargarlo cuando sea necesario. A diferencia del pasador DISCH, el pasador VBUS_VS_DISCH está conectado al lado del receptáculo del diseño (consulte la Figura 3). La corriente de descarga máxima de este pin es de 50 mA y la hoja de datos recomienda una resistencia en serie limitadora de corriente.

Los pines VREG_1V2 y VREG_2V7

Estos pines se incluyen para conectar un condensador de desacoplamiento externo a los reguladores internos de 1.2 V y 2.7 V del chip.

Los pines de interfaz I²C

El STUSB4500 soporta una I2Conectividad C a través de los pines SCL, SDA, ALERT, ADDR0 y ADDR1.

En este artículo, intentamos proporcionarle una comprensión básica de la funcionalidad STUSB4500. Examinamos el pinout del dispositivo refiriéndose al esquema de ejemplo que figura en la hoja de datos del dispositivo. Ahora, debería poder comprender más fácilmente los detalles proporcionados por la hoja de datos. Recuerde que también necesita comprender completamente el algoritmo de decisión que utiliza el STUSB4500 para determinar qué dispositivo de sumidero debe ser alimentado. Puede encontrar los detalles en la página 11 de la hoja de datos.

Si tiene experiencia con este controlador de PD u otras piezas similares, háganoslo saber en los comentarios a continuación.

By Maria Montero

Me apasiona la fotografía y la tecnología que nos permite hacer todo lo que siempre soñamos. Soñadora y luchadora. Actualmente residiendo en Madrid.