STM32拍了拍你，递来一份高性价比USB PD 3.0 PPS适配器参考设计

6 g  Z- Z* H+ }+ {) i凭借极大的扩展能力，普遍通用性，正反可插，更小尺寸的设计，快充直充功能，USB Type-C™PD 3.0定义了一个真正的集音视频流、数据传输和供电为一体的线缆解决方案，已经成为每一款个人计算与连接设备的行业标准。


0 i, {% Z  r* e% y8 P  b5 u$ @USB PD 3.0为可编程电源(PPS)模式提供了一种新型增强供电数据对象（APDO）。移动设备可以高精度地在规定范围内请求和控制电源适配器的输出电压，并实现可编程电流折返。它提供了一种新的支持直充和其他充电算法的机制。PPS提供20mV /step电压分辨率，最小电压可降至3.3V。由于采用PPS设计的便携式电源适配器可以绕过设备端的电源管理芯片，直接为移动设备内的电池充电，包括智能手机，因此有助于解决移动设备端电源管理的散热和成本方面的问题。




8 X6 i- V# `* CST基于STM32G0 MCU的解决方案结合了中间件、配置和调试工具以及硬件开发平台，是专门为解决USB Type-C™挑战而设计的，为实现USB Type-C™和Power Delivery（PD）提供了极大的灵活性。
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4 r) u0 ~- N' [- ~& M- l7 wSTEVAL-USBPD27S27W AC-DC适配器参考设计是ST推出的一款高集成度高性价比的USB PD适配器解决方案，可作为USB Type-C™供电，支持可编程电源（PPS），并具有自适应同步整流功能。只需最少的材料清单，就可让用户轻松设计出紧凑、高性价比的适配器。

▲STEVAL-USBPD27S 27W AC-DC适配器参考设计

# t" L# J+ J0 n% Y) g$ m( b该参考设计支持广泛的输入电压，并提供两个经过良好调节的固定PDO（5V @ 5A，9V @ 3A）和两个APDO（5VProg @ 5A和9VProg @ 3A），它们已微调至标称电压范围（可编程电源或PPS），从而按照USB PD规范的要求管理VCONN。
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该适配器满足最严格的节能建议（EU CoC – Tier 2ver.5和DOE Level VI），确保空载功耗小于40mW。所有PDO均符合CoC ver.5- Tier 2和DOE VI级别的要求（除9VProg @ 3A APDO之外)，从而确保在工作模式下保证符合四点平均效率的最低要求。
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▲STEVAL-USBPD27SKit

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. K4 y% L1 m; o# K该系统在115 VAC和230 VAC输入电压下的半载和满载情况下，可以通过EN55022（B类）平均检测模式下的传导噪声测试。


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硬件架构

该参考设计的硬件架构主要包括三个主要部分：
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基于STD7N65M6 MDmesh™ M6主MOSFET实现QR反激式拓扑的电源部分；
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" t) X! R/ x: ^" L& S嵌入STCH03初级PWM控制器的功率控制部分；

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( l( c% g. e7 Y& P/ z3 z) j, P, a6 K基于Arm Cortex-M0 + 内核MCU STM32G071KB的数字控制部分。


该MCU用于管理USB PD堆栈，控制USB Type-C连接器，启用VBUS和VCONN电源路径并运行自适应同步整流算法。

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▲系统框图

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STM32CubeG0包的USB-PD 3.0中间件堆栈在STM32G071KBU6N上运行。
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在初级侧，STCH03控制器在同一封装中集成了高性能低压PWM控制器芯片和650 V HV启动单元，使引脚数更少。它可以工作在不同的模式下，即QR激活模式，谷值跳跃模式和突发模式，确保在不同的输入电压和输出负载条件下具有较高的效率。

, o& s" f0 R9 O3 F% E在次级侧，由于嵌入式UCPD接口管理USB Type-C连接器和PD 3.0通信协议，同时通过其通用外设和功能集控制自适应同步整流，因此STM32G0提供了更高的集成价值。
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& H+ Q  y3 a$ z2 W- u) O随附的TCPP01-M2将USB-C连接器安全连接到MCU，提供最高的耐用性并防止任何破坏性的静电放电（ESD）。它提供对配置通道（CC）引脚的防护，并符合IEC61000-4-2级别4要求的的22V耐受及ESD保护能力。ESDA15P60确保VBUS上的ESD保护高于30 kV。


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软件包

STSW-USBPD27SFW软件包包含应用程序源代码，用于验证STEVAL-USBPD27S 27W AC-DC USB-C和具有PPS功能的电源适配器的功能。

, `, }3 \$ O: b  m8 D. H, H; w该应用程序固件在集成到STEVAL-USBPD27S上的主流ARM® Cortex®-M0+ 32位STM32G071微控制器上运行，并嵌入来自STM32CubeG0固件包的USB-PD 3.0中间件堆栈，从而使该解决方案与USB兼容Type-C v.1.3和PDv.3.0规范。
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▲软件包

, R5 P8 i2 k5 e6 x! ESTSW-USBPD27SFW嵌入了三个专有软件IP（作为已编译的库），这些IP使STM32G071微控制器能够管理同步整流（SR）机制，并以输出电压/电流运行以应对可编程电源功能。因此，微控制器充当了同步整流管理器和USB PD控制器，最大限度地提高了电源转换效率，降低了系统级功耗和BOM组件。这些要求以及微控制器的低功耗模式使解决方案符合能源效率法规（CoC Tier 2和DoE Level VI）的低待机功耗要求。

7 B9 G& E- O- F3 c应用固件使适配器能够提供两个固定的PDO（5V-5A，9V-3A），用于支持恒定电压（CV）充电模式，和两个APDO（5 VProg-5A，9 V Prog-3A）并支持以20 mV为步长调整输出电压，以实现在恒流（CC）模式下以50 mA的步长调整输出电流。
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STEVAL-USBPD27S的设置和编程

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设置

* Y- E* L+ f$ ?! z打开STEVAL-USBPD27S的包装：该板已经编好程。

+ \  U& ?+ C' T+ ~: m
通过CN1孔将开发板连接至交流电源。该板可在通用输入电源电压范围内工作：90 V至264 V，线频：45 Hz至65 Hz。
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给电路板供电，将电源连接到Type-C插座。
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▲设置

编程

: Q2 {1 ?  }* a5 G! J% x
& k4 a! d% A' p; h2 L, L4 y
通过随附的电缆将STLINK-V3 MINI连接到STEVAL-USBPD27S CN4。
# Q, a' S7 B7 `) ]2 x
' c2 n$ g& H! t7 p2 q' J- P: l" _
1 F" l7 @0 R3 }! E给电路板供电。


. Q1 e; p4 {( l- H# ~使用推荐的IDE进行编程/调试。
  Q! l! T5 y) C% g  \
% H# L$ {& T2 W  k# T# F

: i! m, N0 d9 P6 I& M$ N

▲编程

# X4 q8 }3 Z. W* x& \

调试STM32CubeIDE

, X. K+ Y6 B2 Y. U( HSTM32CubeIDE是意法半导体先进的C/C++ 开发平台，具有丰富特性。打开项目，浏览STM32CubeIDE 文件夹，打开.project文件，路径是：
7 z. S, o! f" _0 w# U8 g$/Firmware/Projects/STEVALUSBPD27S/Applications/USB_PD/STEVALUSBPD27S/STM32CubeIDE。用户可通过IDE特性调试/修改代码。
+ x0 T0 v$ w* {8 H8 b9 t! ?
' z$ G$ y' m4 c- E9 \
  [+ N% g. B+ R' F1 M# R

▲调试

- E+ Y$ ~* G/ o: k. w: l

监测和数据记录

7 v5 W1 M/ C' @

集成的USBPD Trace

, f! F5 t" l; f5 R- G* \/ ]


: k5 H+ q5 {$ C‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍
# q! B. S# W  n& @2 _使用STM32CubeMonitor-UCPD软件检索有关应用程序行为的有用信息。


通过STLINK-V3 MINI串行通信通道，并通过嵌入在STSW-USBPD27S中的USB PD-Trace实用程序，将数据传输到STM32CubeMonitor-UCPD GUI。
; D" [2 c7 j/ K+ C: C6 T

▲集成的USBPD Trace

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步骤

, y* d' h' J* ]将STLINK-V3 MINI连接到STEVAL-USBPD27S CN4连接器

% Q7 C5 }  u7 ^/ r: n) b3 W* A- w
6 V- G2 o5 ?2 @8 c+ H) K, X在PC上运行STM32CubeMonitor-UCPD软件
. p3 ]& J3 S9 w: V

" I1 @8 ~# Y# p  r单击GUI右下角的跟踪
( {0 ]' I7 @! J  a& |8 o! Y
' K2 u( Q. Z) K7 E6 m* m' {2 ?
6 \( i# ?1 D7 w9 S4 [$ j选择STEVAL-USBPD27S提供的COM端口


1 u! m0 a/ R1 l1 _连接电源设备

3 j. F/ S9 f" ^0 o7 g: q; L
4 P! t3 D6 |2 k  i获得所有跟踪信息。
- Z& C% B  K" |

) G3 h5 f* T7 p

" I# ?, ~- }7 ^- }8 n" f5 i

▲集成的USBPD Trace 步骤

7 X- ]7 o2 G( |© THE END

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