Texas Instruments TPS25730 USB Type-C®和USB PD控制器技术解析

Texas Instruments TPS25730 USB Type-C®和USB PD控制器是高度集成的独立控制器，专为支持USB-C PD电源的汇流排应用而优化。TPS25730结合了全面管理的电源路径和强大的保护功能，是一款完整的USB-C PD解决方案。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPS25730 USB Type-C®和USB PD控制器数据手册.pdf

TI TPS25730还可以通过内部栅极驱动器控制外部电源路径。TPS25730非常适合之前由桶形插孔供电的纯接收应用。使用电阻器引脚搭接配置，用户可在其平台上使用TPS25730实现功能齐全的USB Type-C PD端口。无需外部EEPROM、外部微控制器或任何固件开发。

TPS25730旨在使设置纯接收USB Type-C应用变得简单而可靠。用户既可使用桶形插孔端口的所有优势，还可以利用 USB Type-C和USB Type-C PD为其系统带来的优势。

特性

• PD3.1兼容纯接收应用
  • PD3.1是USB-IF的最新电力输送规格
  • PD2和PD3
• 完全可配置的单端口PD控制
  • 6 GPIO设置函数
  • 电缆连接和方向检测
  • 集成无电电池Rd
  • 物理层和策略引擎
  • 用于电量耗尽的集成VBUS 3.3V LDO
  • 来自3.3V或VBUS源的电源
  • 用于外部微控制器的I^2^C接入

TPS25730D框图

TPS25730S框图

典型应用

德州仪器TPS25730 USB Type-C®和PD控制器技术解析

核心特性

1. USB PD兼容性

• ‌协议支持‌：完全兼容PD3.1规范(最新版)，同时向下兼容PD2和PD3协议
• ‌单端口控制‌：优化用于仅接收功率的USB Type-C应用
• ‌无缝替代‌：完整替代传统桶形插孔的电源解决方案

2. 集成电源路径

• ‌保护功能‌：集成过压保护和反向电流保护
• ‌双版本设计‌：
  • ‌TPS25730D‌：内置高压负载开关(PPHV)
  • ‌TPS25730S‌：支持外部电源路径控制(PP_EXT)

3. 灵活配置

• ‌引脚配置‌：通过电阻分压网络实现无固件开发配置
• ‌工作模式‌：支持3.3V或VBUS供电
• ‌通信接口‌：集成I2C接口用于外部MCU通信

技术架构

1. 电源管理模块

• ‌双供电模式‌：
  • 主电源：3.0-3.6V VIN_3V3输入
  • 备用电源：VBUS供电(4-22V)
• ‌集成LDO‌：
  • 3.3V LDO(最大18mA输出)
  • 1.5V核心电压LDO

2. USB PD物理层

• ‌BMC编码‌：符合USB-PD规范的Bi-Phase Mark编码
• ‌传输特性‌：
  • 驱动电压：1.05-1.2V(VTXHI)
  • 输出阻抗：33-75Ω(ZDRIVER)
  • 上升/下降时间：≤120ns(负载520pF时)

3. 保护机制

• ‌CC引脚保护‌：5.5V过压保护阈值
• ‌热保护‌：
  • 关断阈值：160℃(典型值)
  • 迟滞：20℃
• ‌快速关断‌：
  • 过压响应时间：≤4μs
  • 反向电流保护响应：≤2μs

典型应用设计

1. 电源路径配置

‌TPS25730D内部路径‌：

• 集成PPHV开关(RDS(on)：16mΩ@25℃)
• 支持7A持续电流/10A脉冲电流

‌TPS25730S外部路径‌：

• 栅极驱动能力：
  • 源电流：8.5-11.5μA
  • 栅极开启电压：6-12V
• 支持外部N沟道MOSFET控制

2. 关键元件选型

1. ‌VBUS电容‌：
   • 推荐值：47-100μF(满足PD规范cSnkBulkPd要求)
   • 耐压：≥25V
2. ‌CC引脚电容‌：
   • 推荐值：330pF
   • 布局要求：直接靠近CC引脚，避免过孔

3. 布局指南

• ‌热设计‌：
  • TPS25730D：θJA=57.4°C/W
  • 建议使用4×4mm接地焊盘散热
• ‌关键走线‌：
  • VBUS走线宽度：≥8mil
  • CC走线：最短路径，避免过孔
• ‌ESD防护‌：
  • 建议添加TVS二极管(击穿电压5.5-28V)

性能参数

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
工作电压	VIN_3V3	3.0	3.3	3.6	V
VBUS范围	接收模式	4	-	22	V
静态电流	睡眠模式	-	56	-	μA
传播延迟	CC信号	-	90	130	ns
Rd下拉电阻	死电池模式	4.1	6.1	-	kΩ

应用场景

1. ‌电动工具‌：替代传统桶形插孔充电接口
2. ‌无线音箱/耳机‌：支持快速充电协议
3. ‌工业设备‌：零售自动化和支付终端
4. ‌电源适配器‌：作为智能负载管理前端

设计资源

TI提供完整支持套件：

• 参考设计原理图(TIDA-020031)
• PCB布局示例(4层板最佳实践)
• PSpice模型和IBIS模型
• USB-PD协议栈配置工具

总结

TPS25730通过高度集成的设计简化了USB Type-C PD接口的实现，其特点包括：

• 无需外部MCU或EEPROM的完整解决方案
• 汽车级可靠性(-40℃至125℃)
• 灵活的电源路径配置选项(D/S版本)
• 符合最新PD3.1规范要求

随着USB PD成为主流电源标准，该器件特别适合需要快速从传统电源接口迁移到Type-C的设计场景。设计人员应特别注意VBUS电容选型和CC走线布局，以确保信号完整性和协议兼容性。