基于X-NUCLEO-SRC1M1 USB Type-C™ PD扩展板的技术解析与应用指南

STMicroelectronics X-NUCLEO-SRC1M1 USB Type-C™ PD扩展板用于评估TCPP02-M18（用于USB Type-C™）和VBUS和CC线路保护的特性。该扩展板设计用于堆叠到在微控制器中嵌入供电 (UCPD) 外设的任何STM32 Nucleo-64顶部。

数据手册：*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-SRC1M1 USB Type-C™ PD扩展板数据手册.pdf

用户还可将其堆叠到不支持UCPD外设的任何其他STM32 Nucleo-64开发板的顶部，用于仅5V电源，以演示USB Type-C™基本操作（拆装以及5V电源载流量信息）。当使用STM32 Nucleo-64开发板（带供电外设）时，还支持作为主机设备或双角色数据 (DRD) 的数据功能。

The STMicroelectronics. X-NUCLEO-SRC1M1可在外部兼容源连接到电路板时实际演示USB Type-C™连接器的源操作。集成的ST715PU33R LDO线性稳压器可为连接的STM32 Nucleo开发板供电。X-NUCLEO-SRC1M1符合当前USB Type-C™和供电规范。

特性

• 支持高达100W的所有USB Type-C™供电SPR配置文件
• 管理源角色数据/电源配置
• 兼容符合STM32 USB数据功能的USB 2.0双角色数据
• 8/20μs浪涌和过流保护和VBUS放电
• CC1和CC2配置通道引脚的VBUS短路保护
• 针对CC1、CC2、D+和D-的ESD保护（IEC61000-4-2 4级±8kV接触放电）
• 针对VCONN的过压、过流保护和放电
• D+/D-数据线路上共模滤波器
• 两种功率模式，优化电流消耗
• 兼容可编程电源 (PPS)
• 免费、全面的开发固件库
• 兼容采用STM32的STM32 Nucleo-64板（带UCPD功能，用于供电，或不带UCPD功能，仅限5V解决方案）

示意图

基于X-NUCLEO-SRC1M1 USB Type-C™ PD扩展板的技术解析与应用指南‌

‌一、产品概述与技术定位‌

X-NUCLEO-SRC1M1是意法半导体推出的USB Type-C™电力输送（PD）源扩展板，核心基于TCPP02-M18保护芯片设计。该板卡可堆叠在任意STM32 Nucleo-64开发板上，为USB Type-C™源应用提供完整的VBUS和CC线路保护解决方案。其设计兼容最新USB Type-C™及PD协议规范，支持最高100W的SPR功率配置，同时集成可编程电源（PPS）功能，形成从5V基础供电到20V全功能PD的完整开发生态。

‌二、核心硬件架构解析‌

1. ‌三重保护机制‌
   • ‌VBUS线路‌：具备8/20μs浪涌保护、过流保护和放电功能
   • ‌CC线路‌：提供VBUS短路保护、过流保护和ESD保护（IEC61000-4-2 level 4 ±8kV接触放电）
   • ‌数据线路‌：集成共模滤波器与ESD保护
2. ‌双模式供电设计‌
   • 可通过STM32 Nucleo板载ST-LINK供电
   • 支持通过CN3螺丝接口连接外部电源，配合ST715PU33R LDO线性稳压器为全系统供电
3. ‌TCPP02-M18核心控制器特性‌
   • 集成VCONN开关矩阵
   • 支持VBUS和VCONN放电功能
   • 提供故障模式报告与两种优化功耗模式

‌三、关键电路设计与保护策略‌

1. ‌Type-C接口保护电路‌
   • 采用ESDA25P35-1U1M TVS二极管保护VBUS电源线
   • 配置330pF C1/C2电容和2.2μF C13电容，确保系统鲁棒性
   • 满足USB PD协议对系统稳定性的严格要求
2. ‌供电路径管理‌
   • 使用双STL40DN3LLH5 N-MOSFET构建provider路径
   • 通过TCPP02-M18栅极驱动器控制，优化涌入电流管理
3. ‌电流检测与保护‌
   • 默认采用7mΩ R5分流电阻
   • 过流保护阈值设置（0.9A-6.0A可调）
   • 支持通过STM32 ADC读取差分放大器输出，实现精确电流监控

‌四、STM32资源配置要求‌

1. ‌必需资源‌
   • UCPD外设：处理USB PD协议通信
   • I2C总线：与TCPP02-M18进行控制通信
   • ADC：获取VBUS电压信息
2. ‌可选资源‌
   • USB 2.0外设：支持数据传输功能
   • 额外ADC通道：监控供电路径电压和VBUS电流

‌五、应用场景与开发指南‌

1. ‌硬件配置选择‌
   • ‌带UCPD外设的STM32‌：支持5V-20V完整PD源功能
   • ‌无UCPD外设的STM32‌：仅支持5V基础供电，可通过跳线设置不同电流能力（0.5A/1.5A/3.0A）
2. ‌软件开发支持‌
   • 配套X-CUBE-TCPP软件包
   • 提供完整的应用示例（NUCLEO-G071RB、G474RE、G0B1RE等）
   • 支持STM32CubeMonUCPD实时监控

‌六、设计优化建议‌

1. ‌热管理考虑‌：大功率应用时需确保散热条件，结温不超过125℃
2. ‌电磁兼容性‌：充分利用板载ECMF02-2AMX6共模滤波器
3. ‌故障恢复机制‌：通过I2C写入特定恢复字（0x18/0x28/0x08）实现系统状态恢复

‌七、市场应用前景‌

随着USB Type-C接口在消费电子、工业控制、汽车电子等领域的快速普及，X-NUCLEO-SRC1M1为开发者提供了快速验证和部署Type-C PD解决方案的完整平台。其模块化设计理念与STM32生态系统深度融合，显著缩短了产品开发周期。