3 通過(guò) I2C3 配置 TPS55288 降壓/升壓轉(zhuǎn)換器

對(duì)于 TPS55288，目標(biāo)是根據(jù) PD 協(xié)商對(duì)轉(zhuǎn)換器輸出行為進(jìn)行編程，并在上電和斷開(kāi)時(shí)保持安全默認(rèn)值。TPS65992S 事件表（索引 0–8 分配給 TPS55288）會(huì)相應(yīng)地進(jìn)行設(shè)置。TPS55288 上的關(guān)鍵寄存器設(shè)置源自數(shù)據(jù)表：

• REF (0x00/0x01)：設(shè)置內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，該電壓與反饋配置共同決定 V_OUT。這是一個(gè)分為兩個(gè)寄存器的 10 位值（0x01 是 MSB，0x00 是 LSB）。一個(gè) LSB 對(duì)應(yīng)于大約 1.129mV 的基準(zhǔn)電壓。通過(guò)調(diào)整 REF，可以將輸出從大約 45mV 的最小基準(zhǔn)電壓（0x0000，產(chǎn)生最低輸出）更改為 1.2V 基準(zhǔn)電壓（0x03FF，產(chǎn)生最大輸出）。復(fù)位后的默認(rèn) REF 值為 0x00D2（LSB = 0xD2、MSB = 0x00），對(duì)應(yīng)于約 282mV。TPS55288 默認(rèn)反饋比為內(nèi)部檢測(cè)設(shè)置（請(qǐng)參閱下面的 V_OUT_FS），因此 282mV 基準(zhǔn)在輸出端產(chǎn)生約 5V 的電壓（詳情見(jiàn)下文）。
• V_OUT_FS (0x04)：反饋選擇寄存器控制轉(zhuǎn)換器是使用內(nèi)部電阻分壓器進(jìn)行 V_OUT 檢測(cè)，還是使用外部反饋網(wǎng)絡(luò)。反饋選擇寄存器選擇使用的內(nèi)部反饋比。默認(rèn)情況下，V_OUT_FS = 0x03（二進(jìn)制 0000_0011），表示啟用內(nèi)部反饋（位 7 = 0）且內(nèi)部反饋比設(shè)置為 0.0564（位 1:0 = 11b）。0.0564 的比率對(duì)應(yīng)于從基準(zhǔn)到輸出的 20 倍增益（因?yàn)?0.0564 × 20 ≈ 1），當(dāng)基準(zhǔn)最大值約為 1.129V 時(shí)，允許輸出達(dá)到約 20V。更簡(jiǎn)單地說(shuō)，使用默認(rèn)比率時(shí)，282mV 基準(zhǔn)產(chǎn)生大約 5V 的輸出，1.129V 基準(zhǔn)產(chǎn)生大約 20V 的輸出，從而確定 PD 曲線(xiàn)所需的范圍。
• MODE (0x06)：模式控制寄存器包含各種控制位；特別是位 7 是 OE（輸出使能），必須將其設(shè)置為 1 才能打開(kāi)轉(zhuǎn)換器輸出。其他位配置特性，例如斷續(xù)保護(hù)、關(guān)斷時(shí)放電、I2C 地址選擇和輕負(fù)載模式 (PFM/FPWM)。目標(biāo)位 2 (I2CADD) 選擇 I2C 地址（0 表示 0x74，1 表示 0x75），位 0 (MODE) 選擇是從外部電阻器還是內(nèi)部寄存器進(jìn)行某些設(shè)置。在我們的設(shè)計(jì)中，我們保留 I2CADD = 0（使用 0x74 地址）并對(duì) VCC 和 PFM 使用默認(rèn)控制方法（外部電阻器控制，位 0 = 0），因?yàn)橛布O(shè)計(jì)提供適當(dāng)?shù)哪J(rèn)值。然而，我們會(huì)通過(guò) I2C 啟用輸出 (OE)，并驗(yàn)證是否適當(dāng)設(shè)置了其他位以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。

使用這些寄存器時(shí)，TPS65992S I2C 事件序列配置如下：

上電初始化

在 PD 控制器的上電復(fù)位 (PoR) 上，我們將 TPS55288 初始化為已知的安全狀態(tài)，以便 PD 控制器在端口激活后準(zhǔn)備好默認(rèn)提供 5V 電壓（標(biāo)準(zhǔn) USB-C 默認(rèn)電壓）。在 PD 控制器復(fù)位后，TPS65992S 固件會(huì)立即觸發(fā)對(duì) TPS55288 的數(shù)次 I2C 寫(xiě)入：

• 設(shè)置基準(zhǔn)電壓：將 0xD2 寫(xiě)入 TPS55288 寄存器 0x00（REF 的 LSB）。這與默認(rèn) MSB (0x00) 結(jié)合使用，將 REF 值設(shè)置為 0x00D2。如上所述，0x00D2 對(duì)應(yīng)于大約 282mV 基準(zhǔn)，使用默認(rèn)反饋比時(shí)，相當(dāng)于大約 5V 輸出。這樣可以有效地對(duì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 5V 輸出編程，以此為起點(diǎn)。
• 設(shè)置反饋配置：將 0x03 寫(xiě)入寄存器 0x04 (VOUT_FS)。這明確驗(yàn)證了轉(zhuǎn)換器是否使用內(nèi)部反饋網(wǎng)絡(luò)和 0.0564 比率（這是默認(rèn)復(fù)位狀態(tài)）。在此處寫(xiě)入 0x03 主要是為了完整性，這樣可以在鎖存任何非默認(rèn)配置時(shí)確認(rèn)反饋模式，或防止啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)任何不確定性。這會(huì)使內(nèi)部反饋保持啟用狀態(tài)并選擇比率，以通過(guò)內(nèi)部調(diào)節(jié)允許完整的 PD 電壓范圍（高達(dá) 20V）。
• 啟用轉(zhuǎn)換器輸出：將 0xA0 寫(xiě)入寄存器 0x06 (MODE)。這會(huì)設(shè)置位 7 (OE) = 1 以開(kāi)啟輸出，并且位 5 = 1（默認(rèn)情況下保持?jǐn)嗬m(xù)模式處于啟用狀態(tài)）。值 0xA0（二進(jìn)制 1010_0000）基本上會(huì)將 OE 翻轉(zhuǎn)為 1，同時(shí)將其他位保留為所需值（例如，0x20 是 OE = 0、HICCUP = 1 等的復(fù)位值，0xA0 將 OE 更改為 1）。在進(jìn)行此寫(xiě)入之后，TPS55288 將啟用并調(diào)節(jié)至大約 5V 輸出。

這三次寫(xiě)入（寫(xiě)入 0x00、0x04、0x06）在 PD 控制器初始化期間按順序完成。通過(guò)在 PoR 時(shí)配置電源轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)可以保持為即使在進(jìn)行任何 USB-C 連接之前，TPS55288 也會(huì)處于默認(rèn)的 5V 待機(jī)輸出狀態(tài)（或在啟用時(shí)準(zhǔn)備提供 5V）。這對(duì)于符合 USB-C 標(biāo)準(zhǔn)非常重要，該標(biāo)準(zhǔn)要求 VBUS 上最初存在 5V 電壓以進(jìn)行連接。在我們的例子中，到連接器的 VBUS 實(shí)際啟用由 PD 控制器電源路徑開(kāi)關(guān)控制，但 TPS55288 輸出設(shè)置為正確的電平并在內(nèi)部開(kāi)啟。

（選擇的確切數(shù)值 0xD2、0x03、0xA0 對(duì)應(yīng)于根據(jù) TPS55288 數(shù)據(jù)表得出的所需啟動(dòng)配置。REF LSB 的 0xD2（210 十進(jìn)制）是如文中所述的大約 5V 的代碼，VOUT_FS 的 0x03 選擇具有 0.0564 比率的內(nèi)部反饋，0xA0 啟用輸出。設(shè)計(jì)人員可以參考數(shù)據(jù)表中的 TPS55288 寄存器映射，以了解詳細(xì)的位定義。）

動(dòng)態(tài) PDO 電壓調(diào)整（拉電流 PDO 協(xié)商）

轉(zhuǎn)換器初始化后，PD 控制器接下來(lái)需要在每次協(xié)商新的 PD 協(xié)議時(shí) 調(diào)整 TPS55288 輸出。TPS65992S 配置為每當(dāng)連接的器件選擇拉電流 PDO 時(shí)（例如，只要 PD 源電壓發(fā)生變化），就對(duì) REF 寄存器發(fā)出 I2C 寫(xiě)入操作。在我們的示例中，假設(shè)系統(tǒng)提供四個(gè)分別為 5V、9V、15V 和 20V 的固定 PDO。我們?cè)?TPS65992S 固件中定義了四個(gè)事件觸發(fā)器。（例如，SRC_PDO1_NEGOTIATED、SRC_PDO2_NEGOTIATED 等等），每個(gè)都映射到向 TPS55288 REF 寄存器寫(xiě)入適當(dāng)?shù)闹怠?/p>

• 5V 合約 (PDO1)：將 0xD2 0x00 寫(xiě)入 TPS55288 寄存器 0x00。這是兩字節(jié)寫(xiě)入（0x00 是 REF LSB 的起始寄存器）。如前所述，數(shù)據(jù)字節(jié) 0xD2 0x00 設(shè)置 REF = 0x00D2（LSB = D2h、MSB = 00h），這對(duì)應(yīng)于大約 5.0V 輸出。（在 PD 工具中，此條目的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 = 3：寄存器地址為 1 個(gè)字節(jié) + 2 個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。）
• 9V 合約 (PDO2)：將 0x9A 0x01 寫(xiě)入寄存器 0x00（兩字節(jié)數(shù)據(jù)，設(shè)置 REF = 0x019A）。在 TPS55288 內(nèi)部 DAC 代碼中，0x019A 對(duì)應(yīng)于大約 9V。具體而言，0x019A = 410 十進(jìn)制；410 × 1.129mV ≈ 463mV 基準(zhǔn)。使用 0.0564 反饋比時(shí)，可得出 V_OUT ≈ 463mV / 0.0564 ≈ 8.21V。但是，轉(zhuǎn)換器輸出會(huì)略微過(guò)沖以滿(mǎn)足 9V 負(fù)載電壓（確切值是根據(jù)校準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇）。根據(jù)典型設(shè)置，0x019A 是此設(shè)計(jì)中用于 9V 的代碼。
• 15V 合約 (PDO3)：將 0xC5 0x02 寫(xiě)入寄存器 0x00 (REF = 0x02C5)。0x02C5 = 709 十進(jìn)制；709 × 1.129mV ≈ 800mV 基準(zhǔn)。除以 0.0564，得到大約 14.2V。同樣，考慮到負(fù)載和轉(zhuǎn)換器容差，選擇的代碼在預(yù)期條件下產(chǎn)生大約 15V 的電壓。
• 20V 合約 (PDO4)：將 0xBF 0x03 寫(xiě)入寄存器 0x00 (REF = 0x03BF)。0x03BF = 959 十進(jìn)制；959 × 1.129mV ≈ 1.083V 基準(zhǔn)。使用 0.0564 比率時(shí)，可以得出大約 19.2V。目標(biāo)是在空載或標(biāo)稱(chēng)負(fù)載時(shí)達(dá)到約 20V（TPS55288 反饋和基準(zhǔn)可以進(jìn)行修整，使 0x03C0 可能過(guò)沖略高于 20V，因此使用 0x03BF 保持在典型值 20V 或略低于典型值 20V）。本質(zhì)上，0x03BF 是我們?cè)O(shè)置中 20V 輸入電壓的校準(zhǔn)代碼。

其中每一個(gè)寫(xiě)入操作都針對(duì) TPS55288 REF 寄存器，動(dòng)態(tài)更改 V_OUT。建立 PD 合約后，PD 控制器會(huì)立即發(fā)出相應(yīng)的命令。這樣一來(lái)，一旦接收端請(qǐng)求更高的電壓（例如 15V），TPS65992S 就會(huì)寫(xiě)入新的 REF 值，而 TPS55288 會(huì)將輸出轉(zhuǎn)換為請(qǐng)求的電平。如果需要，輸出的壓擺率可由 TPS55288 VOUT_SR 寄存器 (0x03) 控制，但在我們的設(shè)計(jì)中，我們依賴(lài)轉(zhuǎn)換器默認(rèn)的壓擺率，其通常配置為滿(mǎn)足 PD 時(shí)序要求。

分離和復(fù)位行為

拔出 USB-C 電纜或分離接收端器件時(shí)，將電源恢復(fù)到安全狀態(tài)。將 0xD2 0x00 寫(xiě)入寄存器 0x00 (LSB) 和 0x01 (MSB)。這種兩字節(jié)寫(xiě)入操作會(huì)將基準(zhǔn)電壓完全復(fù)位為所需的 5V 默認(rèn)設(shè)置，從而消除出現(xiàn)殘余高壓情況的可能性。無(wú)論如何，當(dāng)斷開(kāi)時(shí)，TPS55288 輸出會(huì)降至安全水平（約 5V 或更低）。這可以防止在拔下電纜后 VBUS 上出現(xiàn)任何殘余的高電壓。

通過(guò)為 TPS55288 設(shè)置這些 I2C 命令事件，所有電源調(diào)整均由 TPS65992S 固件自動(dòng)執(zhí)行，無(wú)需任何外部 MCU 干預(yù)。PD 控制器會(huì)監(jiān)視 USB-C 狀態(tài)和 PD 消息并觸發(fā)適當(dāng)?shù)念A(yù)編程 I2C 寫(xiě)入。這樣可以保證，隨著 PD 合約的變化，轉(zhuǎn)換器無(wú)縫地提供請(qǐng)求的電壓，當(dāng)沒(méi)有合約處于活動(dòng)狀態(tài)（分離或空閑）時(shí)，轉(zhuǎn)換器處于已知的默認(rèn)狀態(tài)。