Power Delivery USB-C: gestione avanzata dell’alimentazione

La tecnologia Power Delivery consente di gestire in modo dinamico tensione e corrente attraverso connessioni USB Type-C. In questo articolo pubblicato sul numero 289 di Elettronica In, viene analizzato l’integrato AP33772SDKZ, progettato per dispositivi di tipo Sink e capace di gestire l’alimentazione con maggiore flessibilità rispetto alla soluzione precedente. Il dispositivo integra un’interfaccia I²C che permette il controllo tramite microcontrollore e consente di configurare i diversi profili energetici messi a disposizione dalla sorgente Power Delivery.

Architettura e caratteristiche dell’integrato

L’AP33772SDKZ è compatibile con le specifiche USB Type-C PD3.1 e supporta diversi standard di alimentazione. Tra questi rientrano:

• SPR (Standard Power Range)
• EPR (Extended Power Range)
• AVS (Adjustable Voltage Supply) fino a 28 V
• PPS (Programmable Power Supply) fino a 21 V

Grazie alla comunicazione I²C e alla gestione tramite interrupt, il dispositivo può essere controllato da una MCU esterna. Nel progetto analizzato viene utilizzato un microcontrollore RP2040 che consente di selezionare tensione e corrente richieste e di impostare diverse soglie di protezione.

L’integrato include inoltre numerosi sistemi di sicurezza integrati. Sono presenti protezioni contro sovratensione, sottotensione, sovracorrente e sovratemperatura. Il dispositivo gestisce anche MOSFET esterni per il controllo della potenza e include funzioni di monitoraggio tramite sensore NTC.

Gestione della negoziazione Power Delivery

Quando il dispositivo viene collegato tramite USB Type-C, la sorgente Power Delivery invia i profili energetici disponibili. Questi profili vengono memorizzati internamente in registri dedicati chiamati PDO (Power Data Object).

Il sistema può gestire fino a 13 PDO, suddivisi tra modalità SPR ed EPR. Dopo la connessione iniziale, il dispositivo richiede una tensione predefinita di 5 V. Successivamente una MCU può interrogare i registri tramite bus I²C e selezionare il profilo energetico più adatto.

Attraverso l’interfaccia I²C è possibile:

• leggere i PDO disponibili
• selezionare tensione e corrente desiderate
• configurare soglie di protezione
• accedere ai registri di stato
• gestire modalità legacy quando la sorgente non supporta Power Delivery

Questo approccio aumenta significativamente la flessibilità progettuale, permettendo al sistema di adattarsi a diversi scenari operativi.

Breakout board e architettura hardware

Per sperimentare le funzionalità dell’integrato è stata sviluppata una Breakout Board dedicata. La scheda utilizza un connettore USB Type-C con pin-out ridotta, sufficiente per applicazioni di sola alimentazione.

Il circuito integra MOSFET di potenza per la gestione del carico, una resistenza di sensing per il monitoraggio della corrente e una sonda NTC per il controllo della temperatura. Sono presenti inoltre LED di stato che indicano le condizioni operative del sistema, come fase di negoziazione o eventuali fault.

La scheda è progettata in formato compatto e può essere utilizzata sia come modulo standalone sia integrata in altre piattaforme tramite connettori dedicati.

Test board e ambiente di sviluppo

Per il collaudo della Breakout Board è stata realizzata una Test Board basata su microcontrollore RP2040. Questa piattaforma consente di gestire l’integrato e di sperimentare diversi profili energetici.

Il sistema include una memoria Flash per il firmware, interfacce di comunicazione USB e UART e un software su piattaforma Windows che permette di configurare l’integrato e monitorare i parametri operativi.

Durante i test sono stati negoziati diversi livelli di alimentazione, tra cui:

• 5 V fino a 3 A
• 9 V fino a 3 A
• 12 V fino a 3 A
• 15 V fino a 3 A
• 20 V fino a 5 A

Il software consente inoltre di visualizzare in tempo reale tensione, corrente e temperatura del sistema, semplificando l’analisi del comportamento del circuito.