Original KBA: Fault Protection Schemes in CCG3PA - KBA231886
Translated by: Kenshow
タイトル： Fault Protection Schemes in CCG3PA - KBA231886
バージョン：**
CCG3PAは、電源アダプタおよび電源銀行アプリケーションを対象としたサイプレスのUSB Type-Cコントローラです。CCG3PAは、過電圧、低電圧、過電流保護などのさまざまな障害保護スキームをサポートしています。また、このチップは、内部ADCにルーティングされたGPIO上の外付けサーミスタによる過熱保護もサポートしています。
CCG3PA には、以下のフォルト保護スキームを実装することができます。フォルトが発生すると、ポートディセーブル状態になり、システムの損傷を防止します。ポートディセーブル状態では、以下のようなことが発生します。
- CC および D+/- ラインからの Type-C ポート終端が除去されます。
- 現在のポートの役割に基づくプロバイダ/コンシューマFETがオフになります。
1.1 過電圧保護 (OVP)
OVPはType-Cポートのパワーロール(ソースとシンク)の両方に実装されています。過電圧は、VBUSがプリセットレベルを超えた場合のフォルト状態です。ポートパートナ間のPDネゴシエーション中に、動作中のVBUSレベルがネゴシエーションされます。PD ネゴシエーションの後、CCG3PA はソースとシンクの両方の役割で VBUS を監視します。VBUSが予め設定された閾値を超えた場合、OVP条件が実行されます。
1.1.1 ファームウェアパラメータ
- OV_ENABLE：OVP を有効または無効にする。
- OV_THRESHOLD：OV フォルトとして扱われる VBUS 以上のパーセンテージしきい値。
- OV_DEBOUNCE： OV フォルトを宣言するまでの時間。
- OV_RETRY_COUNT：ポートを無効にする前の試行回数を指定。
1.1.2 実装
CCG3PAは、プログラマブル抵抗分周器とOVP検出用の専用コンパレータを搭載しています。VBUSは抵抗分周器で分周され、コンパレータにルーティングされ、コンパレータのもう一方の端子には基準電圧が接続されています。VBUSが閾値を超えるとコンパレータがトリップし、割り込みが発生します。
OV状態がシグナルされるとすぐにファームウェアはポートを無効にし、事前に設定した時間後にポートを再度有効にします。OV状態がまだ存在する場合は、再びディセーブル-イネーブルのサイクルを繰り返します。これは、ポートが一時的に無効化された後、特定の再試行回数だけ繰り返され、ハードリセット／電源投入サイクル、またはポート・パートナの切断／接続によって再有効化されます。
1.2 低電圧保護(UVP)
UVPは「ソース」ポートのパワーロールに対してのみ実装されます。UVPは「ソース」ポートのパワーロールに対してのみ実装されます。アンダーボルテージとは、VBUSが動作レベルを下回った場合に発生する障害状態のことです。ポートパートナ間のPDネゴシエーションの後、CCG3PAはVBUSレベルを監視し、VBUSが閾値を下回るとUVP状態が宣言されます。
1.2.1 ファームウェアパラメータ
- UV_ENABLE：UVPを有効または無効にします。
- UV_THRESHOLD: UV フォルトとして扱われる VBUS 以下のパーセンテージしきい値。
- UV_DEBOUNCE: UV フォルトを宣言するまでの時間。
- UV_RETRY_COUNT。ポートを無効にする前の試行回数を指定します。
1.2.2 実装
CCG3PAはOVPと同様に、UVPを検出するための専用コンパレータを搭載しています。
抵抗分圧器で分圧されたVBUSはコンパレータに送られ、コンパレータのもう一方の端子が基準電圧となります。VBUSがUVPスレッショルドを下回るとコンパレータがトリップし、割り込みが発生します。
UVP信号を受信すると、ファームウェアはType-Cポートを無効化し、指定された時間間隔で再度有効化します。この無効化-有効化のサイクルは、指定された回数だけ繰り返され、その後ポートは完全に無効化され、ハードリセット/パワーサイクル、またはシンクの切断/接続によって有効化することができます。
1.3 過電流保護 (OCP)
OCP は、「ソース」ポートの電源ロールに対してのみ実装されます。
過電流は、消費電流が意図したものよりも大きい場合のフォルト状態です。
電力契約ネゴシエーション中、電流はポートパートナ間でネゴシエーションされます。CCG3PA は電流レベルを監視し、しきい値レベルを超えると OCP 状態が宣言されます。
1.3.1 ファームウェアパラメータ
- OC_ENABLE：OC 保護の有効化または無効化。
- OC_THRESHOLD：OC フォルトとして処理される公称動作電流以上のパーセンテージしきい値。
- OC_DEBOUNCE：OC フォルトを宣言するまでの時間。
- OC_RETRY_COUNT（OC_RETRY_COUNT）。ポートがシャットダウンされるまでの試行回数を指定。リトライ回数が 255 の場合、無限にリトライすることを意味する。
1.3.2 実装
CCG3PAは、専用のコンパレータとOCP検出用のローサイド電流センスアンプ(LSCSA)を搭載しています。外部センス抵抗Rsenseは負荷と直列に配置されています。
Rsense 抵抗は CSP 端子と GND を挟んで配置され、LSCSA は Rsense を挟んで Vsense を検出します。これは増幅されてコンパレータに送られ、基準電圧と比較されます。基準電圧と増幅器のゲインは、ターゲット電流に関係します。
消費電流がしきい値を超えるとコンパレータがトリップし、OC フォルトがシグナルされます。
OC フォルト信号を受信すると、ファームウェアは Type-C ポートを無効化し、指定された時間間隔の後に再度有効化する。この無効化-有効化のサイクルは、指定された回数だけ繰り返され、その後はポートが完全に無効化され、ハードリセッ ト/電源投入サイクル、またはポートパートナの切断/接続によってのみ有効化される。
1.4 過熱保護 (OTP)
OTP は、Type-C ポートの電源ロール（ソースとシンク）の両方に実装されています。CCG3PAでは、この保護を有効にするために外付けサーミスタが必要です。
過熱とは、システムの温度が事前に定義されたしきい値を超えた場合に発生するフォルト状態のことです。
1.4.1 ファームウェアパラメータ
- OT_ENABLE: OTP を有効または無効にする。
- OT_THERM_TYPE：OT_THERM_TYPE。負の温度効率（NTC）または正の温度効率（PTC）サーミスタを使用するかどうかを指定。
- OT_VOLT_NOMINAL: 公称室温でのGPIO電圧。
- OT_VOLT_CUTOFF：カットオフ温度でのGPIO電圧。
- OT_VOLT_RESTART：再起動温度のGPIO電圧。
- OT_DEBOUNCE：OT フォルトを宣言するまでの時間間隔を指定。
- OT_POLL_PERIOD: OT フォルトのポーリング間隔を指定。
1.4.2 実装
CCG3PAは、システムの温度監視に外付けのサーミスタを使用しています。サーミスタと一緒に固定抵抗を使用して抵抗分周回路を構築します。サーミスタの電圧はGPIOを介してCCG3PAに送られ、内部ADCを介して検出されます。
参考文献：CCGx Power SDK を参照してください。
