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Datasheet · undated

WCH CH224 USB PD Sink Controller — Manual 1, v2.1 (Chinese)

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CH224K/D/Q/A and CH221K configuration tables and ratings (in Chinese).

Author
Nanjing Qinheng Microelectronics (WCH)
Year
undated
Type
Datasheet
Credit
WCH. Copy via LCSC (atta.szlcsc.com)
  • usb pd
  • sink controller
  • ch224k

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WCH CH224 USB PD Sink Controller — Manual 1, v2.1 (Chinese)

CH224 手册1 https://wch.cn USB PD 多快充协议受电芯片 CH224 手册 1 版本：2.1 https://wch.cn 1、概述 CH224Q/CH224A 为支持 USB PD3.2 的 USB PD 快充协议受电芯片，最高支持 PD3.2 EPR 140W 功 率，并支持单电阻配置、I/O 电平配置及 I2C 配置。通过 I2C 接口可以读取协议握手状态和读取当前 PD 档位额定电流。芯片内置高压 LDO，静态功耗低，集成度高，外围精简。芯片集成输出电压检测及 过压保护功能，可广泛应用于各类电子设备拓展高功率输入如无线充电器、小家电、锂电池电动工具 等各类场合。 CH224K/CH224D/CH221K 为支持 USB PD3.0 的 USB PD 快充协议受电芯片，最高支持 100W 功率， 支持单电阻配置和 I/O 电平配置。 2、特点         V2.1 支持 4V 至 30V 输入电压 支持 PD3.2 EPR、AVS、PPS、SPR 协议及 BC1.2 等升压快充协议 支持 eMarker 模拟，自动检测 VCONN 支持多种方式动态调整请求电压 支持 400KHz 速率 I2C 通信 芯片内置高压 LDO，静态功耗低 单芯片集成度高，外围精简，成本低 内置过压保护模块 OVP 1 CH224 手册1 https://wch.cn 3、引脚排列 0 1 2 3 4 5 CH224A GND VHV CFG2/SCL CFG3/SDA DP DM PG CFG1 VBUS CC1 CC2 0 1 2 3 4 5 10 9 8 7 6 CH224Q GND VHV CFG2/SCL CFG3/SDA DP DM 10 9 8 7 6 PG CFG1 VBUS CC1 CC2 CH224K 0 1 2 3 4 5 GND VDD CFG2 CFG3 DP DM 10 9 8 7 6 PG CFG1 VBUS CC1 CC2 CH221K 1 2 3 VDD GND PG CFG CC2 CC1 6 5 4 表 3-1 封装说明 封装形式 塑体尺寸 引脚节距 封装说明 DFN10 2*2mm 0.4mm 15.7mil 双边无引线 10 脚 ESSOP10 3.9mm 1.00mm 39.4mil 带底板的窄距 10 脚贴片 ESSOP10 3.9mm 1.00mm 39.4mil 带底板的窄距 10 脚贴片 QFN20 3*3mm 0.40mm 15.7mil 四边无引线 20 脚 SOT23-6 1.6mm 0.95mm 37mil 小型 6 脚贴片 注：1．0#引脚是指 ESSOP10、DFN10、QFN20 封装的底板。 2．新项目建议使用小体积且多功能的 CH224Q，CH224A 侧重于 PCB 兼容 CH224K。 V2.1 2 订货型号 CH224Q CH224A CH224K CH224D CH221K CH224 手册1 https://wch.cn 4、引脚定义 表 4-1 CH224Q、CH224A 引脚定义 引脚号 CH224Q CH224A 0 0 1 1 4 4 5 5 7 7 6 6 9 9 2 2 3 3 8 8 10 10 引脚 名称 引脚 (1) 类型 GND VHV DP DM CC1 CC2 CFG1 CFG2/SCL CFG3/SDA VBUS PG P P 公共接地端，散热底板。 工作电源输入，外接 1uF 对地电容（注意耐压）。 I/O USB 总线。 I/O Type-C CC 信号线。 I I,PU I/O,PU I OD 功能描述 电源档位配置输入引脚 1。 电源档位配置输入引脚 2 或 I2C 时钟输入引脚。 电源档位配置输入引脚 3 或 I2C 数据双向引脚。 电压检测输入，需要短接至 VHV。 默认 Power Good 指示，低电平有效，可定制功能。 表 4-2 CH224K 引脚定义 引脚号 CH224K 0 1 4 5 7 6 9 2 3 8 10 引脚 名称 引脚 (1) 类型 功能描述 GND VDD DP DM CC1 CC2 CFG1 CFG2 CFG3 VBUS PG P P 公共接地端，散热底板。 工作电源输入，外接 1uF 对地电容，串联电阻至 VBUS。 I/O USB 总线。 I/O Type-C CC 信号线。 I I I I OD 电源档位配置输入引脚。 电压检测输入，需要串联电阻至外部输入 VBUS。 默认 Power Good 指示，低电平有效，可定制功能。 表 4-3 CH224D 引脚定义 引脚号 CH224D 0 2 7 8 9 11 10 19 13 12 1 14 15 V2.1 引脚 名称 引脚 (1) 类型 GND VBUS VDD DP DM CC1 CC2 CFG1 CFG2 CFG3 DRV ISP ISN P P P 公共接地端，散热底板。 工作电源输入，建议外接 0.1uF 或 1uF 对地电容。 内部稳压器输出端，外接 1uF 对地电容。 I/O USB 总线。 I/O Type-C CC 信号线。 I I I O I 功能描述 电源档位配置输入引脚。 弱驱动输出，用于驱动配置电阻。 差分输入，用于检测工作电流，定制功能。 3 CH224 手册1 5 6 https://wch.cn GATE NMOS# O,HV I 用于驱动高侧电源通路 NMOS，定制功能。 驱动 NMOS 使能，低电平有效，应该短接 GND。 表 4-4 CH221K 引脚定义 引脚号 引脚 名称 CH221K 1 VDD 2 GND 4 CC1 5 CC2 3 PG 6 CFG 注 1：引脚类型缩写解释： I = 信号输入； O = 信号输出； P = 电源或地； OD = 开漏输出； HV = 高压引脚； PD = 内置下拉电阻； PU = 内置上拉电阻。 V2.1 引脚 (1) 类型 功能描述 P P 工作电源输入，外接 1uF 对地电容，串联电阻至 VBUS。 公共接地端。 I/O Type-C CC 信号线。 I,OD OD 默认 Power Good 指示，低电平有效，可定制功能。 电源档位配置输入引脚。 4 CH224 手册1 https://wch.cn 5、功能说明 5.1 概述 CH224Q/CH224A 是一款支持 PD3.2 EPR、AVS、PPS、SPR 协议握手、BC1.2 等升压快充协议输入的 协议电源受电端芯片，支持 5～30V 范围内电压的请求，可通过单电阻配置、I/O 电平配置及 I2C 配 置，来动态配置请求的电压档位。其中，CH224Q 体积较小，适用于对集成度要求更高的场景。 CH224A 兼容 CH224K 引脚，多数情况下可在不更改 PCB 的情况下通过更换外围器件进行替换，具 体请参考第七章。 5.2 CH224Q/CH224A 电压档位配置 5.2.1 单电阻配置 适用于同一 PCB 通过修改电阻阻值实现不同请求电压的应用场合。 CFG1 对 GND 连接电阻，不同阻值对应不同的电压请求档位。使用单电阻配置方式时，CFG2 和 CFG3 引脚可悬空。电阻与请求电压对照表如下： 表 5-1 电阻与请求电压对照说明 配置电阻阻值 请求电压 6.8KΩ 9V 24KΩ 12V 56KΩ 15V 120KΩ 20V 210KΩ 28V 5.2.2 I/O 电平配置 适用于 MCU 动态调整请求电压或 PCB 线路固定请求电压的应用场合。 表 5-2 I/O 电平与请求电压对照说明 CFG1 CFG2 CFG3 请求电压 0 0 0 9V 0 0 1 12V 0 1 1 20V 0 1 0 28V 1 X X 5V 表中“X”表示不关心。 表中“0”表示低电平，外部应短接到 GND。 表中“1”表示高电平，CFG2 和 CFG3 内置上拉电阻，支持 3.3V 或 5V 电平输入，外部可使用推挽 或开漏输出驱动。CFG1 若需设置为高电平，根据应用场景不同，有以下三种方法： （1）通过 100KΩ电阻上拉至 VHV 引脚（无需对 CH224 进行控制时）； （2）串接 2KΩ电阻至 MCU 的 GPIO，并使用推挽模式输出高电平（使用 5V 电平控制 CH224 时）； （3）直接连接至 MCU 的 GPIO，并使用推挽模式输出高电平（使用 3.3V 电平控制 CH224 时）。 5.2.3 I2C 配置 芯片为单电阻配置时自动启用 I2C 配置功能，此时可通过 I2C 通信来控制电压请求或者读取相关 信息。 CH224Q/CH224A 七位 I2C 地址为 0x22 或 0x23(不包含读写位)。 V2.1 5 CH224 手册1 https://wch.cn 地址 0x09 0x0A 0x50 0x51 0x52 0x53 0x60~0x8F 表 5-3 芯片功能寄存器表 名称 I2C状态寄存器 电压控制寄存器 电流数据寄存器 AVS电压配置寄存器(高八位) AVS电压配置寄存器(低八位) PPS电压配置寄存器 PD电源数据寄存器 0x09：I2C 状态寄存器 位 7 6 5 4 3 名称 保留 保留 保留 EPR激活 PD激活 默认值 0 0 0 0 0 读写 只读 当 BIT0、1、2、3、4 为 1 时表示对应协议握手成功。 0x0A：电压控制寄存器 位 7 6 名称 默认值 读写 请求电压详解： 0：5V 1：9V 6：PPS 模式 5 4 3 请求电压值，参考详解 0x00 只写 2：12V 3：15V 4：20V 7：AVS 模式 功能 获取当前协议状态 切换请求电压 获取当前档位最大可用电流 配置AVS请求电压高八位 配置AVS请求电压低八位 配置PPS请求电压 获取适配器完整电源信息 2 QC3激活 0 1 QC2激活 0 0 BC激活 0 2 1 0 1 0 5：28V 0x50：电流数据寄存器 位 7 6 5 4 3 2 名称 最大电流参考值(单位：50mA） 默认值 0xXX 读写 只读 表示当前 PD 档位下，可用最大电流值，该寄存器仅在握手 PD 协议时有效。 0x51、0x52：AVS 电压配置寄存器高八位、AVS 电压配置寄存器低八位 位 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 名称 使能 AVS请求电压值(单位：100mV） 默认值 0x0000 读写 只写 电压配置寄存器 0~7 为请求电压低 8 位，8~14 位为请求电压高 7 位，最高位为使能位。 配置时先写入低八位，后将高 7 位和使能位（置 1）一并写入，首次申请 AVS 时先配置电压，后 将电压控制寄存器配置为 AVS 模式，后续调压直接修改 AVS 电压配置寄存器即可。 0x53：PPS 电压配置寄存器 位 7 6 5 4 3 2 1 0 名称 PPS设置电压(单位：100mV） 默认值 0x00 读写 只写 首次申请 PPS 时先配置电压，然后将电压控制寄存器配置为 PPS 模式，后续调压直接修改 PPS 电 V2.1 6 CH224 手册1 https://wch.cn 压配置寄存器即可。 0x60~0x8F：PD 电源数据寄存器 默认值 0x00 读写 只读 当适配器供电能力小于 100W 时，读取该区域可获取完整的电源 SRCCAP 数据。 当芯片处于 EPR 模式（28V）时，读取该区域可获取完整的 EPR_SRCCAP 数据。 5.3 模拟 eMarker 功能 如果要使用模拟 eMarker 功能，请求大于 20V 或大于 60W 输出，则必须使用 Type-C 公头，并在 CC2 引脚对 GND 连接 1KΩ电阻（请联系我司技术支持）。 V2.1 7 CH224 手册1 https://wch.cn 6、参考原理图 6.1 CH224Q/CH224A 参考原理图 6.1.1 单电阻配置和 I2C 配置参考原理图（Rset 阻值对应请求电压参考表 5-1） 单电阻配置通过 CFG1 引脚对 GND 接特定阻值的配置电阻实现，此时 CFG2 和 CFG3 可用于 I2C 配 置。若不使用 I2C 配置，CFG2、CFG3 悬空即可。 VHV VBUS 1uF 0 1 CFG2 2 CFG3 3 4 5 DP DM CC2 CC1 CH224A/CH224Q GND VHV PG CFG2/SCL CFG1 CFG3/SDA VBUS DP CC1 DM CC2 Rset 10 9 8 VHV 7 6 MCU CFG2 CFG3 GND SCL SDA GND 6.1.2 I/O 电平配置参考原理图（I/O 电平对应请求电压参考表 5-2） 当用电系统无需和 CH224 进行交互或控制时，CFG1 可通过串接 100KΩ至 VHV 引脚的方法提供高 电平（下图为 I/O 电平配置 20V）。 VHV VBUS VHV 1uF 0 1 CFG2 2 CFG3 3 4 5 DP DM CC2 CC1 CH224A/CH224Q GND VHV PG CFG2/SCL CFG1 CFG3/SDA VBUS DP CC1 DM CC2 10 9 CFG1 8 VHV 7 6 GND 100KΩ CFG1 CFG2 CFG3 当用电系统存在 3.3 或 5V 电源，且需对 CH224 进行控制时，CFG1 可连接系统中 MCU 的 GPIO（如 下图）。若系统高电平为 3.3V，R1 应取 0Ω；若系统高电平为 5V，R1 应取 2KΩ。 VHV VBUS DP DM CC2 CC1 1uF 0 1 CFG2 2 CFG3 3 4 5 CH224A/CH224Q GND VHV PG CFG2/SCL CFG1 CFG3/SDA VBUS DP CC1 DM CC2 Rset R1 MCU CFG2 CFG3 IO1 IO2 IO3 GND GND V2.1 10 9 8 VHV 7 6 8 CH224 手册1 https://wch.cn 6.1.3 使用 Type-C 公口 eMarker 模拟功能 VHV CH224A/CH224Q VBUS 1uF 0 1 CFG2 2 CFG3 3 4 5 DP DM CC2 CC1 GND VHV PG CFG2/SCL CFG1 CFG3/SDA VBUS DP CC1 DM CC2 10 9 8 VHV 7 6 Rset GND 1K 6.2 CH224K 参考原理图（图中为 I/O 电平配置 20V） VBUS VBUS VBUS VDD 1KΩ DP DM 1uF CFG2 CFG3 CC2 CC1 0 1 2 3 4 5 CH224K GND VDD CFG2 CFG3 DP DM 10KΩ 10 9 CFG1 8 7 6 PG CFG1 VBUS CC1 CC2 GND CFG1 CFG3 CFG2 CFG1 CFG2 CFG3 1 0 0 0 0 X 0 0 1 1 X 0 1 1 0 请求 电压 5V 9V 12V 15V 20V VDD 注：建议升级为 CH224A 芯片，参考 7.2 节。 6.3 CH224D 参考原理图（图中为单电阻配置 9V） VBUS 2 VBUS 8 9 10 11 VDD 7 DP DM CC2 CC1 5.1KΩ VBUS 5.1KΩ GND 1uF V2.1 1uF 0 6 VBUS GATE DP DM CC2 CC1 DRV CFG1 CFG2 CFG3 5 Rset阻值 请求电压 1 19 13 12 6.8KΩ 24KΩ 56KΩ NC 9V 12V 15V 20V VDD CH224D GND NMOS# ISP ISN 9 14 15 Rset 6.8KΩ CH224 手册1 https://wch.cn 6.4 CH221K 参考原理图（图中为单电阻配置 20V） VBUS VBUS 1KΩ CH221K DP DM 1uF CC2 CC1 1 2 3 VDD GND PG CFG CC2 CC1 5.1KΩ 5.1KΩ GND V2.1 10 200KΩ 6 5 4 Rset阻值 请求电压 10KΩ 20KΩ 47KΩ 100KΩ 200KΩ 5V 9V 12V 15V 20V CH224 手册1 https://wch.cn 7、CH224A 替换 CH224K 指南 CH224A 兼容 CH224K 引脚，多数情况下可在不更改 PCB 的情况下通过更换外围器件进行替换，以 下为芯片不同点及常见替换示例。 7.1 CH224A 和 CH224K 不同点     CH224A 的 1 脚为 VHV，耐压 32V，CH224K 的 1 脚为 VDD，耐压 3.6V CH224A 的 CFG2 和 CFG3 内部自带上拉电阻，CH224K 的 CFG2 和 CFG3 内部无上拉电阻 CH224A 的 CFG1 耐压 3.8V，CH224K 的 CFG1 耐压 8V CH224A 的 VBUS 耐压 32V，CH224K 的 VBUS 耐压 13.5V 7.2 常见替换示例 7.2.1 原CH224K为单电阻配置模式（预留Rset电阻，且CFG2、CFG3位悬空或短接GND） 图 7-1 原 CH224K 单电阻配置原理图 VBUS VBUS VDD R1 1KΩ DP DM VBUS 1uF 0 1 2 3 4 5 CC2 CC1 CH224K GND VDD CFG2 CFG3 DP DM 10 9 8 7 6 PG CFG1 VBUS CC1 CC2 R2 10KΩ Rset GND 需做以下更改： 1.将 R1 短接或更换为 0Ω； 2.将 R2 短接或更换为 0Ω； 3.将 Rset 更改为 CH224A 的配置电阻。 7.2.2 原 CH224K 为 I/O 电平配置模式（CFG1、CFG2、CFG3 预留配置焊盘或电阻） 图 7-2 原 CH224 的 I/O 电平配置原理图 VBUS VBUS DP DM CC2 CC1 VBUS VDD R1 1KΩ 1uF CFG2 CFG3 0 1 2 3 4 5 CH224K GND VDD CFG2 CFG3 DP DM PG CFG1 VBUS CC1 CC2 10 9 CFG1 8 7 6 VDD CFG1 R3 R5 R7 GND 注：上图中 R3/R4、R5/R6、R7/R8 为预留的电阻或焊盘。 需做以下更改： 1.将 R1 短接或更换为 0Ω； 2.将 R2 短接或更换为 0Ω； V2.1 R2 10KΩ 11 CFG2 CFG3 R4 R6 R8 CH224 手册1 https://wch.cn 3.原 R3 更换为 100KΩ，R5、R7 不焊接（CH224A 的 CFG2 和 CFG3 内部自带上拉）； 4.根据 CH224A 的 I/O 电平配置模式选择短接 R4、R6、R8。 7.3 其余注意事项  V2.1 CH224A与CH224K的单电阻配置和I/O电平配置使用的电阻阻值或I/O电平对应电压不完全相同 12 CH224 手册1 https://wch.cn 8、参数 8.1 绝对最大值 8.1.1 CH224Q/A 绝对最大值（临界或者超过绝对最大值将可能导致芯片工作不正常甚至损坏） 名称 参数说明 最小值 最大值 单位 TA 工作时的环境温度 -40 105 ℃ TS 储存时的环境温度 -55 125 ℃ VHV 工作电源电压 -0.5 32.0 V VIOHV 支持高压的引脚（PG、VBUS）上的电压 -0.5 32.0 V VIOCC CC1、CC2 引脚上的电压 -0.5 32.0 V VIOUX DP、DM、CFG1 引脚上的电压 -0.5 3.8 V VIOFT CFG2、CFG3 引脚上的电压 -0.5 6.5 V PD 整个芯片的最大功耗（VHV 电压*电流） 300 mW 8.1.2 CH221K 绝对最大值（临界或者超过绝对最大值将可能导致芯片工作不正常甚至损坏） 名称 参数说明 最小值 最大值 单位 TA 工作时的环境温度 -40 105 ℃ TS 储存时的环境温度 -55 125 ℃ VDD 工作电源电压（VDD 引脚接电源，GND 引脚接地） -0.5 5.8 V VODHV 高压开漏输出引脚 PG 上的电压 -0.5 13.5 V VIOCC CC1、CC2 引脚上的电压 -0.5 8 V VIOUX CFG 引脚上的电压 -0.5 VDD+0.5 V PD 整个芯片的最大功耗（VDD 电压*电流） 250 mW 8.1.3 CH224K 绝对最大值（临界或者超过绝对最大值将可能导致芯片工作不正常甚至损坏） 名称 参数说明 最小值 最大值 单位 TA 工作时的环境温度 -40 90 ℃ TS 储存时的环境温度 -55 125 ℃ VDD 工作电源电压（VDD 引脚接电源，GND 引脚接地） 3.0 3.6 V VODHV VBUS 引脚上的电压 -0.5 13.5 V VIOCC CC1、CC2、CFG1 引脚上的电压 -0.5 8 V VIOUX DP、DM、CFG2、CFG3 引脚上的电压 -0.5 VDD+0.5 V PD 整个芯片的最大功耗（VDD 电压*电流） 400 mW 8.1.4 CH224D 绝对最大值（临界或者超过绝对最大值将可能导致芯片工作不正常甚至损坏） 名称 参数说明 最小值 最大值 单位 TA 工作时的环境温度 -40 100 ℃ TS 储存时的环境温度 -55 125 ℃ VDD 工作电源电压（VDD 引脚接电源，GND 引脚接地） -0.5 6 V VODHV VBUS 引脚上的电压 -0.5 24 V VIOCC CC1、CC2 引脚上的电压 -0.5 20 V DP、DM、CFG1、CFG2、CFG3、DRV、NMOS#、ISP、ISN VIOUX -0.5 VDD+0.5 V 引脚上的电压 VIOHX GATE 引脚上的电压 -0.5 VIOHV+6.5 V PD 整个芯片的最大功耗（VDD 电压*电流） 300 mW V2.1 13 CH224 手册1 https://wch.cn 8.2 电气参数 8.2.1 CH224Q/A 电气参数（测试条件：TA = 25℃） 名称 参数说明 VHV 高压电源电压VHV ICC 工作时电源电流 VILI2C I2C低电平有效电压 VIHI2C I2C高电平有效电压 RPUFB CFG2、CFG3引脚的上拉电阻 VVHVX VHV电源过压复位OVR保护电压 VR 电源上电复位的电压门限 8.2.2 CH221K 电气参数（测试条件：TA = 25℃） 名称 参数说明 VLDOK 内部电源调节器VDD并联稳压 ILDO 内部电源调节器VDD并联吸收电流能力 VR 电源上电复位的电压门限 8.2.3 CH224K 电气参数（测试条件：TA = 25℃） 名称 参数说明 VLDOK 内部电源调节器VDD并联稳压 ILDO 内部电源调节器VDD并联吸收电流能力 TOTA 超温保护模块OTA的参考阈值温度 VR 电源上电复位的电压门限 8.2.4 CH224D 电气参数（测试条件：TA = 25℃） 名称 参数说明 VLDOK 内部电源调节器VDD输出电压 ILDO 内部电源调节器VDD对外负载能力 VR 电源上电复位的电压门限 V2.1 14 最小值 典型值 最大值 单位 3.3 5.0 1.8 30 12 0.8 3.3 15 34 2.65 V mA V V KΩ V V 单位 V mA V 0 1.5 7 32 2.2 10 33 2.4 最小值 3.0 0 2.2 典型值 3.3 2.4 最大值 3.6 30 2.6 最小值 典型值 最大值 单位 3.24 0 90 2.2 3.3 3.36 30 120 2.6 V mA ℃ V 最小值 4.6 典型值 4.7 2.2 2.4 最大值 4.8 10 2.6 单位 V mA V 105 2.4 CH224 手册1 https://wch.cn 9、封装信息 说明：尺寸标注的单位是 mm（毫米）。 引脚中心间距是标称值，没有误差，除此之外的尺寸误差不大于±0.2mm。 9.1 ESSOP10 9.2 DFN10 V2.1 15 CH224 手册1 https://wch.cn 9.3 QFN20 9.4 SOT23-6 V2.1 16