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USB Type-C 端口的电气风险及防范方式

作者:初级应用工程师 Muhammad Zafar Kausar

消费者、工业及医疗等各类型的市场,皆需更轻薄短小、效能更高、功能更多、弹性更佳的装置。业界推出的最新 USB Type-C® (USB-C®) 接口及 Power Delivery (USB PD) 即可满足上述需求。

USB-C 具备两个双向差分讯号信道、传统的 USB 2.0 数据连接、控制与边带讯号,以及四个 VBUS 连接。透过这些功能,此接口能支持 SuperSpeed 数据传输率、高达 100 瓦的供电、反向兼容 USB 2.0 连接,以及便利性高的可折迭插头。电线极性亦可逆,与前代连接不同,此款 USB Type-C 接头可连接主机、装置、电源与功率耗散器。

以上功能皆使连接功能的便利性与通用度大幅提升,并能避免用户不当使用,如连接错误的插头。然而,有些注意事项需要留意。终端产品设计师为了满足市场对装置轻巧的需求,USB-C 接口的电触点间隔紧密。CC (控制) 及高速分差讯号引脚与 USB Type-C 接头的 VBUS 引脚距离格外靠近。若导电的碎片落入插座中、不当插入插头或严重撞击电线接头或设备时,可能会导致相邻联机短路。

 

Electrical Threats to USB Type-C Ports and How to Prevent Them USB Type-C connector

 

更大功率 = 更多风险

请记住,USB PD 标准可承受远高于 5V 的电压充电。连接装置最高可承受高达 20V 的电压及 5A 的电流。若 VBUS 接头与讯号或 CC 线路在上述状况下发生短路,可能造成严重后果。

为避免 USB-C 端口受损,USB-IF 认证的接口需具备过电压或过电流保护措施。这项规定也要求 ESD 保护达 ±8kV 的接触放电。

 

保护条款

连接器后方的电路可受嵌入场效晶体管保护,监测到电压过高时,将切断电路,但是还需参照其他标准。为达快速保护效果且几乎不影响讯号速度,需具低电容与低插入损耗。此外,保护装置需在过电压事件发生后,自动重新启动,确保在持续故障下继续保护。

 

非一般保护

Diodes 具一系列 IC 组合,透过参考典型使用案例的设计,帮助采用经认证的 USB-C 接口,包含保护装置、接口控制器、充电控制器及高速切换器与多任务器。

DIODES™ DPO2036DBB 与符合汽车规格 AEC-Q100 Grade 1 等级规范的 DPO2039DABQ 皆融合四个通道的保护性 FET ( 1)VBUS 短路时可快速阻隔电路。超过设定阀值时,将关闭过电压的 FET,连接器的过电压线与系统分离,保护连接器后的电路。此时也会出现一个警讯,通知系统过压的情况。

 

ESD Protection (with TVS), Overvoltage Protection, Charge Pump Gate Driver, Control Logic Fault Report, System Protection

图 1:DPO2039DABQ 功能方块图。

温度过高时也会触动阻隔,避免连接设备发生短路。两者皆有自动恢复功能,并能从任一连接装置获取电力,即使系统端的电池电力已耗尽,仍能持续保护设备。亦包含法规要求的 ESD 保护及 IEC 61000-4-2 4 级。

有关 DPO2036DBBDPO2039DABQ USB-C 装置完整系列的更多信息及支持,包含参考设计,请至 https://www.diodes.com/protocols/usb-type-c/ 进一步了解。

 

USB Type-C® 和 USB-C® 为 USB 开发者论坛 (USB Implementers Forum) 的注册商标

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