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使用USB Type-C电缆快速充电的一大问题

作者:Todd Phillips时间:2019-08-12来源:电子产品世界收藏

Todd Phillips(Littelfuse公司 电子业务部)

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201908/403608.htm

摘要:符合USB-PD和USB Type-C规格的快速充电器和电缆可支持高达100 W的充电功率,因此,设计者需要考虑与电缆到设备连接处的电源和温度管理相关的安全问题。紧凑型的PolySwitch setP数字温度指示器是为保护USB-C电缆免受过温状况影响而开发的最新器件之一。

关键词:      

引言

  电缆到设备的连接可能会积聚污染物导致它们快速升温从而容易损坏或毁坏电缆和移动设备决方法更好的电路设计和温度监控

  尽管智能手机和其他移动设备的无线充电越来越普及但充电线不太可能很快完全消失这是因为有线充电为某些用户提供了超越无线充电的显著优势——主要是有线充电提供了更快的充电速度

  USB开发者论坛USB-IF开发的USB供电USB-PDUSB Type-C连接器以及电缆组件规范是最新一代有线充电解决方案的核心USB供电规范通过单根电缆提供更灵活的电力传输和数据实现了USB的最大功能

  符合USB-PDUSB Type-C规格的快速充电器和电缆可支持高达100 W的充电功率根据所涉及的设这意味着他们可以比无线充电器更快地为手机或其他设备充电带有足够长电缆的有线充电器还允许用户在充电时与他们的设备保持互动这对于经常使用手机的人来说是一个主要优势

  尽管这些优点对用户很重要但对于设计人员来考虑与电缆到设备连接处的电源和温度管理相关 的安全问题同样重要如果没有适当的电路设计括温度监测),电缆和连接器可能会在连接内部积聚污染物导致它们快速升温从而容易损坏或损坏电缆和移动设备

1  USB Type-C有线充电的基础知识

  在任何充电系统中三个独立的产品必须一起工——正在充电的设备电缆和充电器USB Type-CUSB-C电缆具有一个或多个对称因此可逆24针连接器USB-C充电器的一端有一个AC插头用于插入墙上插座),另一端是带有USB-C连接器的电缆用于插入要充电的设备或用于插入在USB-C电缆中的USB-C输出端口

  从安全角度来看USB-C电缆必须能够承载适当的电压和电流对于带有外加电缆或固定电缆的充电电缆必须能够承载充电器的最大输出电压带有USB-C插头的电缆必须能够承载21 V电压和至少3 A的电流带有特殊电子标记IC的电缆可承载5 A的电放置在电源路径中的任何器件尤其是保护器也必须能够承受这些电压和电流

2  USB-C充电损坏的根源

      USB-C连接器的引脚间距为0.5 mm——比USB Type-A连接器中的2.5 mm引脚间距更紧密。这种更紧凑的间距显著增加了可能导致发热的故障风险。当连接器针脚变形或变脏,金属颗粒、头发或其它碎屑卡在USB-C电缆连接器中时,可能会产生电源线到地的阻抗故障。即使仅增加很小的电流时,这些阻抗故障仍可能导致危险的温升。损坏电缆和设备,甚至引起火灾的情况已经被报道(图1

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     保护USB电缆免于过热的传统方法包括在VBUS源线上放置聚合物正温度系数器件PPTC或微型断路器也称为热断路器)。所选择的器件将被放置 在连接器内部的印刷电路板上以感测由阻抗故障引起的温度升高

  然而当试图保护高达100 W使用这种方法可能会对设计工程师造成挑战在电源线路中添加保护装置的一个缺点是其电阻即使只是毫欧姆的电也会造成有效功率损失使制造商更难满足强制性的效率要求

  USB-C连接器的封闭性也会使其很难安装保护装适用于保护60 W充电器的PPTC通常使用12103.2 mm×2.5 mm的封装而小型断路器通常更用来保护100 WPPTC和微型断路器需要更大的封装此外微型断路器的机械结构相对较弱电缆组装过程有可能使其所用的双金属片材料变形这将阻止它们对热故障提供保护

3  新位置的新保护装置

  解决这些缺点的一种方法是将一款不同类型的 保护器件放置在USB-C连接器的数据线CC 而不是VBUS线上紧凑型2.0 mm×1.2 mmPolySwitch setP数字温度指示器2是为保护 USB-C电缆免受过温状况影响而开发的最新器件之setP器件感应到温度升高然后告警使系统关闭电源。

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  因为电压高于规范中规定的值充电系统认为电缆已经脱离因此充电系统通过VBUS线关闭电源可以避免连接器电缆和设备充电过热一旦用户断开电缆并从连接器中清除碎屑电缆就可以恢复正常操作

  凭借紧凑的08052.0 mm×1.2 mm封装setP器件比过去在此应用中的大多数其它解决方案至少小30%。它们刚性的物理结构还使它们能够可靠地承受现代电缆组装和成型操作它们非常适合用于USB-C充电线USB供电充电和带有USB Type-C线的充电器

4  结论

        USB-C电缆为用户提供了一种快速简单的方式来为移动设备充电和传输数据现在随着温度指示 新解决方案的开发他们可以保证该过程也将更加安全

作者简介:

        Todd Phillips,全球市场经理,于2006年加入Littelfuse,现在的业务重点是数据中心和云设施、LED照 明以及移动和可穿戴市场的垂直细分市场活动。

(注:本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第8期第33页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。)



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