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使用USB Type-C電纜快速充電的一大問題

作者:Todd Phillips 時間:2019-08-12 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

Todd Phillips(Littelfuse公司 電子業(yè)務(wù)部)

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201908/403608.htm

摘要:符合USB-PD和USB Type-C規(guī)格的快速充電器和電纜可支持高達(dá)100 W的充電功率,因此,設(shè)計者需要考慮與電纜到設(shè)備連接處的電源和溫度管理相關(guān)的安全問題。緊湊型的PolySwitch setP數(shù)字溫度指示器是為保護(hù)USB-C電纜免受過溫狀況影響而開發(fā)的最新器件之一。

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引言

  電纜到設(shè)備的連接可能會積聚污染物導(dǎo)致它們快速升溫,從而容易損壞或毀壞電纜和移動設(shè)備。決方法更好的電路設(shè)計和溫度監(jiān)控。

  盡管智能手機(jī)和其他移動設(shè)備的無線充電越來越普及,但充電線不太可能很快完全消失。這是因為有線充電為某些用戶提供了超越無線充電的顯著優(yōu)勢——主要是有線充電提供了更快的充電速度。

  USB開發(fā)者論壇USB-IF開發(fā)的USB供電USB-PDUSB Type-C連接器以及電纜組件規(guī)范是最新一代有線充電解決方案的核心。USB供電規(guī)范通過單根電纜提供更靈活的電力傳輸和數(shù)據(jù),實現(xiàn)了USB的最大功能。

  符合USB-PDUSB Type-C規(guī)格的快速充電器和電纜可支持高達(dá)100 W的充電功率。根據(jù)所涉及的設(shè),這意味著他們可以比無線充電器更快地為手機(jī)或其他設(shè)備充電帶有足夠長電纜的有線充電器還允許用戶在充電時與他們的設(shè)備保持互動這對于經(jīng)常使用手機(jī)的人來說是一個主要優(yōu)勢。

  盡管這些優(yōu)點對用戶很重要,但對于設(shè)計人員來考慮與電纜到設(shè)備連接處的電源和溫度管理相關(guān) 的安全問題同樣重要。如果沒有適當(dāng)?shù)碾娐吩O(shè)計括溫度監(jiān)測),電纜和連接器可能會在連接內(nèi)部積聚污染物,導(dǎo)致它們快速升溫從而容易損壞或損壞電纜和移動設(shè)備。

1  USB Type-C有線充電的基礎(chǔ)知識

  在任何充電系統(tǒng)中,三個獨立的產(chǎn)品必須一起工——正在充電的設(shè)備、電纜和充電器USB Type-CUSB-C電纜具有一個或多個對稱因此可逆24針連接器。USB-C充電器的一端有一個AC插頭用于插入墻上插座),另一端是帶有USB-C連接器的電纜用于插入要充電的設(shè)備或用于插入在USB-C電纜中的USB-C輸出端口

  從安全角度來看,USB-C電纜必須能夠承載適當(dāng)的電壓和電流。對于帶有外加電纜或固定電纜的充電,電纜必須能夠承載充電器的最大輸出電壓。帶有USB-C插頭的電纜必須能夠承載21 V電壓和至少3 A的電流帶有特殊電子標(biāo)記IC的電纜可承載5 A的電。放置在電源路徑中的任何器件尤其是保護(hù)器,也必須能夠承受這些電壓和電流

2  USB-C充電損壞的根源

      USB-C連接器的引腳間距為0.5 mm——比USB Type-A連接器中的2.5 mm引腳間距更緊密。這種更緊湊的間距顯著增加了可能導(dǎo)致發(fā)熱的故障風(fēng)險。當(dāng)連接器針腳變形或變臟,金屬顆粒、頭發(fā)或其它碎屑卡在USB-C電纜連接器中時,可能會產(chǎn)生電源線到地的阻抗故障。即使僅增加很小的電流時,這些阻抗故障仍可能導(dǎo)致危險的溫升。損壞電纜和設(shè)備,甚至引起火災(zāi)的情況已經(jīng)被報道(圖1。

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     保護(hù)USB電纜免于過熱的傳統(tǒng)方法包括在VBUS源線上放置聚合物正溫度系數(shù)器件PPTC或微型斷路器也稱為熱斷路器)。所選擇的器件將被放置 在連接器內(nèi)部的印刷電路板上以感測由阻抗故障引起的溫度升高。

  然而,當(dāng)試圖保護(hù)高達(dá)100 W,使用這種方法可能會對設(shè)計工程師造成挑戰(zhàn)。在電源線路中添加保護(hù)裝置的一個缺點是其電阻,即使只是毫歐姆的電,也會造成有效功率損失,使制造商更難滿足強(qiáng)制性的效率要求。

  USB-C連接器的封閉性也會使其很難安裝保護(hù)裝適用于保護(hù)60 W充電器的PPTC通常使用12103.2 mm×2.5 mm的封裝,而小型斷路器通常更。用來保護(hù)100 WPPTC和微型斷路器需要更大的封裝。此外微型斷路器的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對較弱,電纜組裝過程有可能使其所用的雙金屬片材料變形這將阻止它們對熱故障提供保護(hù)。

3  新位置的新保護(hù)裝置

  解決這些缺點的一種方法是將一款不同類型的 保護(hù)器件放置在USB-C連接器的數(shù)據(jù)線CC 而不是VBUS線上。緊湊型2.0 mm×1.2 mmPolySwitch setP數(shù)字溫度指示器2是為保護(hù) USB-C電纜免受過溫狀況影響而開發(fā)的最新器件之。setP器件感應(yīng)到溫度升高,然后告警使系統(tǒng)關(guān)閉電源。

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  因為電壓高于規(guī)范中規(guī)定的值,充電系統(tǒng)認(rèn)為電纜已經(jīng)脫離因此充電系統(tǒng)通過VBUS線關(guān)閉電源。可以避免連接器,電纜和設(shè)備充電過熱一旦用戶斷開電纜并從連接器中清除碎屑,電纜就可以恢復(fù)正常操作。

  憑借緊湊的08052.0 mm×1.2 mm封裝setP器件比過去在此應(yīng)用中的大多數(shù)其它解決方案至少小30%。它們剛性的物理結(jié)構(gòu)還使它們能夠可靠地承受現(xiàn)代電纜組裝和成型操作。它們非常適合用于USB-C充電線,USB供電充電和帶有USB Type-C線的充電器。

4  結(jié)論

        USB-C電纜為用戶提供了一種快速簡單的方式來為移動設(shè)備充電和傳輸數(shù)據(jù)。現(xiàn)在,隨著溫度指示 新解決方案的開發(fā),他們可以保證該過程也將更加安全。

作者簡介:

        Todd Phillips,全球市場經(jīng)理,于2006年加入Littelfuse,現(xiàn)在的業(yè)務(wù)重點是數(shù)據(jù)中心和云設(shè)施、LED照 明以及移動和可穿戴市場的垂直細(xì)分市場活動。

(注:本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第8期第33頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。)



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