Een overzicht van USB Type-C in Power-Only ontwerpen

Met de introductie van de eerste USB-standaard in 1996 hebben de USB-connectors en de bijbehorende standaarden in de loop der jaren een groot aantal veranderingen ondergaan op het gebied van het type fysieke connector, de datasnelheden en de mogelijkheden voor energieoverdracht. Toen USB Type-C® in 2014 in de vouw ging, vertegenwoordigde het de nieuwste fysieke standaard, waardoor gebruikers meer mogelijkheden en flexibiliteit kregen dankzij het bidirectionele, omkeerbare pakket, de snellere gegevensoverdracht en de hogere vermogensspecificatie. Een USB-connector is uiteindelijk gebonden aan deze drie verschillende, maar bijbehorende, standaarden: de fysieke connector, het datatransmissieprotocol en de stroomtoevoer. Er ontstaat echter vaak verwarring als men kijkt naar de relatie tussen de normen. Voordat we de nieuwe trend van alleen maar power-only USB Type-C-connectors bespreken, is het de moeite waard om de aansluiting van de verschillende USB-standaarden te verduidelijken.

Inzicht in de USB-standaarden

Vanaf een hoog niveau definieert de nieuwste USB Type-C-standaard alleen de fysieke connector die gebruikers zien in veel van de hedendaagse mobiele telefoons en elektronische apparaten. Gegevensoverdrachtprotocollen, zoals USB 3.2 en zelfs nu met USB 4, zijn alleen van toepassing op het elektrische signaal. Hoewel ze vaak samen worden gebruikt, kan een technicus een systeem maken met behulp van de USB 3.2-specificatie voor gegevensoverdracht en een eigen, eigen connector die niet voldoet aan de fysieke USB-connectorstandaard.

Hetzelfde geldt voor de USB Power Delivery (PD) specificatie. Door zijn ontwerp ondersteunt een USB Type-C connector tot 5 A stroomsterkte en 20 V_DC spanning voor maximaal 100 W vermogenstransfer zoals gedefinieerd in USB PD 3.0. De USB PD 3.1-standaard, die in 2021 werd uitgebracht, heeft sindsdien de mogelijkheden voor energieoverdracht van Type C uitgebreid tot 240 W. Terwijl USB Type-C-connectors USB PD kunnen ondersteunen, wordt de Power Delivery-specificatie echt bepaald door het oplaadcircuit en slechts beperkt door de spanning en de huidige mogelijkheden van de fysieke connector. Deze hogere vermogenscapaciteit die wordt ondersteund door USB Type-C-connectors heeft echter geleid tot een nieuwe wereld van vermogensmogelijkheden.

Afbeelding 1: Toename van USB-stroomniveaus (Bron afbeelding: Same Sky)

Voordelen varn de USB Type-C-connector in vermogensontwerpen

Met zestien contacten voor gegevensoverdracht, vier voedingscontacten en vier massacontacten ondersteunt een standaard USB Type-C-connector met 24 contacten tot 240 W energieoverdracht. Dit maakt de USB Type-C-connector een intrigerende oplossing voor voedingstoepassingen met de mogelijkheid om een standaard gelijkstroomconnector te vervangen, zelfs als er geen gegevensoverdracht nodig is.

Standaardisatie is een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van USB voor de stroomvoorziening. USB-connectors worden op grote schaal toegepast in veel verschillende industrieën en Type-C blijft zich vestigen als de universele connector in telefoons en mobiele apparaten. Daarom heeft de Europese Unie al besloten om de USB Type-C connector als standaard te gaan gebruiken voor alle toekomstige apparaten die in haar regio worden gekocht en verkocht. Voor een eindgebruiker kan het gemak van een enkele, kant-en-klare kabel voor de interface met een grote verscheidenheid aan producten niet worden onderschat. OEM's profiteren ook van een stabiele toeleveringsketen, aangezien USB-connectors eenvoudig te vinden zijn en hun standaardisatie een niveau van interoperabiliteit garandeert. Door deze standaardisatie worden ook de uitdagingen van de ontwerpintegratie kleiner. Bovendien bieden USB Type-C-connectors doorgaans een kleinere pakketgrootte dan een aantal barrelconnectors, evenals een hoge betrouwbaarheid en een langere levensduur met een nominale koppelcyclus van 10.000.

Uitsluitend USB Type-C-connectors

Vanwege de voordelen die in de vorige paragraaf zijn opgesomd, heeft Same Sky Power-only USB Type-C-receptacles ontwikkeld voor toepassingen waarbij opladen of stroom leveren het enige beoogde gebruik is. De 60 W power-only USB Type C-receptacles van Same Sky verwijderen de zestien contacten voor gegevensoverdracht en twee van de massacontacten, zodat er slechts vier voedingscontacten en twee massacontacten overblijven.

Afbeelding 2: 24-contact Type-C vs 6-contact power-only Type-C (Bron afbeelding: Same Sky)

Door het verwijderen van de zestien contacten leidt het vereenvoudigde ontwerp van de connector tot een aanzienlijke kostenreductie met slechts zes contacten in vergelijking met een standaard 24-contact type-C. Dit vermindert niet alleen de kosten van het onderdeel, maar het vermindert ook de complexiteit en het faalpercentage met minder contacten en bijbehorende soldeerverbindingen om te falen. Hoewel deze uitsluitend voor voeding bestemde USB Type-C-connectoren geen gegevens overdragen, zijn ze toch compatibel met elke standaard data+power USB Type-C-kabel. Dit draagt bij aan hun gemak, zonder extra hardware of eisen bij de koppeling tussen de connector en de kabel.

Merk op dat wanneer de pinnen voor gegevensoverdracht zijn verwijderd, het onderhandelingsproces voor USB 3.0-voeding niet plaatsvindt, wat betekent dat het oplaadapparaat terug zal vallen op de standaard stroomoverdrachtsnelheid van 5 V en 1 A. In alle andere gevallen werkt de connector als elke andere voedingsaansluiting, waarbij het opladen wordt geregeld door de adapter/het oplaadcircuit.

Extra vermogensscenario's

Hoewel het een geschikte optie is voor een verscheidenheid aan toepassingen en ontwerpen, hebben speciale voedingsopties, zoals dc-voedingsconnectors, nog steeds hun plaats. Bovenal zijn USB Type-C-connectors, met een limiet van 240 W stroomoverdracht, simpelweg geen optie voor ontwerpen die meer dan 240 W vereisen. De USB PD 3.1 biedt echter nog meer vermogensmogelijkheden vergeleken met de vorige limiet van 100 W. Hoewel gestandaardiseerde voetafdrukken in veel scenario's voordelen bieden, zijn er waarschijnlijk gevallen waarin een andere voetafdruk of verpakkingstype een geschiktere optie kan zijn. Met andere woorden, wanneer een meer aangepaste connector nodig is, kan USB Type-C worden beperkt door zijn gestandaardiseerde afmetingen en limieten. Voor meer informatie over wanneer andere voedingsconnectoren nog steeds de beste oplossing kunnen zijn, lees Same Sky-blog op selecteren van een dc-voedingsconnector.

Vooruit kijken met USB Type-C

USB Type-C-connectors en hun wijdverspreide toepassing hebben de ingenieurs een nieuwe manier gegeven om het stroombeheer en de transmissie te bekijken. Hoewel het geen allesomvattende oplossing is, zullen de voedingscapaciteiten van Type-C tot 240 W en de wereldwijde standaardisatie het een sterke positie geven in een breed scala aan producten en toepassingen. Met hun lage kosten en vereenvoudigde ontwerpintegratie bieden de Power-only USB Type-C receptacles van Same Sky ingenieurs een aantrekkelijke optie wanneer stroomvoorziening de enige functie is.

Same Sky biedt momenteel horizontale of verticale 60 W power-only USB Type C-receptacles met een maximale stroomsterkte van 3 A en een spanning van 20 V_DC.