纯供电型 USB Type－C 设计概览

作者：Jeff Smoot 是 CUI Devices 应用工程和运动控制部门副总裁

自 1996 年第一个 USB 标准面世以来，USB 连接器及其相关标准多年来在物理连接器类型、数据速率和电力传输能力方面经历了众多变化。当 USB Type-C® 在 2014 年登场亮相时，它代表了最新的物理标准，由于双向可反插的封装、更快的数据传输速度和更高的功率规格，为用户提供了更多的功能和灵活性。USB 连接器最终与以下三个不同但相关的标准相关联：连接器外形、数据传输协议和电力传输。然而，在审视这些标准之间的关系时，往往会产生困惑。在讨论纯供电型 USB Type-C 连接器的新趋势之前，有必要澄清一下各种 USB 标准的联系。

了解 USB 标准

从高层面来说，最新的 USB Type-C 标准只定义了用户在当今许多手机和电子设备中看到的物理连接器。数据传输协议如 USB 3.2，甚至最新的 USB 4，只适用于电信号。虽然经常一起使用，但工程师可以使用 USB 3.2 数据传输规格及其自己专用但不符合物理 USB 连接器标准的连接器，来创建一个系统。

USB 供电 (PD) 规格也是如此。由于设计，USB Type-C 连接器支持最高 5 A 的额定电流和 20 VDC 的额定电压，可实现 USB PD 3.0 中定义的高达 100 W 的电力传输能力。尽管 USB Type-C 连接器可以支持 USB 供电，但功率输送规范实际受制于充电电路，同时受到实际连接器的电压和电流容量限制。不过，USB Type-C 连接器所支持的这种更高的供电能力，使它们进入崭新的供电应用世界。

图 1：USB 功率水平的发展（图片来源：CUI Devices）

USB Type-C 连接器在电源设计中的优势

标准 24 触头 USB Type-C 连接器内置 16 个数据传输触头、4 个电源触头和 4 个接地触头，支持高达 100 W 的电力传输。这使得 USB Type-C 连接器成为极具吸引力的电源应用解决方案，即使在不需要数据传输的情况下，也能够取代标准的直流电源连接器。

标准化是利用 USB 进行电力传输的主要优势之一。USB 连接器在许多不同的行业中广泛采用，Type-C 也继续确立其作为手机和移动设备通用连接器的地位。正因为如此，欧盟已经讨论了采用 USB Type-C 连接器作为标准用于其辖区内未来购买和销售的所有设备的可能性。对于最终用户来说，只需一根现成的电缆就可连接各种产品，其便利性不言而喻。OEM 也受益于稳定的供应链，因为 USB 连接器很容易找到，而且其标准化确保了一定程度的互操作性。因为这种标准化，设计集成挑战也得以减少。此外，USB Type-C 连接器的封装尺寸通常比许多套管连接器更小，而且可靠性高、寿命长，额定配接次数高达 10,000 次。

纯供电型 USB Type-C 连接器

鉴于前文所列优点，CUI Devices 开发了一款纯供电型 USB Type-C 插座，适用于预期用途仅为充电或电力传输的应用。CUI Devices 的 60 W 纯供电型 USB Type C 插座取消了 16 个数据传输触头和 2 个接地触头，只保留 4 个电源触头和 2 个接地触头。100 W 型号则保持所有四个电源和接地触头，共有八个触头。

图 2：24 触头 Type-C 与 6 或 8 触头纯供电型 Type-C 比较（图片来源：CUI Devices）

与标准 24 触头 Type-C 相比，该连接器取消 16 个触头后，仅有 6 或 8 个触头，这种简化设计使成本大幅降低。这不仅降低了零件成本，而且由于失效的触头和相关焊点减少，降低了复杂性和故障率。虽然这些纯供电型 USB Type-C 连接器不传输数据，但仍然兼容所有标准数据 + 电源 USB Type-C 电缆。这增加了其便利性，在连接器和电缆之间连接时，无需额外的硬件，也没有额外的要求。

请注意，由于数据传输引脚已取消，USB 3.0 电源协商过程不会发生，这意味着充电设备将恢复到 5 V 和 1 A 的 USB 标准电力传输速率。在所有其他情况下，该连接器将像任何其他电源插孔一样运作，充电由适配器/充电电路管理。

其他电源方案

虽然 USB Type-C 连接器适合各种应用和设计，但专用电力传输产品如直流电源连接器，仍有其用处。最重要的是，USB Type-C 连接器的电力传输限制为 100 W，因此对于要求 100 W 以上的设计而言，根本无法选择使用。虽然标准化的封装在许多情况下都有好处，但在某些情况下，另一种尺寸或封装类型可能是更合适的选择。换句话说，当需要定制化程度更高的连接器时，USB Type-C 可能会受限于其标准化的尺寸和局限性。有关其他电源连接器在哪些情况下仍然是最佳解决方案的更多信息，请阅读 CUI Devices 关于选择直流电源连接器的博客文章。

USB Type-C 展望

USB Type-C 连接器及其广泛应用为工程师们提供了一个审视电源管理和输送的新途径。Type-C 虽然不是一个万能的解决方案，但高达 100 W 的供电能力和全球标准化为其在各种产品和应用中提供了强大的立足点。凭借其低成本和简化的设计集成，CUI Devices 的纯供电型 USB Type-C 插座在电力传输是唯一功能时为工程师提供了极具吸引力的选择。

CUI Devices 目前提供水平或垂直型 60 W 纯供电型 USB Type-C 插座，最大额定电流为 3 A，最大额定电压为 20 VDC 。100 W 版本亦已问世，新版本拥有 USB Type C 连接器支持的全 5 A 额定电流和 20 VDC 额定电压。