Littelfuse:助力业界应对USB-C威胁

日期:2017-03-31

 
作为全球排名第一的电路保护品牌,Littelfuse为客户提供享誉世界、顶级性能的电子、电信、汽车和电气行业品牌产品。在慕尼黑上海电子展上,Littelfuse分别展示了其最新的产品和技术,其中包括Littelfuse过去一年在汽车电子、LED照明、数据中心和云基础设施,建筑/家居自动化和物联网,白色家电等方面的突出研究成果。
 

 
Littelfuse亚太区销售副总裁Peter Kim先生表示:“Littelfuse是电路保护的全球领军企业,在电源控制和感应方面拥有不断增长的全球平台。我们正在给许多快速发展的行业带来新的产品和技术,我们希望通过加大创新技术投入促进全球领域的智能制造,特别是支持中国制造2025。”
除了新产品与技术的展示,Littelfuse同期举行了三场精彩的技术演讲:高可靠性电动汽车的电路保护、USB-C的威胁和保护,以及采用TMR技术的汽车传感器以及实现更加舒适和节能的驾驶的电子解决方案。
针对USB-C的威胁和保护的问题,记者采访了Littelfuse资深技术行销工程师游恭豪,讨论了从业界到消费者广泛关注的一些问题。
 
USB-C带来的问题
 

 
游恭豪与记者探讨了当USB-C电路失效时,如何建立安全且可靠的保护机制,减少因为过热而造成使用者受伤或装置损坏。
他首先介绍说,USB-C可广泛应用在高速数据连接与高功率电源传输,从手机、计算机,到显示器都能看见其身影。USB-C之所以如此受欢迎,日渐普及,在于其灵活设计的不同功能能够满足不同使用者的需求。其4个优势包括:小巧且正反可插的连接;功率高达100W;高速数据;以及交替模式。
游恭豪指出,USB-C给设计人员带来了独特的挑战,包括0.5毫米针脚间距的紧凑设计;10 Gbps的USB 3.1 Gen2;USB-PD高达100 W;对不受控制过热污染敏感的风险;以及曾有报道电缆和设备的热损伤(燃烧)。
他解释,即使是合格的USB-C线材或装置仍有过热的危险。常见的失效模式包括:人体接触带来的ESD静电放电;热插拔和拔去插头时的浪涌;针脚弯曲和电缆磨损引起的过载电流;棉絮、水、泥土灰尘等一起的连接器污染造成的过热现象。因此,USB-C插头易发生危险的过热问题。
 

 
在分析了脏污造成的连接器过热时,游恭豪表示,大量热量可导致连接器损坏,可能的故障位置是接触电阻增加(A点)和绝缘电阻降低(B点)。其原因在于接触针脚污染、变形、磨损、锈蚀等;或是小的异物,如金属粒子、头发、皮毛、液体等进入连接器。
 

 
Littelfuse帮助降低USB-C的风险
游恭豪告诉记者,Littelfuse的PTC的解决方案可以帮助降低USB-C的风险。自恢复型PTC可以提供过热保护,利用其电阻值随着环境温度上升而增加的特性, 达到中断USB电流的目的。脏污造成连接器发热的基本原理是由于接触针脚的污染/变形造成接触电阻(R)增加,伴随着USB Type-C的充电电流(i)增加到3A/5A,便产生可观的热来自接触针脚(i2R)。
 

 
他介绍说,Littelfuse提供USB插头里面的PTC,为USB插头/插座提供过热保护。

 
Littelfuse是SMD可恢复PTC作为USB-C过热保护的阵容如下表所示。
 

 
ESD静电保护怎样做才能合规
IEC 61000-4-2标准是国际电工委员会所颁布的一个基础性标准,它适合于各种电气与电子设备的电磁兼容性系统级测试。游恭豪说,对于USB,常用的测试级别是±8kV接触放电和±15kV空气放电,而USB类型所需的ESD保护是所有USB类型,包括USB Source主端口、USB Sink从端口和USB电缆。TVS二极管阵列可以提供ESD保护。
 

 
游恭豪强调,所有USB线路/针脚的设计都需要考虑ESD保护。为USB优化的解决方案是采用小封装的TVS二极管阵列,它可以承受高浪涌和ESD,经由低钳位电压和超低电容。
另一个问题是信号完整性,这是高速数据传输的关键。电缆组件插入损耗要求是:USB 3.1 Gen 2为-5.8 dB @ 5 GHz,1米电缆,USB 3.1 Gen 2为-11 dB @ 10 GHz,1米电缆;Littelfuse超低电容(0.1pF)TVS二极管阵列仅有-1 dB @ 5 GHz和-3 dB @ 10 GHz的损耗,对USB眼图的影响降到最低。
 

 

 
根据USB-C的连接器的ESD、过热、过流保护要求,每一个针脚都需要保护,因此必须挑选一个完美的方案
 

 
游恭豪最后总结道,USB Type-C连接器正在取代所有其他连接器,但脏污容易导致过热故障,而可恢复SMD PTC有助于防止过热。通过采用超低电容最小封装的TVS二极管阵列提供的强大的ESD和耐浪涌解决方案可以有效防止ESD事件,确保最佳的信号完整性。Littelfuse为USB-C提供了各种保护器件和保护类型。
 

 
在Littelfuse网站,工程师可以找到一些相关文献设计和选择指南,如电子产品选择指南,包括所有Littelfuse技术、所有产品规格和应用的快速参考;还有系统级ESD设计指南,讨论了多个应用,如:USB1.1/2.0/3.0、HDMI和DVI、音频(扬声器/麦克风)、键盘/按钮,等等。以及USB3.1 Type-C保护解决方案,如PTC和TVS二极管阵列解决方案快速参考。
 
www.littelfuse.com

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