Přehled standardů USB typu C v provedeních pouze pro napájení

První standard USB byl představen již v roce 1996. Během následujících let došlo k mnoha změnám konektorů USB a jejich přidružených standardů, které se týkaly jak typu fyzického konektoru, rychlosti přenosu dat, tak možnosti přenosu energie. Když se v roce 2014 objevil standard USB Type-C®, představoval nejnovější fyzický standard a poskytoval uživatelům větší možnosti a flexibilitu díky svému obousměrnému, reverzibilnímu pouzdru, vyšším rychlostem přenosu dat a lepší specifikaci výkonu. Konektor USB je nerozlučně spjat s těmito třemi různými, ale souvisejícími standardy: fyzickým konektorem, protokolem pro přenos dat a dodávkou energie. Při pohledu na vztah mezi těmito standardy však často dochází ke zmatku. Než probereme nový trend konektorů USB typu C pouze pro napájení, stojí za to vyjasnit spojení různých standardů USB.

Vysvětlení standardů USB

Nejnovější standard USB typu C definuje na vysoké úrovni pouze fyzický konektor, se kterým se uživatelé setkávají v mnoha dnešních mobilních telefonech a elektronických zařízeních. Protokoly pro přenos dat, jako je USB 3.2, a nyní dokonce i USB4, se vztahují pouze na elektrický signál. Přestože se tyto prvky používají často společně, technik by mohl vytvořit systém pomocí specifikace přenosu dat USB 3.2 a vlastního patentovaného konektoru, který by standardu fyzického konektoru USB neodpovídal.

Totéž platí pro specifikaci USB Power Delivery (PD). Díky své konstrukci podporuje konektor USB typu C jmenovitý proud až 5 A a jmenovité napětí až 20 V_DC pro schopnost přenosu napájení až 100 W definovanou ve standardu USB PD 3.0. Standard USB PD 3.1 byl vydán v roce 2021 a od té doby rozšířil možnosti přenosu energie typu C až na 240 W. Zatímco konektory USB typu C mohou standard USB PD podporovat, specifikace Power Delivery se ve skutečnosti řídí nabíjecím obvodem a je omezena pouze možnostmi proudu a napětí fyzického konektoru. Tato schopnost vyššího výkonu, kterou konektory USB typu C podporují, je však přivedla do nového světa možností napájení.

Obrázek 1: Posun úrovní napájení USB (Zdroj obrázku: Same Sky)

Výhody konektoru USB typu C při návrhu napájení

Standardní 24kontaktní konektor USB typu C se šestnácti kontakty pro přenos dat, čtyřmi napájecími kontakty a čtyřmi zemnicími kontakty podporuje přenos energie až 240 W. Díky tomu je konektor USB typu C zajímavým řešením pro napájecí aplikace se schopností nahradit standardní DC napájecí konektor i v případě, že přenos dat není potřeba.

Standardizace představuje jednu z hlavních výhod využití USB pro poskytování napájení. Konektory USB se široce využívají v mnoha různých průmyslových odvětvích a typ C se nadále prosazuje jako univerzální konektor v telefonech a mobilních zařízeních. Z tohoto důvodu již Evropská unie přistoupila k přijetí konektoru USB typu C jako standardu pro všechna budoucí zařízení zakoupená a prodaná v jejím regionu. Pohodlí koncového uživatele spočívající v tom, že k propojení s nejrůznějšími produkty potřebuje pouze jeden hotový kabel, je nedocenitelné. Výrobci OEM také těží ze stabilního dodavatelského řetězce, protože konektory USB jsou snadno dostupné a jejich standardizace zajišťuje určitou úroveň interoperability. Díky této standardizaci se také omezují výzvy integrace návrhu. Kromě toho konektory USB typu C obvykle nabízejí menší velikost balení než řada soudkovitých konektorů a také vysokou spolehlivost a delší životnost s 10 000 párovacími cykly.

Konektory USB typu C pouze pro napájení

Vzhledem k výhodám uvedeným v předchozí části vyvinula společnost Same Sky zásuvky USB typu C pouze pro napájení pro aplikace, kde je jediným zamýšleným použitím nabíjení nebo dodávání energie. Zásuvky USB typu C s výkonem 60 W od společnosti Same Sky odstraňují šestnáct kontaktů pro přenos dat a dva zemnicí kontakty, takže zůstávají pouze čtyři napájecí kontakty a dva zemnicí kontakty.

Obrázek 2: Konektor typu C s 24 kontakty vs. konektor typu C pouze pro napájení se 6 kontakty (zdroj obrázku: CPU Devices)

Zjednodušená konstrukce konektoru vede odebráním šestnácti kontaktů k významnému snížení nákladů s pouhými šesti kontakty ve srovnání se standardním typem C se 24 kontakty. Menší počet kontaktů a souvisejících pájených spojů, které mohou selhat, nejenže snižuje náklady na součástku, ale redukuje také složitost a počet chyb. Přestože tyto konektory USB typu C určené pouze pro napájení nepřenášejí data, jsou stále kompatibilní s jakýmkoli standardním kabelem USB typu C pro nabíjení i přenos dat. To zvyšuje jejich pohodlí bez dalšího hardwaru nebo požadavků na propojení mezi konektorem a kabelem.

Povšimněte si, že když byly odstraněny piny pro přenos dat, neprobíhá proces vyjednávání napájení USB 3.0, což znamená, že se nabíjecí zařízení vrátí na standardní přenosovou rychlost USB 5 V a 1 A. Ve všech ostatních případech bude konektor fungovat jako každý jiný napájecí konektor s nabíjením řízeným adaptérem / nabíjecím obvodem.

Další scénáře napájení

Ačkoli je tento standard vhodnou volbou pro řadu aplikací a návrhů, vyhrazené možnosti dodávky energie, jako např. DC napájecí konektory mají stále své místo. Především nejsou konektory USB typu C s limitem přenosu výkonu 240 W volbou pro návrhy vyžadující více než 240 W. USB PD 3.1 však otevírá ještě další možnosti napájení ve srovnání s předchozím limitem 100 W. Zatímco standardizované tvary nabízejí v mnoha scénářích výhody, existují pravděpodobné případy, kdy může být vhodnější jiný tvar nebo typ pouzdra. Jinými slovy, pokud je potřeba více přizpůsobený konektor, může být konektor USB typu C omezen svými standardizovanými rozměry a limity. Další informace o tom, kdy mohou být jiné napájecí konektory stále nejlepším řešením, najdete na blogu společnosti Same Sky na téma výběr stejnosměrného napájecího konektoru.

Pohled do budoucnosti standardu USB typu C

Konektory USB typu C a jejich široké rozšíření poskytly technikům nový pohled na správu a přenos energie. Ačkoli není typ C řešením pro všechny situace, jeho možnosti napájení do 240 W a globální standardizace mu poskytují silnou oporu v široké škále produktů a aplikací. Díky svým nízkým nákladům a zjednodušené integraci designu nabízejí konektory USB typu C pouze pro napájení od společnosti Same Sky technikům lákavou možnost, když má být jedinou funkcí dodávka energie.

Společnost Same Sky aktuálně nabízí horizontální nebo vertikální 60W zásuvku USB typu C pouze pro napájení s maximálním jmenovitým proudem 3 A a jmenovitým napětím 20 V _DC.