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USB Type-C コネクタのトラブルを防止する3つの設計ポイント

最終製品を保護するために想定されるトラブルとは

ノートパソコンやその周辺USBデバイスを中心に、上下反転可能なプラグと向きを反転できるケーブルの使用を特長とするUSB Type-Cコネクタ/レセプタクル(以降、USB Type-Cコネクタと省略)を搭載した機器を目にすることが多くなってきました。

一方で、USB Type-Cコネクタは従来のUSBコネクタよりも小型形状である事や、USB パワーデリバリー(USB Power Delivery)という新たな規格に関連する事から、最終製品を保護するという観点で考慮すべきポイントがあります。

本記事ではUSB Type-Cコネクタを搭載する際に想定されるトラブルを防止する設計ポイントに関して説明します。まずは、代表的なトラブルの要因を3つ紹介します。

代表的な3つのトラブル要因

1. USB Type-Cコネクタ部から印加される静電気

USB Type-Cコネクタから直接接続される、装置内のType-Cデバイス(Type-C/PDコントローラ等)は、ある一定レベルの静電気耐圧(HBM, CDM)がありますが、この基準は最終製品における静電気からの保護を保証したものではありません。

最終製品にはIEC61000-4-2準拠のESD耐圧が求められるため、“専用のESD保護デバイス”が必要になります。

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静電気パルス波形(IEC vs HBM,CDM)

2. 各ピンピッチが近接して配置されている事に起因したピン間接触の可能性

USB Type-Cのコネクタは従来のUSB Type-Aよりも小型化になったにも関わらず、ピン数が24本に増加しています。(以下参照)

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Type-AとType-Cコネクタの比較と、Type-Cコネクタのピン配置

これにより、挿抜時の(物理的な)ねじれや水平方向のずれ、もしくは水分や金属片等が付着することでピン間が短絡し、内部システムの破損に繋がる可能性があります。

CC、SBUピンがパワーデリバリへの対応で最大20VのVBUSピンに接触することが考えられますので、それらのピンに対して“VBUS短絡保護デバイス”が必要になります。

3. USB Type-C/パワーデリバリーの仕様を満たしていない製品との接続

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イメージ図

3つ目を説明する前に、まずUSB パワーデリバリーについて説明します。USB パワーデリバリー(以降PD)は、USBの電力供給に関する規格で、最大20V/5A(100W)の給電が可能です。

PDのネゴシエーション前に20Vを出力するような(USB Type-C非準拠)USBアダプタをVBUSが5V仕様であるUSBデバイスと接続した際、USBデバイスのVBUS耐圧を超える事で破損に繋がる可能性があります。そのため、VBUS部分にはそれに耐えうるように“VBUS過電圧保護デバイス”が必要になります。

これらのトラブルをまとめて予防するには?

これらの問題は、USB Type-C向けプロテクション製品を利用することで、予防が可能です。

Texas Instruments社(以降TI)では、“VBUS短絡保護+ESD保護”デバイスと“VBUS過電圧保護”デバイス、“ESD保護”デバイスを使う事でまとめて予防する事が可能です。

保護デバイス1(VBUS短絡保護+ESD保護)

VBUSピンに隣接しているCC、SBUピンのVBUS短絡保護機能を持ち、かつCC、SBUピンとD+/D-ピンのESD保護を含んだデバイスです。

保護デバイス2(ESD保護)

Super Speed(USB3.1)の信号が接続されるTX、RXピンをESDから保護するデバイスです。

保護デバイス3 (VBUS過電圧保護)

5V仕様であるVBUSを、外部から印加される20Vから守るためのデバイスです。

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デバイス使用イメージ

USB Type-Cコネクタのトラブル予防製品に関するお問い合わせはこちら

今回はUSB Type-Cコネクタでトラブルを引き起こしやすい事象を予防する製品について、ご紹介しました。

上記の保護デバイス1(VBUS短絡保護+ESD保護)で紹介した内容について、詳しく知りたい方は、具体的にどの製品を使えば良いか下記の記事で紹介しています。是非こちらもご覧ください。
USB Type-Cのピンを保護!VBUS短絡保護+ESD保護デバイスTPDxS300シリーズ

その他のTI社でご用意している保護製品は以下をご覧ください。
USB Type-C ポート保護機能製品

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