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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

最終製品のトラブル予防に最適な保護デバイス

先日、「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」という記事で、3つのトラブルをまとめて予防できる保護デバイスの1つとして、VBUS短絡保護+ESD保護の機能を持った製品をおすすめしました。

今回は、この機能を持ち、過電圧保護を行う事によってシステム内部とコネクタ間を絶縁し機器を保護するTexas Instruments社(以降TI社)のTPDxS300シリーズというデバイスについてご紹介します。

ピンを保護する必要性

USB Type-Cコネクタ/レセプタクル特有の破壊モードの一つに、小型形状(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があります。

以下の図をご覧いただくと、非常にUSB Type-Aより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。

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USB Type-Cコネクタのサイズとピン配列

故障を引き起こす例

例えば、Power Delivery対応で最大20VをサポートするVBUSピンの隣に配置されたCCピン、SBUピンが、Type-Cケーブル/デバイス挿抜時のねじれや水平方向のずれ、もしくは水分や金属片等の付着によってVBUSピンと短絡が起きる恐れがあります。

そのため、保護するデバイスが必要となってきます。

USB Type-C 保護デバイスのラインアップ

アプリケーションに応じて以下の3種類の“VBUS短絡保護+ESD保護”デバイスをご用意しております。D+/D-のESD保護の有無(必要なチャネル数)、SBU1/SBU2ピンを使うか否かで3種類のデバイスから選択する事ができます。
VBUS短絡保護+ESD保護デバイス ラインアップ
TPD8S300A TPD6S300A TPD2S300
CC1/CC2-VBUS (20V) 間の短絡保護
CC1/CC2のIEC ESD保護
SBU1/SBU2-VBUS (20V) 間の短絡保護 -
SBU1/SBU2のIEC ESD保護 -
D+/D-のIEC ESD保護 4ch 2ch -
VCONN電流(※1) 600mA 600mA 200mA
電源電圧 (V) 2.7-3.6 2.7-4.5 2.7-4.5
パッケージ (mm x mm) QFN(3.0x3.0) QFN(3.0x3.0) CSP(1.4x1.4)
(※1)CC1、CC2過電圧保護FETがVCONN電力用に流せる電流値を示します。

すぐに使える評価ボード TPD8S300EVM

ラインアップで紹介した3デバイスにそれぞれ評価ボードをご用意していますが、代表してTPD8S300の評価ボード「TPD8S300EVM」をご紹介します。

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TPD8S300EVM

TPD8S300EVMは両端にType-Cのオス/メス コネクタを配備しているパススルーの構成となっています。この構成のため、システムのUSBポートの動作を阻害することなく、 TPD8S300の過電圧&ESD保護機能を評価する事が可能です。

TPD8S300EVMの詳細はこちら

保護の効果

以下の波形はTPD8S300EVMを用いて実際にコネクタ側のCCピン(CH1)を24V VBUSへ短絡させた際の、システム側のCCピン波形(CH1)です。 短絡後、システム側のCCピンが7.5V(MAX)でクランプされ、短絡してから60ns以内に絶縁/保護できている事がわかります。

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出典:Texas Instruments - ユーザー・ガイド 『TPD8S300 Evaluation Module』

また、TPD8S300EVMは各CCピンとSBUピンのESDを評価するための、4つのテストポイントが用意されています。

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TPD8S300EVM

ESDのテスト方法に関しては以下のアプリケーションノートをご参照ください。
IEC 61000-4-x Tests for TI’s Protection Devices

USB Type-C 保護デバイス設置例

最後に、USB Type-C(USB3.1 Gen2)コネクタ部に配置する保護製品の一例です。
今回ご紹介したTPDxS300を中心に、TIはUSB Type-C機器を保護するためのトータルソリューションを提供しています。

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トータルソリューション例

各製品に関する詳細は、下記リンクよりご覧ください。
TPD4E02B04
TPD4E05U06
TPD1S414


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