当前位置：首页 > 电源 > 功率器件

如何保护 USB Type-C™ 控制器免受传统适配器的影响

时间：2021-11-24 15:16:38

关键字： USB Type-C端口连接保护

手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[导读]在过去几年中，越来越多的笔记本电脑和智能手机等门户设备采用 USB Type-C™ 作为接口端口。USB Type-C 连接器是一种全新的 USB 连接器。

1.前言

在过去几年中，越来越多的笔记本电脑和智能手机等门户设备采用 USB Type-C™ 作为接口端口。USB Type-C 连接器是一种全新的 USB 连接器。它具有一组出色的外形、额定功率和数据传输速度改进。除了它的万兆每秒（Gbps）带宽和交替模式视频功能之外，还有两个非常有价值的优点：可正反插的插头和智能大功率功能。可正反插的插头的价值显而易见：我们终于可以轻松接入设备，而不必翻转插头（通常需要两次）。但这个充电协议最重要的变化是 USB Type-C 引入了一个新引脚，即配置通道 (CC) 引脚，用于在不同设备之间进行协商。

2.如何对USB接口进行保护

传统适配器使用 D+/D- 线在两个设备之间执行握手。最常见的传统适配器，如图 1 所示，通常有一个 Type A 端口作为输出，以便不同的电缆可以匹配不同的手机；例如，Android 手机的 A-uB 数据线，iPhone 的 A-lighting 数据线等。USB Type-C 也有 AC 数据线，因此可以通过传统适配器进行充电。

图 1：传统 USB 适配器

为了给用户提供最佳的使用体验，一些USB Type-C产品制造商设计了他们的USB Type-C产品，以支持通过CC的新USB Type-C充电协议以及现有的充电协议。在当前的 USB 产品中使用 D+/D-，某些充电协议不能用于 USB Type-C 连接器（请参阅 USB Type-C 电缆和连接器规范，修订版 1.2 的第 4.8 节）。

问题就在这里。USB Type-C 连接器具有与传统适配器兼容的 AC 电缆，并且 USB Type-C 插头内有一个内部上拉电阻 (Rp)（请参阅 USB Type-C 规范的第 3.5 节）以启用检测 USB Type-C 设备。一旦V BUS 上存在直流电压，并且USB Type-C 插头插入USB Type-C 设备，V BUS将拉高CC 引脚的电压电平以通知USB Type-C 控制器，如图所示在图 2 中。

图 2：传统适配器到 USB Type-C 产品连接

USB Type-C连接器即使不兼容QC等快充协议，上述不规范的USB Type-C产品也会支持这些高压协议。在这种情况下，通过 D+/D- 线与传统适配器成功握手后，V BUS可能会增加到 9V 或 12V。该高压将通过 Rp 施加到 USB Type-C 控制器的 CC 引脚。不幸的是，最常见的 USB Type-C 控制器无法处理如此高的电压，因为它超出了 USB Type-C 规范。为了防止 USB Type-C 控制器在通过 Rp 绑定到 VBUS 的情况下损坏，需要兼容的 USB Type-C 设备。

保护 USB Type-C 控制器的一种简单方法是在 USB Type-C 控制器的 CC 引脚和地之间添加一个齐纳二极管。该齐纳二极管可以将 CC 线的电压钳位在安全范围内。但我需要强调两点：

· 齐纳二极管的钳位电压应高于 CC 引脚的正常电压，低于最大额定电压。但由于齐纳二极管的击穿电压总是随其自身的电流（在这种情况下，与 V BUS电压成正比）和温度而变化，因此选择合适的齐纳二极管并不容易。

· 通过齐纳二极管从 V BUS 流到地的电流会带来额外的损耗。在最坏的情况下，此电流可能高达几毫安（假设 V BUS可能高达 20V 且 Rp 低于 10KOhm ）。

另一种保护 USB Type-C 控制器的方法是使用阻塞场效应晶体管 (FET)，在图 3 中标记为 QB，QB 将 USB Type-C 控制器与 V BUS隔离。QB 插入 USB Type-C 插座和 USB Type-C 控制器之间。当 USB Type-C 插座的 CC 引脚发生过压事件时，它可以关闭，以便 USB 供电控制器不会看到如此高的电压。然而，这会带来一个额外的路径，包括一个下拉电阻（图 3 中的 RD）及其控制 FET（图 3 中的 QD）。如果电池没电，QD 将开启以在 CC 引脚上执行 RD。QD 的附加逻辑电路也可能会牺牲一些电路板空间。

一个不错的选择是采用 USB Type-C 端口保护集成电路 (IC)，例如 TPD2S300，它集成了 USB Type-C 设备所需的所有功能。该 IC 不需要额外的保护和逻辑电路。还集成了静电放电 (ESD) 保护。图 3 显示了使用 TPD2S300 的典型电路。

图 3：CC 引脚的 TPD2S300 电路

为了保护 USB Type-C 设备（例如移动电源或智能手机）免受市场上不规则适配器或充电器的影响，需要使用齐纳二极管、阻塞 FET 或保护 IC 对 USB Type-C 端口进行额外保护。