USB Type-C 和 USB PD 高电流实现

除了影响所有 USB 系统的 ESD 风险外，USB Type-C 还导致了一些特有的故障模式。这些模式由两种因素共同影响造成：USB PD 高功率输送和紧凑的几何形状。如果传统 USB 系统采用 USB 2.0 或 3.0 通信协议，则可以使用 USB PD 实现高功率输送。然而，传统 USB 连接器(图 1)对几何形状的要求并不那么严格，在一定程度上降低了非 USB Type-C 应用的故障风险。

 

 

图 1：USB Type-C 的普及一定程度上归因于其紧凑、可反转的连接器。而缺点是引脚间距小于像 USB Type-A 之类旧版 USB 连接器。Type-C 引脚间距减小，导致短路概率增大。

USB Type-C 连接器的引脚间距仅是 Type A 连接器的四分之一。当引脚间距减小后，在高电流/电压条件下，扭转电缆或拔下连接器时会导致灾难性短路概率增大。连接器内的碎屑堆积可能造成类似的灾难性后果。此外，Type-C 的普及促成了大量第三方电缆和电源适配器。其中多数无法适应 USB Type-C 和 USB PD 标准支持的高电流。与其他版本的 USB 技术相比，紧凑型连接器的机械应力、碎屑和不合规电缆，以及高电流/电压增加了 USB Type-C 系统短路的风险。如果连接器的相邻引脚 VBUS 和 CC 或 SBU 之间发生短路，下游电路可能会受到 20 V 浪涌电压的损坏(图 2)。

 

 

图 2：USB 插座(未显示所有引脚)剖面图说明了 CC(连接/配置)引脚与 SBU(边带/音频适配器附件配置/需定义的附加功能)引脚相邻于总线电源 

PD 控制器的短路风险特别高，因为器件直接连接 CC 引脚并且设计最高运行电压为 5 V。由于在 USB PD 期间，PD 控制器负责协调充电器和被充电装置之间的最大电流和电压电平，因此保护好这些器件非常重要。PD 控制器损坏引起的 USB PD 异常运行，可能成为安全隐患。例如，未受保护的壁式适配器发生短路时，会导致下游 PD 控制器受损(图 3)。

 

 

图 3：故障壁式适配器可能会在 VBUS 和 CC 引脚之间短路，使下游 PD 控制器面临 20 V 的电压伤害。