Yleiskatsaus USB Type-C:n vain-virta-malleihin

Ensimmäisen USB-standardin käyttöönoton jälkeen vuonna 1996 USB-liittimissä ja niihin liittyvissä standardeissa on vuosien mittaan tapahtunut lukuisia muutoksia fyysisissä liitintyypeissä, tiedonsiirtonopeudessa ja virransiirtokyvyssä. Kun USB Type-C® (USB-C) liittyi joukkoon vuonna 2014, se edusti uusinta fyysistä standardia tarjoten käyttäjille korkeampaa kapasiteettia ja joustavuutta kaksisuuntaisuuden, käännettävän mallin, nopeamman tiedonsiirtonopeuden ja korkeamman virtaspesifikaation ansiosta. USB-liitin on loppujen lopuksi yhteydessä näihin kolmeen erilliseen, mutta toisiinsa liittyvään standardiin: fyysinen liitin, tiedonsiirtoprotokolla ja virranjako. Usein kuitenkin syntyy hämmennystä tarkasteltaessa standardien välistä suhdetta. Ennen kuin keskustelemme vain virransyöttöön tarkoitettuja USB-Type-C-virtaliittimiä koskevasta uudesta trendistä, on aiheellista selventää eri USB-standardien välistä suhdetta.

USB-standardien ymmärtäminen

Korkealta tasolta katsottuna uusin USB Type-C -standardi määrittelee vain fyysisen liittimen, jonka käyttäjät näkevät monissa nykypäivän matkapuhelimissa ja elektronisissa laitteissa. Tiedonsiirtoprotokollat, kuten USB 3.2 ja nyt jopa USB4, koskevat vain sähköistä signaalia. Vaikka näitä käytetäänkin usein yhdessä, suunnittelija voisi luoda järjestelmän käyttämällä USB 3.2:n tiedonsiirtospesifikaatiota ja haluamaansa fyysisestä USB-liitinstandardista poikkeavaa liitintä.

Sama pätee USB Power Delivery (PD) -spesifikaatioon. Rakenteensa ansiosta USB Type-C -liitin tukee jopa 5 ampeerin virtaluokitusta ja 20 V_DC:n jännitettä, eli USB PD 3.0-spesifikaatiossa määritettyä jopa 100 W:n virransiirtokapasiteettia. Vuonna 2021 julkaistu USB PD 3.1 -standardi on sittemmin laajentanut Type C:n virransyöttökapasiteettia 240 wattiin. Vaikka USB Type-C -liittimet voivatkin tukea USB PD:tä, Power Delivery -ominaisuuksia säätelee oikeasti latauspiiri, ja sitä rajoittavat ainoastaan fyysisen liittimen jännite- ja virtaominaisuudet. Tämä USB Type-C -liittimien tarjoama korkeampi virtakapasiteetti on kuitenkin mahdollistanut uudet virtamahdollisuudet.

Kuva 1: USB-tehotason kehitys (kuvalähde: Same Sky)

USB Type-C -liittimen edut virtasuunnittelussa

Tavallisessa 24 koskettimen USB Type-C -liittimessä on 16 kosketinta tiedonsiirtoa varten, neljä kosketinta sähkövirtaa varten ja neljä maadoituskosketinta ja se tukee jopa 240 W:n virransiirtoa. Tämä tekee USB Type-C -liittimestä kiehtovan ratkaisun virtasovelluksiin, sillä se kykenee korvaamaan tavallisen DC-virtaliittimen silloinkin kun tiedonsiirtoa ei tarvita.

Standardointi on yksi tärkeimmistä eduista käyttää USB:tä virransyöttöön. USB-liittimiä käytetään yleisesti monilla eri teollisuudenaloilla, ja Type-C vakiinnuttaa asemaansa edelleen puhelimien ja mobiililaitteiden yleisliittimenä. Tämän vuoksi Euroopan unioni on jo alkanut käyttämään USB Type-C -liitintä standardina kaikille tuleville unionin alueella ostettaville ja myytäville laitteille. Loppukäyttäjän kannalta käyttömukavuutta lisää se, että erilaisten tuotteiden yhteenkytkemiseen tarvitaan vain yksi hyllystä valmiina saatava kaapeli. Tämän merkitystä ei voida aliarvioida. OEM-valmistajat hyötyvät myös vakaasta toimitusketjusta, koska USB-liittimiä on helppo löytää ja niiden standardointi takaa tietyn tason yhteentoimivuudessa Tämän standardoinnin ansiosta myös integrointihaasteet vähenevät. Lisäksi USB Type-C -liittimet ovat tyypillisesti pienempiä kuin useat virtaliittimet ja ne tarjoavat sekä korkean luotettavuuden että pidemmän käyttöiän. Niiden liitossykliluokitus voi olla 10 000.

Vain-virta-tyyppiset USB Type-C -liittimet

Edellisessä kohdassa lueteltujen etujen vuoksi Same Sky on kehittänyt vain-virta-tyyppisiä USB Type-C -naarasliittimiä sovelluksiin, joissa ainoa käyttötarkoitus on lataus tai virransyöttö. Same Sky -yrityksen vain-virta-tyyppiset 60 W:n USB Type-C -liitännät poistavat 16 tiedonsiirtokosketinta ja kaksi maadoituskosketinta, jolloin jäljelle jää vain neljä virtakosketinta ja kaksi maadoituskosketinta.

Kuva 2: Type-C 24 koskettimella verrattuna vain-virta-tyyppiseen Type-C-liittimeen 6 koskettimella (kuvan lähde: Same Sky)

Poistamalla 16 kosketinta saadaan yksinkertaistettu liitinrakenne vain kuudella koskettimella tavanomaiseen 24 koskettimen Type-C-malliin verrattuna. Tämä tarjoaa merkittäviä kustannussäästöjä. Tämä paitsi laskee itse osan kustannuksia, mutta myös vähentää kompleksisuutta ja vikaantumisastetta, koska liittimessä on vähemmän koskettimia ja niihin liittyviä juotosliitoksia, jotka saattaisivat vikaantua. Vaikka nämä vain-virta-tyyppiset USB Type-C -liittimet eivät siirrä dataa, ne ovat silti yhteensopivia minkä tahansa normaalin data+virta USB Type-C -kaapelin kanssa. Tämä lisää niiden käyttömukavuutta, koska ne eivät vaadi lisäkomponentteja eikä niissä ole lisävaatimuksia liittimen ja kaapelin väliseen liitäntään.

Huomaa, että kun tiedonsiirtonastat on poistettu, USB 3.0 -virtaneuvotteluprosessia ei tapahdu, mikä tarkoittaa, että latauslaite palaa USB-standardin mukaiseen 5 V:n ja 1 A:n virransiirtonopeuteen. Kaikissa muissa tapauksissa liitin toimii kuten mikä tahansa muukin virtaliitin, ja lataus tapahtuu adapterin/latauspiirin ohjaamana.

Muita virtaskenaarioita

Vaikka se on sopiva vaihtoehto useisiin sovelluksiin ja erilaisiin malleihin, erillisillä virranjakovaihtoehdoilla, kuten DC-virtaliittimillä, on edelleen oma paikkansa. Ensiksikin, 240 W:n tehonsiirtorajoituksen vuoksi USB Type-C-liittimet eivät yksinkertaisesti ole vaihtoehto ratkaisuihin, joissa vaaditaan yli 240 W:n tehoa. USB PD 3.1 avaa kuitenkin entistä laajemmat tehomahdollisuudet verrattuna aiempaan 100 W:n rajoitukseen. Vaikka standardisoitu jalkajärjestys tarjoaa useissa tapauksissa etuja, voi olla tilanteita, joissa toisenlainen jalkajärjestys tai kotelotyyppi saattaisi olla parempi vaihtoehto. Toisin sanoen, kun tarvitaan räätälöidympää liitintä, USB Type-C:tä rajoittavat sen standardoitu koko ja toimintarajoitukset. Katso Same Sky -blogista DC-virtaliittimen valitseminen lisätietoja siitä, milloin muut virtaliittimet voivat edelleen olla paras ratkaisu.

Katse eteenpäin USB Type C:n kanssa

USB Type-C -liittimet ja niiden laajamittainen käyttöönotto ovat antaneet suunnittelijoille uuden mahdollisuuden tarkastella virranhallintaa ja -siirtoa. Vaikka Type-C ei olekaan joka paikkaan sopiva ratkaisu, jopa 240 watin teho ja globaali standardointi antavat sille vahvan jalansijan monissa tuotteissa ja sovelluksissa. Same Sky -yrityksen vain-virta-tyyppiset USB Type-C -naarasliittimet ovat edullisuutensa ja yksinkertaistetun suunnitteluintegrointinsa ansiosta houkutteleva vaihtoehto suunnittelijoille silloin, kun virransyöttö on ainoa toiminto.

Same Sky tarjoaa tällä hetkellä vaaka- tai pystysuuntaisia 60 W:n vain-virta-tyyppisiä USB Type-C -naarasliittimiä jopa 3 A:n virtaluokituksella ja 20 V_DC:n jännitteellä.