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今天的消費(fèi)者已經(jīng)很快地對(duì)采用USB-C或USB-TypeC通信接口標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)設(shè)備變得依賴——從智能手機(jī)和平板電腦到可穿戴設(shè)備和筆記本電腦。因此，設(shè)計(jì)針對(duì)靜電放電(ESD)和過(guò)熱條件的強(qiáng)大保護(hù)從未像現(xiàn)在這樣重要。本文介紹可保護(hù)USB?Type-C連接器免受靜電放電和過(guò)熱影響的組件?今天的消費(fèi)者已經(jīng)很快地對(duì)采用USB-C或USB-TypeC通信接口標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)設(shè)備變得依賴——從智能手機(jī)和平板電腦到可穿戴設(shè)備和筆記本電腦。因此，設(shè)計(jì)針對(duì)靜電放電(ESD)和過(guò)熱條件的強(qiáng)大保護(hù)從未像現(xiàn)在這樣重要。?為了處理更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更高的功率傳輸，USB?Type-C?電纜和連接器標(biāo)準(zhǔn)已更新至2.12版本，USB-PD（功率傳輸）標(biāo)準(zhǔn)已更新至3.1版本。圖1顯示了可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型USB功能集的?Type-C?連接器。PD版本允許通過(guò)USB接口對(duì)設(shè)備進(jìn)行充電和供電。最大功率容量從2.5W(5V@0.5A)增加至100W(20V@5A)，目前已到240W(48V@5A)的功率范圍。更高的功率容量將為USB-C開啟新的供電和充電應(yīng)用，例如游戲筆記本電腦、擴(kuò)展底座、4K顯示器和電腦一體機(jī)。?圖1：USBType-A和Type-C連接器。?與Type-A連接器的4針相比，Type-C連接器有24針。Type-C連接器的信號(hào)觸點(diǎn)間距為0.5mm?對(duì)產(chǎn)品可靠性的挑戰(zhàn)?本文將介紹消除靜電放電和過(guò)熱條件導(dǎo)致故障可能性的方法。這些技術(shù)對(duì)于確保產(chǎn)品更可靠、更強(qiáng)大至關(guān)重要。?保護(hù)USB端口免受靜電放電影響?通過(guò)電纜和連接器暴露于外部環(huán)境的電子電路（例如USB端口）是靜電放電（ESD）的潛在目標(biāo)。ESD沖擊可以通過(guò)人的直接接觸或通過(guò)空氣發(fā)生（如果能量源對(duì)電子電路產(chǎn)生電?。?。ESD沖擊可高達(dá)30kV或更高，上升時(shí)間快，并且可以熔化硅和導(dǎo)線，電流高達(dá)30A。ESD具有如此大的能量，可能導(dǎo)致元件完全失效。?產(chǎn)品需要具有強(qiáng)大的防靜電能力，以獲得高可靠性。它們還必須符合IEC61000-4-2等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，才能在世界上所有地區(qū)進(jìn)行銷售。圖2顯示了IEC61000-4-2規(guī)定的靜電放電模擬測(cè)試波形，產(chǎn)品必須能夠通過(guò)CE認(rèn)證。?圖2：IEC61000-4-2中規(guī)定的ESD測(cè)試波形?有多種產(chǎn)品可用于保護(hù)通信端口免受ESD損壞。圖3顯示了推薦的保護(hù)元件可以用于具有高達(dá)100W的供電能力和高達(dá)240W的擴(kuò)展供電范圍的USB接口線路。推薦的元件是瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管。表2描述了元件技術(shù)及其各自的特性和優(yōu)勢(shì)。?圖3：USB接口框圖顯示了推薦的?ESD保護(hù)元件（參見(jiàn)表2)?表2：推薦的USB保護(hù)技術(shù)?對(duì)于USB2.0線路，請(qǐng)考慮使用SP3530單向TVS二極管或同等產(chǎn)品。這種TVS二極管可以安全地吸收22kVESD沖擊，幾乎是IEC61000-4-2要求的8kV水平的3倍，而且不會(huì)衰減。??對(duì)于邊帶使用(SBU)和配置通道(CC)線路，請(qǐng)考慮SP1006單向TVS二極管。該元件可以在μDFN-2封裝中安全地吸收30kVESD沖擊。SP1006是一款非常可靠的TVS二極管，符合AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)，適用于USB通信的汽車應(yīng)用。?Vbus線路要求TVS二極管能夠承受比信號(hào)線保護(hù)器件更高的功率水平。SPHV系列200WTVS二極管可保護(hù)容量為100W的Vbus線路。SPHV二極管可承受30kV的ESD沖擊，并通過(guò)AEC-Q101認(rèn)證，采用表面貼裝封裝。對(duì)于擴(kuò)展功率范圍接口，一個(gè)示例解決方案是SMBJ二極管。它具有比SPHV二極管更高的600W峰值額定功率，并且可以吸收高達(dá)30kV的ESD沖擊。??防止USBType-C插頭和插座過(guò)熱?USBType-C連接器密度高，更容易受到污垢和灰塵的污染，從而導(dǎo)致電源與接地之間的電阻性故障。再加上Vbus線路上的較高功率，USB連接器存在更大的過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)，這可能會(huì)損壞連接器、電纜和連接的端口電子設(shè)備。溫度升高可能會(huì)熔化連接器，或者在最糟糕的情況下引發(fā)火災(zāi)。?防止過(guò)熱的解決方案是數(shù)字溫度指示器，其設(shè)計(jì)符合USBType-C電纜和連接器規(guī)范。當(dāng)溫度指示器檢測(cè)到100°C或更高的溫度時(shí)，其電阻會(huì)增加至少五(5)個(gè)十倍數(shù)。本文中引用的示例元件技術(shù)是?Littelfuse?獨(dú)特的setP數(shù)字溫度指示器。其特性曲線如圖4所示。?圖4：以Littelfuse?SETP為例的溫度指示器的電阻-溫度曲線?如圖3所示，溫度指示器放置在配置通道線中。它沒(méi)有放置在Vbus線路中，因此它不會(huì)降低任何電壓或功率，也不會(huì)降低Vbus線路上的供電容量。如果組件檢測(cè)到溫度達(dá)到100°C，則其電阻會(huì)大幅增加。USB協(xié)議將高電阻解釋為源連接、Vbus和接收器連接、負(fù)載之間的開路連接，并且Vbus線路被停用。?當(dāng)導(dǎo)致過(guò)熱的條件得到糾正并且傳感器的溫度降至100°C閾值以下時(shí)，其電阻重置為10Ω左右的低溫值，并且Vbus重新通電。為獲得最佳結(jié)果，溫度指示器應(yīng)內(nèi)置在USB插頭和/或插座中，以便監(jiān)測(cè)故障源處的連接器溫度。?與必須在Vbus線路中的正溫度系數(shù)設(shè)備或小型斷路器不同，數(shù)字溫度指示器不會(huì)消耗功率并降低功率輸送能力。??圖5:?顯示了溫度指示器如何在過(guò)熱故障期間保持安全的連接器表面溫度。?當(dāng)溫度指示器（A?Littelfuse?setP）用于過(guò)熱保護(hù)時(shí)，連接器表面溫度的較低上升比較。?總結(jié)?如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，USBType-C連接器中的ESD或碎屑可能會(huì)導(dǎo)致用戶日常依賴的貴重消費(fèi)電子產(chǎn)品出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)故障。電子工程師可以通過(guò)使用TVS二極管保護(hù)USB線路免受ESD干擾，使用數(shù)字溫度指示器以防止連接器過(guò)熱，從而保護(hù)他們的最新設(shè)計(jì)。

雖然每個(gè)工業(yè)連接器都有一個(gè)額定的生命周期。但對(duì)于那些用于工業(yè)機(jī)械設(shè)備的工業(yè)連接器，不正確的設(shè)計(jì)等一些因素也會(huì)導(dǎo)致工業(yè)連接器過(guò)早失效，從而損壞昂貴的機(jī)械設(shè)備。因此，一些導(dǎo)致工業(yè)連接器失效的因素是值得關(guān)注的。以下是工業(yè)連接器廠家解釋的導(dǎo)致工業(yè)連接器故障的一些常見(jiàn)因素。