예림 반도체 (선전) 유한공사

USB Type-C용 Ruilin PPTC 보호

USB Type-C는 스마트폰, 태블릿, 노트북, 산업용 장비, 가전 제품, 도킹 스테이션 및 기타 많은 전자 제품의 표준 커넥터가 되었습니다. 가역 커넥터와 더 높은 전력 레벨을 지원하는 것은 USB-C를 편리하게 만들지만 추가적인 회로 보호 요구 사항도 도입합니다.

신뢰할 수 있는 USB-C 포트는 과전류, 단락, ESD, 과전압 및 우발적인 VBUS 고장에 대한 보호가 필요할 수 있습니다. 이러한 보호 기능은 일반적으로 단일 장치가 아닌 다른 구성 요소에서 처리됩니다.

PPTC 재설정 가능 퓨즈는 과도한 전류 및 지속적인 단락 조건으로부터 USB-C 전원 경로, 특히 VBUS 라인을 보호하는 데 특히 유용합니다.

이 자료에서는 PPTC 보호가 USB Type-C 설계에 어떻게 사용될 수 있는지, CC 핀이 무엇을 하는지, USB-C 과전류 보호가 ESD 보호와 어떻게 다른지 설명합니다.

1. USB Type-C에 회로 보호가 필요한 이유는 무엇입니까?

USB Type-C는 소형 커넥터에 전원 공급과 고속 데이터 통신을 결합합니다. USB Type-C 커넥터에는 VBUS 전원 핀, 접지, USB 데이터 라인, 고속 TX/RX 라인, CC1/CC2 configuration-channel 핀 및 지원되는 대체 기능을 위한 SBU 핀이 포함됩니다.

T
소형 커넥터 형상은 또한 보호가 전원 공급기의 관점에서만 고려될 수 없음을 의미합니다.

일반적인 USB-C 고장 조건은 다음과 같습니다.

VBUS overcurrent

VBUS 단락

주변 장치 손상으로 인한 과도한 전류

사용자가 케이블을 삽입하거나 제거할 때 ESD

CC와 VBUS 사이의 우발적 단락

CC 또는 SBU 라인의 과전압

비준수 케이블 또는 액세서리로 인한 결함

따라서 실용적인 USB-C 보호 설계는 일반적으로 보호 요구 사항을 여러 영역으로 구분합니다.

이 구별은 중요합니다. PPTC는 주로 ESD 보호 장치가 아니라 과전류 및 단락 보호 구성 요소입니다.

2. PPTC는 USB-C 포트를 어떻게 보호합니까?

중합체 양의 온도 계수 재설정 가능 퓨즈라고도 하는 PPTC는 일반적으로 보호된 전원 경로와 직렬로 연결됩니다.

USB-C 전원 입력의 경우 단순화된 보호 구조를 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

USB-C VBUS PPTC 전원 관리 회로 시스템 부하

정상 작동 조건에서 PPTC는 상대적으로 저항이 낮고 필요한 작동 전류가 통과할 수 있습니다.

비정상적인 과전류 또는 단락 상태가 발생하면 PPTC가 가열됩니다. 저항이 크게 증가하여 보호 회로를 통과하는 전류가 제한됩니다.

고장이 제거되고 PPTC가 냉각되면 저항이 감소하고 장치가 정상 작동으로 돌아갈 수 있습니다.

따라서 PPTC는 모든 고장 후 기존 퓨즈를 교체하는 것이 바람직하지 않은 장비에 특히 매력적입니다.

일반적인 USB-C PPTC 보호 시퀀스

정상 작동

VBUS PPTC 로드

과전류

VBUS PPTC 가열 저항 증가 전류 제한

결함 제거

PPTC 냉각 저항 감소 일반 작동 재개

실제 보호 동작은 PPTC의 전기적 특성, 주변 온도, PCB 레이아웃 및 고장 조건에 따라 달라집니다. 따라서 설계자는 공칭 전류 등급에서만 부품을 선택하는 대신 제조업체의 데이터시트를 사용하여 장치를 선택해야 합니다.

3. PPTC는 USB-C 회로에 어디에 배치해야 합니까?

USB-C가 전원 입력으로 사용되는 애플리케이션의 경우 PPTC는 일반적으로 VBUS 전원 경로와 직렬로 배치됩니다.

단순화된 회로는 다음과 같습니다.

USB-C VBUS PPTC DC/DC 컨버터/PMIC 시스템

목표는 다운스트림 결함으로 인한 과도한 전류가 커넥터, PCB 트레이스 및 전원 관리 회로를 통해 지속적으로 흐르지 않도록 하는 것입니다.

USB-C 전원 출력 또는 소스 애플리케이션의 경우 보호 아키텍처가 다를 수 있습니다. 전용 전원 경로 보호 IC 또는 전류 제한 스위치를 다른 보호 구성 요소와 함께 사용할 수 있습니다.

올바른 솔루션은 USB-C 포트가 다음과 같이 작동하는지 여부에 따라 달라집니다.

싱크

출처

이중 역할 전원(DRP) 포트

USB 데이터 포트

USB-C 충전 포트

USB-PD 포트

4. USB-C에 과전류 보호 기능이 있습니까?

USB-C 자체는 시스템이 완전한 과전류 보호를 가지고 있음을 자동으로 의미하지는 않습니다.

USB Type-C 사양은 커넥터 및 인터페이스 동작을 정의하는 반면 실제 시스템 구현은 과전류 및 기타 고장 상태를 처리하는 방법을 결정합니다.

예를 들어 USB-C 소스 설계는 전용 보호 회로를 사용하여 VBUS 과전류 보호를 제공할 수 있습니다. ST마이크로일렉트로닉스는 VBUS 경로에서 과전류 보호가 필요한 USB-C 소스 및 이중 역할 애플리케이션을 설명합니다.

설계에 따라 다음을 사용하여 과전류 보호를 구현할 수 있습니다.

PPTC 재설정 가능 퓨즈

전류 제한 스위치

USB-C 보호 IC

전원 경로 컨트롤러

eFuse 장치

MOSFET 기반 보호 회로

PPTC는 설계에 간단하고 수동적이며 재설정 가능한 과전류 보호 솔루션이 필요할 때 매력적입니다.

그러나 애플리케이션에 정확한 전류 제한, 빠른 전자 차단, 전원 경로 제어 또는 상세한 USB-PD 고장 관리가 필요한 경우 전용 보호 IC가 더 적절할 수 있습니다.

5. USB-C 포트를 보호하는 방법?

완전한 USB-C 보호 전략은 일반적으로 여러 레이어를 사용합니다.

계층 1: VBUS 과전류 보호

사용
PPTC 재설정 가능 퓨즈
다운스트림 단락 또는 과부하로 인한 과도한 전류를 제한하는 VBUS 경로와 직렬로.

레이어 2: ESD 보호

필요한 경우 USB-C 신호 및 인터페이스 핀에 적합한 ESD/TV 보호를 사용하십시오.

ESD는 커넥터가 사용자의 직접 접촉에 자주 노출되기 때문에 특히 중요합니다. 주요 반도체 제조업체의 USB Type-C 보호 참조에는 CC 및 기타 USB-C 인터페이스 핀에 대한 전용 IEC 61000-4-2 ESD 보호가 포함됩니다.

레이어 3: CC 보호

CC1 및 CC2는 VBUS에 가깝고 구성 및 연결 관리에 사용되기 때문에 특별한 고려가 필요합니다.

전용 USB-C 보호 IC는 CC 핀이 VBUS 고장에 노출되었을 때 과전압 보호를 제공할 수 있습니다.

레이어 4: VBUS 과전압 보호

USB-C PD 애플리케이션의 경우 전원 시스템은 기존 5V USB 애플리케이션보다 훨씬 높은 VBUS 전압으로 작동할 수 있습니다.

따라서 설계자는 과전류 보호 외에도 OVP 및 기타 전력 경로 보호가 필요할 수 있습니다.

계층 5: 시스템 수준 보호

보호 설계도 다음을 고려해야 합니다.

PCB 추적 전류 기능

커넥터 등급

작동 온도

케이블 특성

USB-PD 작동 전압

최대 연속 부하 전류

고장 전류

필요한 중단 시간

필요한 재설정 동작

따라서 PPTC는 다른 모든 보호 구성 요소를 대체하는 것이 아니라 USB-C 보호 아키텍처의 한 부분으로 간주되어야 합니다.

6. USB에 ESD 보호가 필요합니까?

예, USB 인터페이스는 일반적으로 ESD 보호, 특히 외부에서 액세스할 수 있는 USB 포트를 신중하게 고려해야 합니다.

USB-C 커넥터는 케이블 삽입, 제거 및 사용자 접촉에 직접 노출됩니다. ESD 이벤트는 과도 에너지를 민감한 USB 송수신기, 컨트롤러 및 전원 관리 회로에 연결할 수 있습니다.

그러나 PPTC와 ESD 보호는 다른 용도로 사용됩니다.

PPTC는 주로 과도한 전류와 긴 고장 간격의 가열에 반응합니다.

ESD 보호 장치는 매우 빠른 과도 이벤트에 대응하고 전압을 고정하여 민감한 반도체 장치를 보호하도록 설계되었습니다.

따라서:

PPTC ESD 보호

일반적인 설계는 다음을 사용할 수 있습니다.

신호 라인의 USB-C 커넥터 ESD/TV 보호

그리고

USB-C VBUS PPTC 전원 회로

이 조합은 두 가지 종류의 전기적 고장을 해결합니다.

7. USB-C의 CC 핀은 무엇입니까?

CC 핀은 CC1 및 CC2라고 하는 구성 채널 핀입니다.

USB Type-C 인터페이스의 독특한 부분이며 USB-C 소스와 싱크 사이의 연결을 설정하고 관리하는 데 사용됩니다. 또한 케이블 방향 감지 및 현재 광고/구성에도 참여합니다.

USB Type-C 커넥터는 커넥터가 되돌릴 수 있기 때문에 두 개의 CC 핀을 사용합니다. 플러그 삽입 방법에 따라 CC 핀 중 하나가 활성 구성 채널이 됩니다.

CC 핀은 다음과 관련이 있습니다.

케이블 부착 감지

플러그 방향 감지

소스/싱크 식별

현재 능력 광고

USB 전원 공급 통신

해당 구성의 VCONN 관련 기능

CC 핀은 물리적으로 VBUS에 가깝기 때문에 비정상적인 전압 조건에 노출될 수도 있습니다. 전용 USB-C 보호 장치는 VBUS 및 ESD 이벤트로부터 CC1/CC2를 보호하기 위해 특별히 사용할 수 있습니다.

이것이 VBUS에 배치된 PPTC가 완전한 CC 보호 솔루션으로 간주되어서는 안 되는 또 다른 이유입니다.

8. PPTC 대 USB-C 보호 IC

PPTC와 전용 USB-C 보호 IC 중 선택은 보호 요구 사항에 따라 달라집니다.

간단한 USB-C 전원 입력 설계를 위해 PPTC는 비용 효율적인 첫 번째 과전류 보호 계층을 제공할 수 있습니다.

USB-C PD, 고출력 애플리케이션 또는 정밀한 전자 제어가 필요한 설계의 경우 PPTC 외에 또는 대신 전용 보호 IC를 사용할 수 있습니다.

9. USB-C 보호를 위한 PPTC 선택 방법

USB-C 공칭 전류만을 기준으로 PPTC를 선택하는 것만으로는 충분하지 않습니다.

다음 매개 변수를 고려해야 합니다.

9.1 홀드 전류 - 홀드

이홀드는 PPTC가 트립 상태로 들어가지 않고 지정된 조건에서 전달할 수 있는 최대 전류입니다.

선택한 Ihold는 응용 프로그램의 정상 연속 작동 전류보다 높아야 합니다.

9.2 트립 전류 - 이트립

Itrip은 지정된 테스트 조건에서 PPTC가 고저항 보호 상태로 진입할 것으로 예상되는 전류입니다.

적절한 설계는 PPTC가 예상되는 고장 전류에 반응할 수 있도록 보장해야 합니다.

9.3 최대 전압

PPTC의 최대 작동 전압은 실제 USB-C VBUS 애플리케이션과 호환되어야 합니다.

이는 USB-C 전원 공급 장치 애플리케이션에 특히 중요합니다.

9.4 최대 고장 전류

설계자는 실제 회로 조건에서 최대 고장 전류와 PPTC의 인터럽트/고장 처리 능력을 확인해야 합니다.

9.5 초기 저항

PPTC의 초기 저항은 전압 강하 및 전력 소산에 직접적인 영향을 미칩니다.

고전류 USB-C 애플리케이션의 경우 낮은 초기 저항이 점점 더 중요해집니다.

9.6 온도 저하

PPTC 특성은 온도에 따라 다릅니다.

25C에서 올바르게 작동하는 부품은 높은 주변 온도에서 다르게 작동할 수 있습니다.

따라서 Ihold 및 Itrip은 항상 실제 작동 온도 범위에 대해 평가해야 합니다.

10. USB-C 충전 애플리케이션을 위한 PPTC 보호

USB-C 충전 애플리케이션은 PPTC 보호에 가장 적합한 사용 사례 중 하나입니다.

예는 다음과 같습니다.

USB-C 벽면 충전기

파워 뱅크

휴대용 전자 제품

산업용 핸드헬드 터미널

스마트 홈 장치

임베디드 컨트롤러

가전제품

USB-C 허브

도킹 스테이션

배터리 구동 장비

이러한 제품의 경우 PPTC는 전원 경로의 비정상적인 전류 조건에 대한 추가 보호 계층을 제공할 수 있습니다.

일반적인 아키텍처에는 다음이 포함될 수 있습니다.

USB-C 커넥터-ESD/TV 보호-VBUS-OVP/전원 보호-DC/DC 컨버터 또는 PMIC-시스템 부하의 PPTC 재설정 가능 퓨즈

정확한 아키텍처는 USB-C 포트가 소스, 싱크 또는 이중 역할 포트로 구성되었는지 여부에 따라 달라집니다.

11. 기존 퓨즈 대신 PPTC를 사용하는 이유는 무엇입니까?

기존 퓨즈는 일반적으로 작동 후 교체해야 합니다.

PPTC 재설정 가능 퓨즈는 고장이 제거되고 장치가 냉각된 후 저저항 상태로 돌아갈 수 있습니다.

이는 USB-C 제품에 대한 몇 가지 이점을 제공합니다.

일시적인 고장 후 퓨즈 교체 없음

소형 PCB 구현

간단한 수동 보호

자동 재설정

낮은 외부 구성 요소 수

대량 생산 가전 제품에 적합

지속적인 과전류 및 단락으로부터 보호하는 데 유용합니다.

그러나 PPTC 보호는 전자 보호 스위치 또는 과도 클램프와 같은 방식으로 즉각적이지 않습니다. 응답은 장치 특성 및 고장 조건에 따라 달라집니다.

이러한 이유로 PPTC는 실제 보호 목표에 따라 선택해야 합니다.

12. USB-C PPTC 보호를 위한 설계 고려 사항

USB-C 회로를 설계할 때 엔지니어는 구성 요소를 독립적으로 선택하는 대신 전체 보호 경로를 평가해야 합니다.

중요한 질문은 다음과 같습니다.

최대 연속 VBUS 전류는 얼마입니까?

포트가 소스입니까, 싱크대입니까, DRP입니까?

애플리케이션이 USB 전원 전달을 지원합니까?

최대 VBUS 전압은 얼마입니까?

예상되는 단락 전류는 얼마입니까?

제품이 지원해야 하는 주변 온도 범위는 무엇입니까?

CC, D +/D-, SBU 및 고속 회선에서 ESD 보호가 필요합니까?

CC-to-VBUS 짧은 보호가 필요합니까?

시스템이 견딜 수 있는 전압 강하는 무엇입니까?

자동 재설정이 필요합니까?

이러한 요인은 최적의 솔루션이 PPTC만인지 아니면 PPTC, TV/ESD 보호 및 전용 USB-C 보호 IC의 조합인지 결정합니다.

13. USB 타입-C를 위한 PPTC 보호: 주요 테이크아웃

USB Type-C는 전원 공급, 연결성 및 커넥터 사용성에서 상당한 이점을 제공하지만 소형 및 다기능 인터페이스에는 잘 설계된 보호 전략이 필요합니다.

핵심은 다음과 같습니다.

PPTC는 USB-C VBUS 전원 경로에서 재설정 가능한 과전류 보호를 제공할 수 있습니다.

PPTC는 ESD 보호 장치가 아닙니다.

USB-C 포트에는 전용 ESD/TV 보호가 필요할 수 있습니다.

CC1 및 CC2는 연결 및 구성 기능에 사용되는 구성 채널 핀입니다.

CC 핀은 ESD 및 VBUS 단락 조건에 대한 전용 보호가 필요할 수 있습니다.

USB-C 과전류 보호는 단순히 Type-C 커넥터가 있는 것이 아니라 시스템 구현에 의해 결정됩니다.

USB-C PD 애플리케이션은 전압, 전류 및 보호 등급을 신중하게 고려해야 합니다.

PPTC 선택은 Ihold, Itrip, 저항, 전압, 온도 및 고장 조건을 고려해야 합니다.

간단하고 재설정 가능한 전원 경로 보호가 필요한 비용에 민감한 USB-C 제품의 경우 적절하게 선택된 PPTC가 다중 계층 보호 전략 내에서 효과적인 구성 요소가 될 수 있습니다.

FAQs

USB-C 포트를 보호하는 방법은 무엇입니까?

USB-C 포트에는 일반적으로 다양한 고장 조건에 대해 다양한 유형의 보호가 필요합니다. 일반적인 설계는 VBUS 과전류 보호를 위한 PPTC 재설정 가능 퓨즈, 과도 보호를 위한 ESD/TV 장치 및 CC, SBU 또는 VBUS 과전압 보호가 필요한 전용 USB-C 보호 IC를 사용할 수 있습니다.

USB에 ESD 보호가 필요합니까?

예. 외부에서 액세스할 수 있는 USB 포트는 사용자와 케이블의 정전기 방전에 노출됩니다. ESD 보호는 일반적으로 전용 ESD/TV 보호 장치 또는 통합 보호 IC를 사용하여 구현됩니다. PPTC는 ESD 보호의 대체물로 사용해서는 안 됩니다.

USB-C는 과전류 보호 기능이 있습니까?

USB-C 자체는 완전한 시스템 수준의 과전류 보호를 보장하지 않습니다. 제품 설계자는 적절한 보호 회로를 구현해야 합니다. 애플리케이션에 따라 PPTC, 전류 제한 스위치, eFuse, 전원 경로 컨트롤러 또는 USB-C 보호 IC가 포함될 수 있습니다.

USB-C의 CC 핀은 무엇입니까?

CC1 및 CC2는 USB Type-C 인터페이스의 구성 채널 핀입니다. 연결 감지, 플러그 방향, 소스/싱크 구성 및 관련 USB-C 기능에 사용됩니다. 또한 USB 전원 전달 통신에서도 중요한 역할을 합니다.

PPTC가 USB-C를 ESD로부터 보호할 수 있습니까?

아니요. PPTC는 주로 과전류 및 지속적인 고장 보호를 위해 설계되었습니다. ESD는 매우 빠른 과도 이벤트이며 일반적으로 전용 ESD/TV 보호가 필요합니다.

USB-C 회로에 PPTC를 어디에 설치해야 합니까?

USB-C 전원 경로 보호를 위해 PPTC는 일반적으로 VBUS 경로와 직렬로 연결됩니다. 정확한 위치는 시스템 아키텍처와 USB-C 포트가 소스, 싱크 또는 이중 역할 포트로 작동하는지 여부에 따라 달라집니다.

PPTC는 USB-C 전원 공급에 적합합니까?

선택한 PPTC가 응용 프로그램의 전압, 전류, 온도 및 고장 조건에 대해 등급이 매겨진다면 가능합니다. USB-C PD 애플리케이션은 전력 레벨이 기존 USB 애플리케이션보다 훨씬 높을 수 있기 때문에 VBUS 전압 및 전류에 특히 주의를 기울여야 합니다.

USB-C용 PPTC와 TV 보호의 차이점은 무엇입니까?

PPTC는 주로 과도한 전류를 제한하고 지속적인 과전류 또는 단락 조건으로부터 보호합니다. TV/ESD 장치는 ESD와 같은 빠른 과도 전압을 클램프합니다. 다양한 고장 메커니즘으로부터 보호하고 함께 사용할 수 있습니다.

USB-C용 PPTC를 선택하려면 어떻게 해야 합니까?

정상 작동 전류와 최대 VBUS 전압으로 시작한 다음 Ihold, Itrip, 초기 저항, 온도 저하, 고장 전류 및 필요한 전압 강하를 평가합니다. 항상 제조업체의 데이터시트 및 적용 조건을 사용하여 선택한 부품을 확인하십시오.

루이린 반도체 정보 

Ruilin Semtor (Shenzhen) 주식회사.전자 애플리케이션을 위한 신뢰할 수 있는 보호 솔루션에 중점을 둔 반도체 및 회로 보호 부품 제조업체입니다.

Ruilin Semtor는 USB 인터페이스, 가전 제품, 산업용 장비, 자동차 전자 제품, 전원 공급 장치, 배터리 구동 제품 및 기타 전자 시스템을 포함한 애플리케이션을 위한 PPTC 재설정 가능 퓨즈를 개발 및 제조합니다.

당사의 PPTC 제품 포트폴리오는 다양한 패키지 크기, 전압 정격 및 전류 범위를 포함하여 엔지니어가 설계에 적합한 재설정 가능한 과전류 보호를 선택할 수 있도록 지원합니다.

USB Type-C 애플리케이션의 경우 Ruilin Semtor는 VBUS 과전류 및 단락 보호를 위한 PPTC 솔루션을 제공하여 고객이 작고 재설정 가능하며 비용 효율적인 전원 보호 회로를 구축할 수 있도록 지원합니다.

Ihold, Itrip, 저항, 전압 정격, 트립 시간 및 온도 특성을 포함한 자세한 전기 사양은 해당 Ruilin Semtor PPTC 데이터시트를 참조해야 합니다.

Ruilin Semtor - 안정적인 회로 보호를 위한 PPTC 재설정 가능 퓨즈 제조업체.