Uma visão geral do USB Type-C em projetos somente para alimentação

Com o primeiro padrão USB sendo introduzido em 1996, os conectores USB e seus padrões associados viram uma infinidade de mudanças ao longo dos anos em termos de seu tipo de conector físico, taxas de dados e capacidades de transferência de potência. Quando o USB Type-C® entrou no mercado em 2014, ele representava o mais recente padrão físico, proporcionando aos usuários maior capacidade e flexibilidade devido a seu pacote bidirecional e reversível, velocidades mais rápidas de transferência de dados e maior especificação de potência. Um conector USB está finalmente ligado a estes três padrões diferentes, mas associados: o conector físico, o protocolo de transmissão de dados e o fornecimento de energia. No entanto, muitas vezes surge confusão quando se olha para a relação entre os padrões. Antes de discutir a nova tendência de conectores USB Type-C somente para alimentação, vale a pena esclarecer a conexão dos vários padrões USB.

Entendendo os padrões USB

A partir de um alto nível, o último padrão USB Type-C define apenas o conector físico que os usuários vêem em muitos dos telefones celulares e dispositivos eletrônicos atuais. Os protocolos de transferência de dados, tais como USB 3.2 e mesmo agora com USB4, aplicam-se somente ao sinal elétrico. Embora frequentemente utilizado em conjunto, um engenheiro poderia criar um sistema usando a especificação de transferência de dados USB 3.2 e seu próprio conector proprietário não conforme com o padrão de conector físico USB.

O mesmo vale para a especificação USB de fornecimento de energia (PD). Devido a seu design, um conector USB Type-C suporta até uma corrente nominal de 5 A e tensão nominal de 20 V_CC para até 100 W de capacidade de transferência de potência definida no USB PD 3.0. Lançado em 2021, o padrão USB PD 3.1, desde então, expandiu a capacidade de transferência de energia do Type C para até 240 W. Enquanto os conectores USB Type-C podem suportar USB PD, a especificação de Fornecimento de Energia é realmente governada pelo circuito de carga e limitada apenas pelas capacidades de tensão e corrente do conector físico. No entanto, esta maior capacidade de potência suportada por conectores USB Type-C os levou a um novo mundo de oportunidades de energia.

Figura 1: avanço dos níveis de potência USB (Fonte da imagem: Same Sky)

Vantagens do conector USB Type-C em projetos de energia

Alojando dezesseis contatos de transferência de dados, quatro contatos de alimentação e quatro contatos de terra, um conector padrão USB Type-C de 24 contatos suporta até 240 W de transferência de potência. Isto torna o conector USB Type-C uma solução intrigante para aplicações de energia com a capacidade de substituir um conector padrão de alimentação cc, mesmo quando a transferência de dados não é necessária.

A padronização representa uma das principais vantagens da utilização do USB para fornecimento de energia. Os conectores USB são amplamente adotados em muitas indústrias diferentes e o Type-C continua a se estabelecer como o conector universal em telefones e dispositivos móveis. Por causa disso, a União Europeia já se fez a adoção do conector USB Type-C como padrão para todos os dispositivos futuros comprados e vendidos em sua região. Para um usuário final, a conveniência de precisar apenas de um único cabo pronto para interface com uma grande variedade de produtos não pode ser subestimada. Os OEMs também se beneficiam de uma cadeia de fornecimento estável, pois os conectores USB são simples de encontrar e sua padronização assegura um nível de interoperabilidade. Devido a esta padronização, os desafios da integração do projeto também são reduzidos. Além disso, os conectores USB Type-C normalmente oferecem um tamanho de invólucro menor do que um número de conectores do tipo barril, bem como alta confiabilidade e maior vida útil com um dimensionamento de 10.000 ciclos de conexão.

Conectores USB Type-C somente para alimentação

Devido às vantagens listadas na seção anterior, a Same Sky desenvolveu receptáculos USB Type-C somente para alimentação para aplicações onde o carregamento ou fornecimento de energia é o único uso pretendido. Os receptáculos USB Type C de 60 W somente para alimentação da Same Sky removem os dezesseis contatos de transferência de dados e dois dos contatos de terra, deixando apenas quatro contatos de energia e dois contatos de terra.

Figura 2: Type-C de 24 contatos vs o Type-C de 6 contatos somente para alimentação (Fonte da imagem: Same Sky)

Ao remover os dezesseis contatos, o projeto simplificado do conector leva a uma significativa redução de custos com apenas seis contatos em comparação a um Type-C padrão de 24 contatos. Isto não só reduz o custo da peça, mas também diminui a complexidade e a taxa de falhas com menos contatos e juntas de solda associadas para falhar. Embora estes conectores USB Type-C para alimentação não transfiram dados, eles ainda são compatíveis com qualquer cabo USB Type-C padrão de alimentação + dados. Isto aumenta sua conveniência sem nenhum hardware ou requisitos adicionais ao fazer a interface entre o conector e o cabo.

Observe que, como os pinos de transferência de dados foram removidos, o processo de negociação de energia do USB 3.0 não ocorre, o que significa que o dispositivo de carregamento reverterá para a taxa de transferência de energia padrão do USB de 5 V e 1 A. Em todos os outros casos, o conector funcionará como qualquer outro conector de alimentação, com o carregamento controlado pelo adaptador/circuito de carregamento.

Cenários de energia adicionais

Embora uma opção adequada para uma variedade de aplicações e projetos, as opções dedicadas de fornecimento de energia, tais como conectores de alimentação cc, ainda têm seu lugar. Acima de tudo, com um limite de transferência de energia de 240 W, os conectores USB Type-C simplesmente não são uma opção para projetos que exigem mais de 240 W. No entanto, o USB PD 3.1 oferece ainda mais recursos de potência em comparação com o limite anterior de 100 W. Embora as pegadas padronizados ofereçam benefícios em muitos cenários, é provável que haja casos em que outra pegada ou tipo de embalagem possa ser uma opção mais adequada. Em outras palavras, quando um conector mais personalizado é necessário, o USB Type-C poderia ser restringido por seus tamanhos e limites padronizados. Para mais informações sobre quando outros conectores de alimentação ainda podem ser a melhor solução, leia o blog da Same Sky sobre como selecionar um conector de alimentação cc.

Olhando em frente com USB Type-C

Os conectores USB Type-C e sua adoção generalizada deram aos engenheiros um novo caminho para o gerenciamento e transmissão de energia. Embora não seja uma solução definitiva, as capacidades de potência do Type-C até 240 W e a padronização global lhe dará uma base forte em uma ampla gama de produtos e aplicações. Com seu baixo custo e integração simplificada de projeto, os receptáculos USB Type-C para alimentação da Same Sky oferecem aos engenheiros uma opção atraente quando o fornecimento de energia é a única função.

A Same Sky oferece atualmente receptáculos USB Type C horizontal ou vertical de 60 W somente para alimentação, com um máximo de 3 A de corrente nominal e 20 V_CC de tensão nominal.