Una panoramica di USB Type-C nei progetti di sola alimentazione

Con l'introduzione del primo standard USB nel 1996, i connettori USB e gli standard ad essi associati hanno subito molti cambiamenti nel corso degli anni sia nel tipo di connettore fisico, nella velocità di trasferimento dati sia nelle capacità di trasferimento della potenza. Quando USB Type-C® si è affermato nel 2014, ha rappresentato l'ultimo standard fisico, offrendo agli utenti una maggiore capacità e flessibilità grazie al suo pacchetto bidirezionale e reversibile, alla maggiore velocità di trasferimento dati e alle specifiche di potenza più elevate. Un connettore USB è in definitiva legato a questi tre standard diversi tra loro, ma correlati: il connettore fisico, il protocollo di trasmissione dati e l'alimentazione. Tuttavia, spesso si fa confusione quando si guarda alla relazione tra questi standard. Prima di discutere la nuova tendenza dei connettori USB Type-C di sola alimentazione, vale la pena chiarire la connessione dei vari standard USB.

Capire gli standard USB

Da una prospettiva di alto livello, l'ultimo standard USB Type-C definisce solo il connettore fisico che gli utenti vedono in molti degli odierni cellulari e dispositivi elettronici. I protocolli di trasferimento dati, come USB 3.2 e ora anche USB4, si applicano solo al segnale elettrico. Anche se spesso utilizzati insieme, un ingegnere potrebbe creare un sistema usando la specifica di trasferimento dati USB 3.2 e il proprio connettore proprietario non conforme allo standard fisico del connettore USB.

Lo stesso vale per la specifica USB Power Delivery (PD). Grazie alla sua concezione, un connettore USB Type-C supporta fino a 5 A di corrente nominale e 20 V_c.c. di tensione nominale per un massimo di 100 W di capacità di trasferimento di potenza definita in USB PD 3.0. Lo standard USB PD 3.1, rilasciato nel 2021, ha ampliato la capacità di trasferimento di potenza di Type-C fino a 240 W. Mentre i connettori USB Type-C possono supportare USB PD, la specifica Power Delivery è realmente regolata dal circuito di carica e limitata solo dalle capacità di tensione e corrente del connettore fisico. Tuttavia, questa maggiore capacità di potenza supportata dai connettori USB Type-C ha aperto le porte su un nuovo mondo di opportunità.

Figura 1: Avanzamento dei livelli di potenza USB (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Vantaggi del connettore USB Type-C nei progetti di alimentazione

Con un alloggiamento per sedici contatti di trasferimento dati, quattro contatti di alimentazione e quattro contatti di messa a terra, un connettore USB Type-C standard a 24 contatti supporta fino a 240 W di trasferimento di potenza. Questo lo rende una soluzione interessante per le applicazioni di alimentazione, dove offre la possibilità di sostituire un connettore di alimentazione in c.c. standard anche quando non è necessario il trasferimento dei dati.

La standardizzazione rappresenta uno dei principali vantaggi dell'utilizzo di USB per l'alimentazione. I connettori USB sono ampiamente adottati in molti settori e il Type-C continua ad affermarsi come il connettore universale nei cellulari e nei dispositivi mobili. Per questo motivo, l'Unione Europea ha già avviato l'adozione del connettore USB Type-C come standard per tutti i futuri dispositivi acquistati e venduti nella regione. Per un utente finale, non si può sottovalutare la comodità di aver bisogno solo di un solo e unico cavo per interfacciarsi con un'ampia varietà di prodotti. Anche gli OEM beneficiano di una supply chain stabile, poiché i connettori USB sono semplici da trovare e la loro standardizzazione assicura un alto livello di interoperabilità. Grazie a questa standardizzazione, si riducono anche le sfide dell'integrazione nei progetti. Inoltre, i connettori USB Type-C offrono tipicamente un contenitore di dimensioni più piccole rispetto a molti connettori cilindrici, oltre a un'elevata affidabilità e una maggiore durata con un ciclo di 10.000 accoppiamenti.

Connettori USB Type-C di sola alimentazione

Grazie ai vantaggi elencati sopra, Same Sky ha sviluppato i connettori femmina USB Type-C di sola alimentazione per applicazioni in cui la carica o l'erogazione di potenza è l'unico uso previsto. Le prese USB Type-C per sola alimentazione da 60 W di Same Sky eliminano i sedici contatti di trasferimento dati e due dei quattro contatti di messa a terra, lasciando solo quattro contatti di alimentazione.

Figura 2: Type-C a 24 contatti e a 6 contatti per sola alimentazione (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Rimuovendo i sedici contatti, il design semplificato del connettore porta a una significativa riduzione dei costi con soli sei contatti rispetto a un Type-C standard a 24 contatti. Questo non solo riduce il costo dei componenti, ma riduce anche la complessità e il tasso di guasti, con un numero minore di contatti e dei relativi giunti di saldatura passibili di rottura. Sebbene questi connettori USB Type-C di sola alimentazione non trasferiscano dati, sono comunque compatibili con qualsiasi cavo USB Type-C standard dati+alimentazione. Ciò aumenta la loro praticità, senza hardware o requisiti aggiuntivi per interfacciare il connettore con il cavo.

Si noti che avendo eliminato i pin di trasferimento dati, il processo di negoziazione dell'alimentazione USB 3.0 non ha luogo, quindi il dispositivo di ricarica tornerà alla velocità di trasferimento dell'alimentazione standard USB di 5 V e 1 A. In tutti gli altri casi, il connettore funzionerà come qualsiasi altra presa di alimentazione dove la ricarica dipende dall'adattatore/circuito di ricarica.

Scenari di potenza aggiuntivi

Sebbene sia un'opzione adatta per una varietà di applicazioni e progetti, le opzioni di alimentazione dedicate, come i connettori di alimentazione c.c., hanno ancora un loro ruolo. In primo luogo, con un limite di trasferimento di potenza di 240 W, i connettori USB Type-C non sono semplicemente una scelta adatta per i progetti che richiedono più di 240 W. Tuttavia, USB PD 3.1 apre ulteriori possibilità di potenza rispetto al precedente limite di 100 W. Mentre gli ingombri standardizzati offrono vantaggi in molti scenari, ci sono casi in cui un ingombro diverso o un altro tipo di contenitore potrebbe essere più adatto. In altre parole, quando è necessario un connettore più personalizzato, USB Type-C potrebbe essere limitato dalle sue dimensioni standardizzate e dai suoi limiti. Per maggiori informazioni sugli scenari in cui altri connettori di alimentazione possono ancora essere la soluzione migliore, leggere il blog di Same Sky su come selezionare un connettore di alimentazione c.c.

Guardare al futuro con USB Type-C

I connettori USB Type-C e la loro adozione diffusa hanno dato agli ingegneri una nuova strada per la gestione e la trasmissione della potenza. Anche se non è una soluzione completa, le capacità di potenza Type-C fino a 240 W e la standardizzazione globale faranno da base solida in una vasta gamma di prodotti e applicazioni. Con il loro basso costo e l'integrazione semplificata, le prese USB Type-C di Same Sky offrono agli ingegneri un'opzione interessante quando l'alimentazione è l'unica funzione da assolvere.

Same Sky offre attualmente una presa USB Type-C di sola alimentazione da 60 W con orientamento orizzontale o verticale e un massimo di 3 A di corrente nominale e 20 V_c.c. di tensione nominale.