小零件，大保護：如何避免使用USB-C接头时遇到的挑战
Vic Liu, Sopha Tong | AN085
随着 USB Type-C 接口成为各类设备的标准数据传输与电源供应接口，其高度整合的特性带来了更强的功能性，但同时也面临更严峻的电气挑战，尤其是静电放电 (ESD) 与短路至 VBUS 等故障情境。为确保设备的稳定性与长期可靠性，必须采取有效的保护措施。
立錡科技推出的 RT1735 USB Type-C 28V EPR 保护 IC，专为应对这些挑战而设计，能够有效提升 USB Type-C 端口的耐受能力。本应用笔记将详细介绍 RT1735 的工作原理与实施方法，帮助工程师构建高可靠性的 USB Type-C 接口保护方案。
1 了解 USB-C 接头使用上的风险
1.1 USB Type-C 与其他接头的差异
USB Type-C 连接器相较于旧款 Type-A、Type-B 和 Micro-B，有显著的差异。其对称设计支持正反插入，尺寸仅 8.4mm x 2.6mm，并具备 24 引脚结构。相较于 USB 2.0 的 2.5W 和 USB 3.0 的 5W，Type-C 可提供超过 100W 的电力，支持快速充电与数据传输功能。
1.2 主要的两大挑战
1. 引脚间距缩小，短路风险提升。
USB Type-C 的引脚间距仅为 0.5mm（Type-A 为 2.5mm），更容易因异物或拔插角度导致短路。特别是 SBU 和 CC 引脚仅能承受 5V，紧邻最高可达 20至28V、5A 的 VBUS 引脚，短路可能严重损坏敏感元件。
2. 不合规的 USB Type-C 线材和电源适配器可能导致内部电路损坏。
部分适配器甚至未经 PD 协商直接输出 20~28V，超出系统设计承受范围（如 5V），可能造成永久损坏。因此，系统需具备过压保护 (OVP) 与静电放电 (ESD) 保护。
1.3 两个常见的 USB-C 接头损害问题是静电放电（ESD）和短路至 VBUS 事件
1. 静电放电 (ESD) 事件：
当两个带电物体因接触、电气短路或介电击穿而产生瞬间电流时，即发生静电放电 (ESD)。作为外部接口，USB Type-C 接口特别容易受到 ESD 的影响，这可能导致接口或内部电路受损。
图1. 外部保护开关提供 USB Type-C 系统的静电放电防护
2. 短路至 VBUS 事件：
随着 USB 电源传递 (PD) 技术的发展，PD3.0 SPR 标准下 VBUS 电压为 20V，而在 PD3.2 EPR 标准下，VBUS 电压可高达 28V 以上。从 VBUS 到相邻引脚的短路可能会导致不可逆的损坏。
图2. 斜角拔出 USB 接头可能会导致 VBUS 与 SBU 或 CC 引脚短路
2 如何防止风险产生
在 Type-C 应用中，为避免上述过压与 ESD 风险，可将 RT1735 串联于 Type-C 系统电路中的 Type-C 接口与其他应用线路之间，以同时实现过压与 ESD 保护。下图3 为 Type-C PD 系统与 RT1735 保护电路的示意图。
图3. 增加 RT1735 保护线路在 Type-C 接头应用
RT1735 提供 IEC61000-4-2 接触放电保护 ±8kV 和 IEC61000-4-2 空气放电保护 ±15kV，确保对常见 ESD 事件提供强健的防护。如图4 所示，当 Type-C 端口遭遇 ESD 事件时，RT1735 可提供 CC/SBU/USB IEC ESD 限制保护。
图4. 外部保护开关提供 USB Type-C 系统的 ESD 防护
因为 Type-C 的引脚间距过近，会导致的 VBUS 引脚短路到 CC/SBU，增加损坏风险，在 PD3.0 SPR VBUS 20V 的应用下，可以加入 RT1738A，在 PD3.2 EPR VBUS 28V 应用下可以加入RT1735。
RT1738A/RT1735 皆为 USB Type-C 插座的 CC1、CC2、SBU1 和 SBU2 引脚提供 4 通道的短路至 VBUS 过压保护。当输入电压超过过压保护水平时，RT1738A/RT1735 会在约 100ns 内快速关闭内部开关，以防止高输入电压损坏终端系统。当 CC/SBU 输入电压恢复到正常操作电压范围时，IC 会重新打开开关。
3 结论：实现保护与可靠性的解决方案
RT1735 是一款高效且多功能的 USB-C 接口保护 IC，适用于 140W 以下的应用，而 RT1738A 则适用于 100W 以下的 USB-C 应用。两者均提供全面的过压保护、过温保护及静电放电 (ESD) 保护，确保系统在各种严苛环境下仍能稳定可靠运行。
RT1735 具备快速响应时间与低功耗特性，特别适用于电脑显示器、电竞笔记本与扩展基座 (docking hub)。其小型封装与灵活的设计，使工程师能够轻松整合至各类 USB-C 应用，提升产品开发效率。
RT1735/RT1738A 是高性能且可靠的保护解决方案，用户可根据应用需求选择合适的型号，以确保 USB-C 接口的高可靠性与长期稳定运行。
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