小零件，大保護：如何避免使用USB-C接頭時遇到的挑戰
Vic Liu, Sopha Tong | AN085
隨著 USB Type-C 介面成為各類設備的標準數據傳輸與電源供應接口，其高度整合的特性帶來了更強的功能性，但同時也面臨更嚴峻的電氣挑戰，尤其是靜電放電 (ESD) 與短路至 VBUS 等故障情境。為確保設備的穩定性與長期可靠性，必須採取有效的保護措施。
立錡科技推出的 RT1735 USB Type-C 28V EPR 保護 IC，專為應對這些挑戰而設計，能夠有效提升 USB Type-C 端口的耐受能力。本應用筆記將詳細介紹 RT1735 的工作原理與實施方法，幫助工程師構建高可靠性的 USB Type-C 接口保護方案。
1 了解USB-C接頭使用上的風險
1.1 USB Type-C與其他接頭的差異
USB Type-C 連接器相較於舊款 Type-A、Type-B 和 Micro-B，有顯著的差異。其對稱設計支持正反插入，尺寸僅 8.4mm x 2.6mm，並具備 24 引腳結構。相較於 USB 2.0 的 2.5W 和 USB 3.0 的 5W，Type-C 可提供超過 100W 的電力，支持快速充電與數據傳輸功能。
1.2 主要的兩大挑戰
1. 引腳間距縮小，短路風險提升。
USB Type-C 的引腳間距僅為 0.5mm（Type-A 為 2.5mm），更容易因異物或拔插角度導致短路。特別是 SBU 和 CC 引腳僅能承受 5V，緊鄰最高可達 20至28V、5A 的 VBUS 引腳，短路可能嚴重損壞敏感元件。
2. 不合規的 USB Type-C 線材和電源適配器可能導致內部電路損壞。
部分適配器甚至未經 PD 協商直接輸出 20~28V，超出系統設計承受範圍（如 5V），可能造成永久損壞。因此，系統需具備過壓保護 (OVP) 與靜電放電 (ESD) 保護。
1.3 兩個常見的USB-C接頭損害問題是靜電放電和短路至VBUS事件
1. 靜電放電 (ESD) 事件：
當兩個帶電物體因接觸、電氣短路或介電擊穿而產生瞬間電流時，即發生靜電放電 (ESD)。作為外部介面，USB Type-C 接口特別容易受到 ESD 的影響，這可能導致接口或內部電路受損。
圖1. 外部保護開關提供 USB Type-C 系統的靜電放電防護
2. 短路至 VBUS 事件：
隨著 USB 電源傳遞 (PD) 技術的發展，PD3.0 SPR 標準下 VBUS 電壓為 20V，而在 PD3.2 EPR 標準下，VBUS 電壓可高達 28V 以上。從 VBUS 到相鄰引腳的短路可能會導致不可逆的損壞。
圖2. 斜角拔出 USB 接頭可能會導致 VBUS 與 SBU 或 CC 引腳短路
2 如何防止風險產生
在 Type-C 應用中，為避免上述過壓與 ESD 風險，可將 RT1735 串聯於 Type-C 系統電路中的 Type-C 接口與其他應用線路之間，以同時實現過壓與 ESD 保護。下圖3 為 Type-C PD 系統與 RT1735 保護電路的示意圖。
圖3. 增加 RT1735 保護線路在 Type-C 接頭應用
RT1735 提供 IEC61000-4-2 接觸放電保護 ±8kV 和 IEC61000-4-2 空氣放電保護 ±15kV，確保對常見 ESD 事件提供強健的防護。如圖4 所示，當 Type-C 端口遭遇 ESD 事件時，RT1735 可提供 CC/SBU/USB IEC ESD 限制保護。
圖4. 外部保護開關提供 USB Type-C 系統的 ESD 防護
因為Type-C的引腳間距過近，會導致的VBUS 引腳短路到CC/SBU，增加損壞風險，在PD3.0 SPR VBUS 20V的應用下，可以加入RT1738A，在PD3.2 EPR VBUS28V應用下可以加入RT1735。
RT1738A/RT1735可為USB Type-C插座的CC1、CC2、SBU1和SBU2引腳提供4通道的短路至VBUS過壓保護。當輸入電壓超過過壓保護設定時，RT1738A/RT1735會在約100ns內快速關閉內部開關，以防止高輸入電壓損壞終端系統。當CC/SBU輸入電壓恢復到正常操作電壓範圍時，IC會重新打開開關。
3 結論：實現保護與可靠度的解決方案
RT1735 是一款高效且多功能的 USB-C 介面保護 IC，適用於 140W 以下的應用，而 RT1738A 則適用於 100W 以下的 USB-C 應用。兩者均提供全面的過壓保護、過溫保護及靜電放電 (ESD) 保護，確保系統在各種嚴苛環境下仍能穩定可靠運行。
RT1735 具備快速響應時間與低功耗特性，特別適用於電腦螢幕、電競筆電與擴充基座 (docking hub)。其小型封裝與靈活的設計，使工程師能夠輕鬆整合至各類 USB-C 應用，提升產品開發效率。
RT1735/RT1738A 是高性能且可靠的保護解決方案，使用者可根據應用需求選擇合適的型號，以確保 USB-C 介面的高可靠性與長期穩定運行。
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