전력 전용 설계의 USB Type-C 개요

1996년에 첫 번째 USB 표준이 도입된 이후에 USB 커넥터와 관련 표준은 물리적 커넥터 유형, 데이터 전송률, 전력 전송 성능의 측면에서 수년 동안 많은 변화가 있었습니다. 2014년에 도입되었을 때 USB Type-C®는 양방향 리버시블 패키지, 빠른 데이터 전송 속도 및 높은 전력 사양으로 인해 사용자에게 우수한 기능과 유연성을 제공하여 최신 물리적 표준을 대표했습니다. 궁극적으로 USB 커넥터는 그처럼 서로 다르지만 연관된 세 가지 표준을 준수합니다. 물리적 커넥터, 데이터 전송 프로토콜, 전력 공급이 그것입니다. 하지만 표준 간의 관계를 살펴보면 혼동되는 부분이 있습니다. 전력 전용 USB Type-C 커넥터의 새로운 추세를 알아보기 전에 다양한 USB 표준의 연관성을 살펴보겠습니다.

USB 표준 이해

높은 관점에서 볼 때 최신 USB Type-C 표준은 오늘날의 많은 휴대전화와 전자 장치에서 발견되는 물리적 커넥터만을 이야기합니다. USB 3.2, USB4와 같은 데이터 전송 프로토콜은 전기 신호에만 적용됩니다. 주로 함께 사용되지만 엔지니어는 USB 3.2 데이터 전송 사양과 물리적 USB 커넥터 표준을 따르지 않는 고유한 독점 커넥터를 사용하여 시스템을 구축할 수 있습니다.

USB 전력 공급(PD) 사양의 경우도 마찬가지입니다. USB Type-C 커넥터는 설계로 인해 USB PD 3.0에 정의된 최대 100W의 전력 전송 성능에서 최대 5A 정격 전류와 20V_DC 정격 전압을 지원합니다. 2021년에 도입된 USB PD 3.1 표준은 이후 Type C의 전력 전송 성능을 최대 240W까지 확장했습니다. USB Type-C 커넥터는 USB PD를 지원할 수 있지만 전력 전달 사양은 실제로 충전 회로에 의해 규제되고 실제 커넥터의 전압 및 전류 용량에 의해서만 제한됩니다. 하지만 USB Type-C 커넥터에서 지원하는 높은 전력 성능으로 인해 완전히 새로운 전력 기회가 실현됩니다.

그림 1: USB 전력 레벨의 발전(이미지 출처: Same Sky)

전력 설계에서 USB Type-C 커넥터의 이점

데이터 전송 접점 16개, 전력 접점 4개, 접지 접점 4개를 탑재한 표준 24접점 USB Type-C 커넥터는 최대 240W 전력 전송을 지원합니다. 이 점에서 USB Type-C 커넥터는 데이터 전송이 필요하지 않은 경우에도 표준 dc 전력 커넥터를 대체할 수 있는 기능으로 전력 응용 분야의 매우 흥미로운 솔루션이 되었습니다.

표준화는 전력 공급에 USB를 활용하는 주요 이점 중 하나입니다. USB 커넥터는 다양한 산업에서 널리 채택되고 있고 Type-C는 휴대전화와 모바일 장치에서 범용 커넥터로 자리 잡았습니다. 이로 인해, 이미 유럽 연합은 지역에서 매매되는 모든 미래 장치에 대해 USB Type-C 커넥터를 표준으로 채택하기로 했습니다. 최종 사용자에게 단일 기성 케이블만으로 광범위한 제품을 연결할 수 있는 편의성은 간과할 수 없습니다. 또한 USB 커넥터는 찾기 쉽고 표준화를 통해 일정 수준의 상호 운용성을 보장하므로 OEM의 입장에서 안정적인 공급망을 활용할 수 있습니다. 이 표준화로 인해 설계 통합의 어려움도 줄었습니다. 또한 USB Type-C 커넥터는 일반적으로 많은 배럴 커넥터보다 패키지 크기가 작을 뿐 아니라, 10,000 결합 주기 등급으로 신뢰성이 우수하고 수명이 더 깁니다.

전력 전용 USB Type-C 커넥터

이전 섹션에 열거한 이점을 바탕으로 Same Sky는 용도가 충전 또는 전력 공급에 국한된 응용 분야에서 사용할 수 있는 전력 전용 USB Type-C 리셉터클을 개발했습니다. Same Sky의 60W 전력 전용 USB Type C 리셉터클은 데이터 전송 접점 16개와 접지 접점 2개를 제거하고 전력 접점 4개와 접지 접점 2개만 남겨 두었습니다.

그림 2: 24접점 Type-C vs 6접점 전력 전용 Type-C(이미지 출처: Same Sky)

16개의 접점을 제거하여 표준 24접점 Type-C에 비해 6개의 접점만 실장된 간소화된 커넥터 설계로 많은 비용이 절감됩니다. 또한 부품 비용이 절감되고, 접점 및 연결된 납땜 부위의 감소로 복잡도와 고장률도 함께 감소합니다. 전력 전용 USB Type-C 커넥터는 데이터를 전송하지 않지만, 모든 표준 데이터+전력 USB Type-C 케이블과 호환됩니다. 따라서 커넥터와 케이블 간에 연결할 때 추가적인 하드웨어 또는 요구 사항이 없으므로 편의성이 가중됩니다.

데이터 전송 핀이 제거되면 USB 3.0 전력 협상 프로세스가 발생하지 않습니다. 즉, 충전 장치가 5V 및 1A의 USB 표준 전력 전송 속도로 되돌아갑니다. 다른 모든 경우에는 커넥터가 어댑터/충전 회로에 의해 충전이 제어되는 ​​다른 전력 잭처럼 작동합니다.

추가 전력 시나리오

다양한 응용 분야와 설계에 적합한 옵션이지만 dc 전력 커넥터와 같은 전용 전력 공급 옵션은 나름의 역할이 있습니다. 240W 전력 전송 제한이 있는 USB Type-C 커넥터는 240W 이상의 전력이 필요한 설계에는 적합하지 않습니다. 하지만 USB PD 3.1은 이전의 100W 제한에 비해 훨씬 더 많은 전력을 공급할 수 있습니다. 표준화된 실장 면적은 대부분의 경우에 이점을 제공하지만 다른 실장 면적 또는 패키지 유형이 더 적합한 경우도 있습니다. 다시 말해, 맞춤 설정된 커넥터가 필요한 경우 USB Type-C는 표준화된 크기와 제한에 의해 제한 사항이 발생할 수 있습니다. 다른 전력 커넥터가 더 적합한 경우에 대한 자세한 내용은 Same Sky의 블로그에서 dc 전력 커넥터 선택 방법을 참조하십시오.

USB Type-C의 미래

USB Type-C 커넥터와 이 커넥터의 폭넓은 채택으로 엔지니어가 전력 관리와 전송을 확인할 수 있는 새로운 길이 열렸습니다. 궁극적인 솔루션은 아니지만 Type-C의 최대 240W 전력 성능과 글로벌 표준화는 광범위한 제품 및 응용 분야에서 강력한 기반을 제공합니다. 낮은 비용과 간소화된 설계 통합으로 Same Sky의 전력 전용 USB Type-C 리셉터클은 전력 공급이 유일한 기능인 경우 엔지니어에게 매력적인 옵션을 제공합니다.

Same Sky는 현재 최대 3A 전류 정격과 20V_DC 전압 정격을 지원하는 60W 전력 전용 USB Type-C 리셉터클을 제공합니다.