Littelfuse保护USB Type-C连接器免受静电放电和过热影响的新组件与设计

时间： 2022-05-27 来源：Littelfuse

技术问答

本文介绍LITTELFUSE旗下可保护USB Type-C连接器免受静电放电和过热影响的组件。

今天的消费者已经很快地对采用 USB-C 或 USB-Type C 通信接口标准的移动设备变得依赖——从智能手机和平板电脑到可穿戴设备和笔记本电脑。因此，设计针对静电放电 (ESD) 和过热条件的强大保护从未像现在这样重要。

为了处理更高的数据传输速率和更高的功率传输，USB Type-C 电缆和连接器标准已更新至2.12版本，USB-PD（功率传输）标准已更新至3.1版本。图 1 显示了可以实现增强型 USB 功能集的 Type-C 连接器。PD 版本允许通过 USB 接口对设备进行充电和供电。最大功率容量从 2.5 W (5 V @0.5A) 增加至100 W (20 V @ 5A)，目前已到 240 W (48 V @ 5A) 的功率范围。更高的功率容量将为 USB-C 开启新的供电和充电应用，例如游戏笔记本电脑、扩展底座、4K 显示器和电脑一体机。

图 1：USB Type-A和Type-C连接器。与Type-A连接器的4针相比，Type-C连接器有24针。Type-C连接器信号触点间距为0.5mm

对产品可靠性的挑战

本文将介绍消除静电放电和过热条件导致故障可能性的方法。这些技术对于确保产品更可靠、更强大至关重要。

保护 USB 端口免受静电放电影响

通过电缆和连接器暴露于外部环境的电子电路（例如 USB 端口）是静电放电（ESD）的潜在目标。ESD 冲击可以通过人的直接接触或通过空气发生（如果能量源对电子电路产生电弧）。ESD 冲击可高达 30 kV 或更高，上升时间快，并且可以熔化硅和导线，电流高达 30 A。ESD 具有如此大的能量，可能导致元件完全失效。

产品需要具有强大的防静电能力，以获得高可靠性。它们还必须符合IEC 61000-4-2等国际标准，才能在世界上所有地区进行销售。图2显示了IEC 61000-4-2规定的静电放电模拟测试波形，产品必须能够通过CE认证。

图 2：IEC 61000-4-2 中规定的 ESD 测试波形

有多种产品可用于保护通信端口免受 ESD 损坏。图 3 显示了推荐的保护元件可以用于具有高达 100 W 的供电能力和高达 240 W 的扩展供电范围的USB 接口线路。推荐的元件是瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管。表 2 描述了元件技术及其各自的特性和优势。

图 3：USB 接口框图显示了推荐的ESD 保护元件（参见表 2)

表 2：推荐的 USB 保护技术

对于 USB 2.0 线路，请考虑使用 SP3530 单向 TVS 二极管或同等产品。这种 TVS 二极管可以安全地吸收 22kV ESD 冲击，几乎是 IEC 61000-4-2 要求的 8kV 水平的 3 倍，而且不会衰减。

对于边带使用 (SBU) 和配置通道 (CC) 线路，请考虑 SP1006 单向 TVS 二极管。该元件可以在 µDFN-2 封装中安全地吸收 30 kV ESD 冲击。SP1006 是一款非常可靠的 TVS 二极管，符合 AEC-Q101 标准，适用于 USB 通信的汽车应用。

Vbus 线路要求 TVS 二极管能够承受比信号线保护器件更高的功率水平。SPHV 系列 200 W TVS 二极管可保护容量为 100 W 的Vbus线路。SPHV 二极管可承受 30 kV 的 ESD 冲击，并通过 AEC-Q101 认证，采用表面贴装封装。对于扩展功率范围接口，一个示例解决方案是 SMBJ 二极管。它具有比 SPHV 二极管更高的 600 W 峰值额定功率，并且可以吸收高达 30 kV 的 ESD 冲击。

防止USB Type-C插头和插座过热

USB Type-C连接器密度高，更容易受到污垢和灰尘的污染，从而导致电源与接地之间的电阻性故障。再加上Vbus线路上的较高功率，USB 连接器存在更大的过热风险，这可能会损坏连接器、电缆和连接的端口电子设备。温度升高可能会熔化连接器，或者在最糟糕的情况下引发火灾。

防止过热的解决方案是数字温度指示器，其设计符合 USB Type-C 电缆和连接器规范。当温度指示器检测到 100° C 或更高的温度时，其电阻会增加至少五 (5) 个十倍数。本文中引用的示例元件技术是 Littelfuse 独特的setP数字温度指示器。其特性曲线如图4所示。

图4：以Littelfuse SETP为例的温度指示器的电阻-温度曲线

如图 3 所示，温度指示器放置在配置通道线中。它没有放置在 Vbus 线路中，因此它不会降低任何电压或功率，也不会降低 Vbus 线路上的供电容量。如果组件检测到温度达到 100°C，则其电阻会大幅增加。USB 协议将高电阻解释为源连接、Vbus和接收器连接、负载之间的开路连接，并且 Vbus 线路被停用。

当导致过热的条件得到纠正并且传感器的温度降至 100°C 阈值以下时，其电阻重置为 10 Ω 左右的低温值，并且 Vbus 重新通电。为获得最佳结果，温度指示器应内置在 USB 插头和/或插座中，以便监测故障源处的连接器温度。

与必须在 Vbus 线路中的正温度系数设备或小型断路器不同，数字温度指示器不会消耗功率并降低功率输送能力。

图 5: 显示了温度指示器如何在过热故障期间保持安全的连接器表面温度。

当温度指示器（A Littelfuse setP）用于过热保护时，连接器表面温度的较低上升比较。

总结

如果没有适当的保护，USB Type-C连接器中的ESD或碎屑可能会导致用户日常依赖的贵重消费电子产品出现现场故障。电子工程师可以通过使用 TVS二极管保护USB线路免受ESD干扰，使用数字温度指示器以防止连接器过热，从而保护他们的最新设计。

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Littelfuse（力特）电路保护产品选型指南

目录- Company profile Circuit Protection Technologies Overcurrent/Overvoltage Protection device ESD Suppression Solutions Overcurrent Protection/Overvoltage Protection Applications Common Circuit Threatsand Protection Solutions Fuses Fuse Holders PPTC Devices Varistors Gas Discharge Tubes ESD Suppressors TVS Diode Arrays Protection Ics TVS Diodes PLED Bypass Protectors SIDACtor® Protection Thyristors Circuit Breakers

型号- PXXX0SAMC,LS2406ERQ23,1812L,LVR,SPHV,30KPA-HR,456SE,456SD,15KPA,345 SERIES,ITV9550 30A,AQ24CANFD,SDP,AC,RUEF110S,LS2406ERQ33,PXXX2AC,MICROSMDCH,562 SERIES,AQ1003-01ETG,SDPXXX0T023G5,150603,800,801,802,804,806,807,BA,808,BB,PGB2,PGB1,P4SMA,TSM600,PTF070,MICROASMD,SC1103C-01UTG,PTF078,PTF077,LS0504EVT233,PTF075,AQXXC-01LTG,810,811,356 SERIES,5KP,813,FB65,814,FB66,CA,CG,CH,PTF080,286677,PICOASMDCH,PXXX2AX,MINIASMDC,SMF4L,121004,B61089BDR,282008,121001,282007,820,121003,AK10-Y,821,121002,282002,823,824,282001,FB55,DA,828,DB,FB58,NANOASMDCH,820-20,830,831,834,835,TP5KP,101001,3453,3452,605,606,RKEF,607,PXXX2ACMC,LS12052BD33,AGRF,PTF0080M,B61089QDR,RUEF135V,850,851,852,3455,853,AHEF100,60R,617,618,GTCX36-XXXM-R05,PXXX0Q12X,860,862,HA,HB34,GTCX36-XXXM-R10,2920L,SP8008,AQ4337-01ETG,155 SERIES,P6SMB,803-01 SERIES,SLD,810 SERIES,870,PTF015,874,875,876,342 SERIES,877,5.0SMDJXXS-HRA,348 SERIES,30KPA,SM7,SM24CANB,SMCG-HR,TSV250,FC09B1606NL-0,SMD,SMF,TPSMB-VR,881,35408 SERIES,OMN002,400,OMN004,885,35406 SERIES,881 SERIES,OMN006,646,405,647,V20H275AUTO,407,649,RXEF,101010,52100001009,AQ24CANA,AQHVXX-01LTG,656,101002,PXXXXDF,658,101003,5KPA-HR,824-20 SERIES,5.0SMDJ,570 SERIES,AQ3530-01FTG,B-SERIES,662,663,422,664,665,LA,SMBLCE-HR,L-SERIES,AQHVXX-01LTG-C,PTF050,SC1105-01UTG,PTF055,G-SERIES,435,437,438,A-SERIES,870 SERIES,PTF065,440,RGEF,437A,441,SP1103C,443,202,203,254 121,445,446,688,447,3453 SERIES,448,449,208,209,TR600,04450001,PTF030,438A,451,SRP,452,453,454,TSM250,PTF035,213,456,215,821 SERIES,458,216,LV ULTRAMOV,459,217,218,SP3401,SP3400,AQ3522-01FTG,TPSMC,FHN26G2,TPSMB,PTF040,TPSMD,LS2405IDD23,PTF045,460,461,5KPA-HRA,462,220,464,465,466,224,467,225,576 SERIES,468,254 101,229,BXXX0CX,SL0902A,102080,470,BXXX1UX,471,472,230,473,232,233,501A,476,234,235,477,MIDSMD,PXXX4UCMC,239,MHS,850 SERIES,813 SERIES,AQ1205-01ETG,483,RA,485,487,802 SERIES,259UL913,ITV4030 22A,SM20,345121,102064,254 201 - 208,251,494,PLEDXUX,253,SD,SE,SG,SH,259,4.0SMDJ,SL1002A,SM,15KPA-HRA,15KPA-HR,GTCX37-XXXM-R10,102074,102076,102079,102078,NANOSMDCH,GTCA28-XXXM-R03,NY61AP,262,102071,263,265,266,3.0SMC,267,DSLP,268,269,LOW RHOPTC,520 002,520 003,520 004,SL1003A,520 005,1KSMB,345101,MLA,LS24062RQ23,1210L,AQ36CANA-02HTG,445073,MLE,MHP-TAM15,272,273,MLN,M-SERIES,274,E-SERIES,275,278,279,AQ3102-02HTG,MHP-TAC6,803-01,MHP-TA,285,AQ3041,SMBLCE-HRA,PLEDXUSXA,SP4322-01ETG,AQ3045,TP1.5KE,SP4208,SC1205-01ETG,820-20 SERIES,354 SERIES,CG33.0L,SP11XX,359 SERIES,MS-SERIES,111 SERIES,100 SERIES,NANOSMDC,346877,PICOASMDCH010F-2,340 SERIES,AHRF300,AHEF,342025,342024,342021,ZA,AQ3400,XGD,FH604,AQ1250-01ETG,PXXX3ACMC,FH602,PXXX6U,SP4010,342006,PLEDXN,SZD200,HG34,PLEDXS-A,J-SERIES,824 SERIES,FEMTOASMDC,ITV5432 30A,AK6-Y,557 SERIES,SL1021A,SL1021B,SP4020,SP4022,SP4021,SMDCH,SP4024,281010,SP4023,PLED,MINISMDC,AXXXXUX6,254 011 - 008,SMTAK3,PXXX0Q22XLH,MHP-TAM6,AK15,445005,281007,154T,281008,281005,AK10,AQ1005,51800001009,PXXXXS4X,ITMOV,354701 SERIES,483A,445004,LS05006VPQ33,SP4044,BXXX1UC4,SP4045,5200001,SMBJ,AQXX-01LTG,AQ7538-08UTG,SP1064E-04UTG,TCF250,SMTOAK2,SMAJ,AQ7520-08UTG,PXXX3AX,NANOASMDC,461E,811 SERIES,800 SERIES,157T,FC51,PXXX1U,PXXX1S,TRF250,SMBJ-HRA,SMDJ,CG3,SP3384NUTG,CG2,CG5,CG4,2205,CG7,B3XX4UX,CG6,VLP,VLR,0603L,PLEDXUX-A,SMCJ,PICOASMDC,LS0504EDD12,SMD2,PXXX0Q22C,GTCX35-XXXM-R05,SMDJ-HR,SMDC,TMOV34S,AHRF,440A,AXGD10603NR,K-SERIES,TPSMC-VR,H-SERIES,SZ1SMB,SZ1SMC,SZ1SMA,219XA,AK20-Y,ITV9550L2030MR,441A,SZ1.5SMC,SP1250-01ETG,C-SERIES,SC1210-01ETG,TB-SERIES,0402L,ITV9550 45A,AHRL,DHB34,FHN26W,AUML,TP6KE,LTKAK3,AQRV05-4HTG,LTKAK2,72R,977,TLP,LTKAK6,AQ15CANA-02HTG,PXXX3AC,SP3205-01ETG,501,3452 SERIES,504,505,506,507,GTCX23-XXXM-R01,508,8.0SMDJ,PXXX3U,100060,100061,100062,122090,100063,100064,100065,PXXX0SX,100066,SC1533-01LTG,SPHV-C,AHS,122093,150318,TS600,150319,150316,150317,150315,AQ3102-02JTG,150312,513,514,100058,100059,2016L,286377,122088,122087,559 SERIES,122083,GTCX26-XXXM-R05,521,523,AK15-Y,100067,526,150322,527,PXXX2SXLH,SL1411A,AK1,AK3,AK6,VTP,422A,SMCJ-HRA,ASMD,C-III,SR70,0805L,860 SERIES,RHEF,SMF3.3,303,304,305,308,35409,35408,35407,35406,TPSMA6L,PXXX2SX,SP724,SP725,SC1115-01UTG,TSL250,LOW RHO,HMOV,SP723,SP720,SP721,312,313,30R,314,556,315,557,559,318,SLD6S,SP1305,SP712,560,562,322,564,324,325,326,328,SLD5S,CX-SERIES,570,571,332,SLD8S,PXXX0SD,576,TRF600,PICOSMDC,3.0SMCJ,SZSMF,LS1205EVD33,SP1326,AQ12CANA-02HTG,340,150307,100,342,FHN20G,344,345,35407 SERIES,348,SMAJ-HRA,150300,AUMOV,LTKAK10,445 SERIES,SC1333-01ETG,RUEF,GTCX25-XXXM-R02,GTCX25-XXXM-R05,LS0502SCD33,111,354,356,52000001009,359,824-20,SP3420,150274,RUSBF,SP1003,SP3422,PXXX0ME,564 SERIES,SP2555NUTG,51900001009,10207101009,520 101,369,SL1122A,571 SERIES,SP1233,AQ2555NUTG,SP1255P,600R,PXXX4UX,WB07B0606LG,370,372,1.5SMC,TLPA,373,1.5SMB,374,SZSMF4L,377,820 SERIES,254 131,PXXX1CX2,SEPXXXXQ38,00300210,SZW200,TP5.0SMDJ,523 SERIES,SP1005,SP1006,CG32.0L,382,AQ1205-01FTG,383,385,35409 SERIES,407A,V14H460AUTO,SMA6L,391,392,CG32.5L,N-SERIES,SMA6J,395,3425L,F-SERIES,154,396,397,398,157,399,159,SC1122-01UT

选型指南 - LITTELFUSE - v0420 - 0420 PDF 英文下载

SRV05 Series 6V 10A Diode Array TVS Diode Arrays (SPA® Diodes) Low Capacitance ESD Protection - SRV05

型号- SRV05,SRV05-4HTG,SRV05 SERIES

数据手册 - LITTELFUSE - 02/06/24 PDF 英文下载

SC3530-01LTG 7V, 0.3pF, 22kV, SOD523, Unidirectional TVS, Ultra Low Capacitance ESD protection TVS Diode Arrays (SPA® Diodes) Datasheet

型号- SC3530-01LTG

数据手册 - LITTELFUSE - 05/01/24 PDF 英文下载

【产品】台舟电子推出采用SOT-23封装的双路单向TVS二极管TPE05CJS3，其峰值脉冲功率350W（8/20μs）

台舟电子推出一款双路单向TVS二极管TPE05CJS3，其工作电压为5V，IEC61000-4-2（ESD）抗扰度的空气放电和接触放电均为±30kV，封装形式为SOT-23，符合RoHS标准，可应用于手机及配件、便携式仪器和工业控制等领域。

产品发布时间 : 2022-12-04

SC11xx Series Discrete Unidirectional TVS Diode

型号- SC1122-01UTG,SC11XX SERIES,SC1105-01UTG,SC1115-01UTG

数据手册 - LITTELFUSE - Revision: 10/16/20 - 10/16/20 PDF 英文下载

SD22 Series 950W Discrete Unidirectional TVS Diode Datasheet

型号- SD22,SD22 SERIES,SD22-01FTG

数据手册 - LITTELFUSE - 08/29/22 PDF 英文下载

Littelfuse全新的开关、保护IC、温度指示器、微型断路器等物联网产品，升级您的移动及可穿戴设计

物联网设备正在快速渗透进我们的生活，可穿戴设备与技术让我们在日常通信、健康监测、运动记录、游戏体验等方面有着革命性的变化。Littelfuse在移动及可穿戴推出的最新产品，包括开关、保护IC、数字温度指示器、电池微型断路器等高质量产品，帮助您实现更紧凑、更低功耗的设计目标，快速将产品投向市场。

活动发布时间 : 2023-02-03

【产品】200W的单向TVS二极管阵列SPHV系列，钳位电压低，AEC-Q101认证

Littelfuse的单向TVS二极管SPHV系列，峰值脉冲功率为200W，钳位电压低，保护性能好，设计用于便携式应用、LED照明模块、汽车应用和低速I/O。它将保护敏感设备免受静电放电（ESD）和其他过电压瞬变造成的损坏。

新产品发布时间 : 2020-08-02

SP1250 50A Discrete Unidirectional TVS Diode

型号- SP1250,SP1250-01ETG

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SP05 Series 30pF 30kV Unidirectional TVS Array TVS Diode Array Datasheet

型号- SP0502BAJTG,SP0506BAATG,SP0502BAHTG,SP0504BAHTG,SP05,SP0503BAHTG,SP0502-***TG,SP0504BAJTG,SP0505BAHTG,SP0505BAJTG,SP05 SERIES

数据手册 - LITTELFUSE - 10/21/22 PDF 英文下载

SC11xx Series Discrete Unidirectional TVS Diode TVS Diode Arrays (SPA® Diodes) Datasheet

型号- SC11**-01UTG,SC11XX,SC1122,SC1122-01UTG,SC11XX SERIES,SC1105-01UTG,SC1115-01UTG,SC1105,SC1115

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Smart Wearables & Gaming Controllers: Mobile and Wearables

型号- PTS645,KMR4,SC1205-01ETG,SPHV-C,THB001P,LS0504EVT233,SETP™,VTP,MHP-TAS,SP3021,NANOT,MHP-XXX,LS0505EVD22,SP1021,SPXX,VLR,KMT0,SP1006-01UTG,0603L,KSC7

应用及方案 - LITTELFUSE - REV0123 - 2023/1/27 PDF 英文下载

【产品】具有300W峰值脉冲功率的双通道单向TVS二极管TPE24U2S3，工作电压24V

台舟电子生产的双通道单向TVS二极管——TPE24U2S3，具有300W峰值脉冲功率（8/20μs），具有超低漏电流、低钳位电压等特点，可保护一条双向线路或两条单向线路，广泛应用于蜂窝手机和配件、笔记本电脑和手持设备、便携式仪器、机顶盒、工业控制中。

产品发布时间 : 2022-04-18

SC11xx Series Discrete Unidirectional TVS Diode TVS Diode Arrays (SPA® Diodes) General Purpose Surge Protection

型号- SC11**-01UTG,SC11XX,SC1122-01UTG,SC11XX SERIES,SC1105-01UTG,SC1115-01UTG

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TPSMF4L Series Surface Mount – 400W TVS Diode Datasheet

型号- TPSMF4L18A,TPSMF4L28A,TPSMF4L16A,TPSMF4L26A,TPSMF4L48A,TPSMF4L14A,TPSMF4L36A,TPSMF4L58A,TPSMF4L24A,TPSMF4L12A,TPSMF4L78A,TPSMF4LXXA,TPSMF4L22A,TPSMF4L10A,TPSMF4L54A,TPSMF4L8.5A,TPSMF4L20A,TPSMF4L64A,TPSMF4L,TPSMF4L6.5A,TPSMF4L9.0A,TPSMF4L30A,TPSMF4L40A,TPSMF4L60A,TPSMF4L7.0A,TPSMF4L5.0A,TPSMF4LXXX,TPSMF4L17A,TPSMF4L15A,TPSMF4L13A,TPSMF4L45A,TPSMF4L11A,TPSMF4L33A,TPSMF4L7.5A,TPSMF4L43A,TPSMF4L75A,TPSMF4L85A,TPSMF4L51A,TPSMF4L8.0A,TPSMF4L70A,TPSMF4L6.0A,TPSMF4L SERIES

数据手册 - LITTELFUSE - 05/26/21 PDF 英文下载