今天的消费者已经很快地对采用USB-C或USB-TypeC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。USB端口还兼作大多数此类设备的快速充电端口。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。

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USB-ImplementersForum(USB-IF)对该标准进行了四次重大修订1。它于1996年首次进行标准化，并一直在以更高的速度发展并允许更大的功率承载能力。USB标准从1.0版开始，一直发展到2.0版、3.x版，目前更新至第4版、USB4。表1列出了从2.0到USB4的版本，并显示了每个版本的能力是如何大幅增加的。

为了处理更高的数据传输速率和更高的功率传输，USBType-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2.5W(5V@0.5A)增加至100W(20V@5A)，目前已到240W(48V@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2：IEC61000-4-2中规定的ESD测试波形。（来源：Littelfuse公司）

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100W的供电能力和高达240W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。

表2：推荐的USB保护技术（来源：Littelfuse公司）

对于USB2.0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22kVESD冲击，几乎是IEC61000-4-2要求的8kV水平的3倍，而且不会衰减。通常，0.3pF的低电容可以最大限度地减少对信号转换的干扰。该元件采用0201表面贴装封装，旨在节省PC板空间。

SuperSpeed线路需要一个具有尽可能低电容的元件，以免降低高速数据传输的性能。例如，SP3213双向TVS二极管，两个阳极到阳极连接的二极管为高达12kV的ESD冲击提供保护。这些二极管通常只有20nA的漏电流，以最大限度地降低电路功耗，并采用紧凑的μDFN-2表面贴装封装。

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30kVESD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。4

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200WTVS二极管可保护容量为100W的Vbus线路。SPHV二极管可承受30kV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600W峰值额定功率，并且可以吸收高达30kV的ESD冲击。与其它推荐用于USB端口的TVS二极管一样，SMBJ二极管是表面贴装元件。

每个不同的TVS二极管都具有保护一组特定线路免受ESD影响所必需的功能，并且不会干扰线路的功能。将这些二极管结合到电路中可以防止即时故障、软故障和潜在的过早失效。

USBType-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USBType-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。

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

如果没有适当的保护，USBType-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。随着移动设备变得更小、更复杂以及对更快充电的需求不断增加，设计人员面临着额外的挑战，即寻找更小的表面贴装保护元件以适应有限的空间并最大限度地减少PCB空间以实施必要的保护。

预先考虑这些重要的设计注意事项有助于防止最终用户出现问题。它还有助于提高产品性能、延长产品寿命和提高消费者满意度。

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