A csak áramellátásra szolgáló USB-C csatlakozók áttekintése

Az első USB szabvány 1996-os megjelenése után az USB-csatlakozók és a rájuk vonatkozó szabványok az évek során számos változáson mentek keresztül úgy a csatlakozó fizikai kialakítása, mind az adatátviteli sebesség és az átvihető teljesítmény tekintetében. Amikor az USB Type-C® (vagy röviden USB-C) 2014-ben megjelent a piacon, ez volt egyúttal az USB-csatlakozók legújabb fizikai szabványa is, amely kétirányúsága, megfordítható csatlakozókialakítása, nagyobb adatátviteli sebessége és nagyobb teljesítményátvitele révén több lehetőséget és nagyobb rugalmasságot kínált a felhasználók számára. Az USB-csatlakozókra végső soron a következő három különböző, de egymással összefüggő szabvány vonatkozik: a fizikai csatlakozóé, az adatátviteli protokollé és az áramellátásé. A szabványok közötti viszonyok vizsgálata azonban gyakran zavart okoz. A csak áramellátásra szolgáló USB-C csatlakozók új trendjének tárgyalása előtt érdemes tisztázni a különböző USB-szabványok egymáshoz való viszonyát.

Az USB-szabványok értelmezése

Távolabbról nézve a legújabb USB-C-szabvány csak azt a fizikai csatlakozót definiálja, amelyet a felhasználók számos mai mobiltelefonon és elektronikus eszközön láthatnak. Az adatátviteli protokollok, például az USB 3.2 és legújabban az USB 4, csak a villamos jelre vonatkoznak. Bár a fentieket gyakran együtt használják, egy mérnök létrehozhat olyan rendszert is, amely az USB 3.2 adatátviteli jellemzőket olyan saját fejlesztésű csatlakozóval használja, amely nem felel meg az USB-csatlakozók fizikai kialakítására vonatkozó szabványnak.

Ugyanez érvényes az áramellátásra vonatkozó USB PD (USB Power Delivery, nagy teljesítményátvitelű USB) előírásokra is. Kialakításának köszönhetően az USB-C csatlakozó akár 5 A névleges áramerősséget és 20 V névleges egyenfeszültség leadását is lehetővé teszi, az USB PD 3.0 szabványban meghatározott maximum 100 W átvihető teljesítmény érve így el. A 2021-ben megjelent USB PD 3.1 szabvány azóta 240 W-ra növelte az USB-C csatlakozókkal lehetséges teljesítményátvitelt. Bár az USB-C csatlakozók támogathatják az USB PD teljesítményátvitelt, a nagy teljesítményátvitelre (PD) vonatkozó előírások tekintetében valójában a töltőáramkör az irányadó, a teljesítményátvitel felső határa csak a fizikai csatlakozó feszültség- és áramátviteli képességeitől függ. Az USB-C csatlakozók által lehetővé tett nagyobb teljesítményátviteli képességnek köszönhetően azonban ezen csatlakozók előtt teljesen új lehetőségek nyíltak meg.

1. ábra: Az USB-teljesítményszintek fejlődése (táblázat: Same Sky)

Az USB-C csatlakozók előnyei áramellátó eszközökben

Az akár 240 W-os teljesítményátvitelt is támogató, 24 érintkezős szabványos USB-C csatlakozóban tizenhat adatátviteli érintkező, négy áramellátó érintkező és négy testérintkező található. Ez teszi az USB-C csatlakozót érdekes megoldássá áramellátó eszközként, ugyanis ha nincs szükség adatátvitelre, akkor képes kiváltani a szabványos egyenáramú tápcsatlakozót.

Az USB-n keresztül történő áramellátás egyik fő előnye a szabványosítás. Az USB-csatlakozókat számos különböző iparágban széles körben használják, és az USB-C csatlakozó egyre inkább a mobiltelefonok és más mobil eszközök egységes csatlakozójává válik. Emiatt az Európai Unió már el is fogadta az USB-C csatlakozónak az ebben a régióban vásárolt és értékesített összes jövőbeli eszköz egységes csatlakozójaként való használatát. A végfelhasználók szemszögéből nem is értékelhető kellő mértékben az a kényelem, hogy mindössze egyetlen készen kapható kábel szükséges a legkülönbözőbb termékek csatlakoztatásához. Az eredeti berendezésgyártók (OEM, original equipment manufacturer) számára is előny a stabil ellátási lánc, mivel az USB-csatlakozók könnyen elérhetőek, és egységessé tételük egy adott szintig biztosítja a készülékek közötti együttműködési képességet. Az egységesítés révén a készülékekbe való beépíthetőségi problémák is csökkennek. Emellett az USB-C csatlakozók jellemzően kisebb helyigényűek, mint számos henger alakú hüvelyes tápcsatlakozó, és emellett a szabvány szerinti 10 000 csatlakoztatási ciklusukkal nagy megbízhatóságot és hosszabb élettartamot kínálnak.

Csak áramellátásra szolgáló USB-C csatlakozók

Az előző részben felsorolt előnyök miatt a Same Sky kifejlesztett néhány csak áramellátásra szolgáló USB-C csatlakozóaljzatot olyan eszközökhöz, amelyeknek a töltés vagy az áramellátás az egyetlen rendeltetésszerű funkciójuk. A Same Sky 60 W-os, csak áramellátásra szolgáló USB-C csatlakozóiból hiányzik a tizenhat adatátviteli érintkező és a testérintkezők közül kettő, így csak négy áramellátó érintkező és két testérintkező található a csatlakozóban.

2. ábra: 24 érintkezős USB-C csatlakozó, illetve 6 érintkezős, csak áramellátásra szolgáló USB-C csatlakozó (ábra: Same Sky)

A tizenhat érintkező eltávolításával a csatlakozó egyszerűsített kialakítása jelentős költségcsökkentést eredményez, hiszen a szabványos 24 érintkezős USB-C csatlakozóval szemben itt csak hat érintkezőre van szükség. Ez nem csak az alkatrészköltséget, hanem a bonyolultságot és a meghibásodási arányt is csökkenti, mivel a kevesebb érintkezőhöz kevesebb forrasztott kötés is tartozik. Ezek a csak áramellátásra szolgáló USB-C csatlakozók kompatibilisek bármely szabványos adatkapcsolatot és áramellátást is biztosító USB-C kábellel, annyi eltéréssel, hogy adatokat nem továbbítanak. Ez növeli a kényelmet, mivel a csatlakozó és a kábel csatlakoztatásakor nincs szükség további alkatrészekre vagy egyéb követelmények kielégítésére.

Itt jegyezzük meg, hogy az adatátviteli érintkezők eltávolítása miatt az USB 3.0 áramellátás-egyeztetési folyamata nem történik meg, ami azt jelenti, hogy a töltő az USB-szabvány szerinti 5 V-os és 1 A-es teljesítményátviteli képességre áll vissza. Minden más esetben a csatlakozó úgy működik, mint bármely más hálózati csatlakozó, a töltést pedig az adapter vagy a töltőáramkör szabályozza.

További áramellátási módszerek

Bár a csak áramellátásra szolgáló USB-C csatlakozó számos készülékhez és eszközhöz megfelelő megoldás, a célirányos áramellátó eszközök, például az egyenáramú tápcsatlakozók még mindig uralkodóak a maguk felhasználási területén. Ennek egyik oka, hogy 240 W-os felső teljesítményátviteli határértékükkel a 240 W-nál nagyobb teljesítményt igénylő készülékeknél az USB-C csatlakozók egyszerűen szóba sem jöhetnek. Az USB PD 3.1 szabvány azonban a korábbi 100 W-os határértékhez képest jóval nagyobb teljesítményátvitel elérését teszi lehetővé. Míg a szabványosított méretek és kialakítások sok esetben előnyösek, valószínűleg vannak olyan esetek, amikor egy másik kialakítás vagy tokozás alkalmasabb megoldás lehet. Más szóval ha testreszabottabb csatlakozóra van szükség, az USB-C használata a szabványos méretei és teljesítménybeli határértékei miatt korlátokba ütközhet. Arra vonatkozóan, hogy mikor lehet mégis más tápcsatlakozó a legjobb megoldás, olvassa el a Same Sky az egyenáramú tápcsatlakozók kiválasztásáról szóló blogját.

A jövő és az USB-C

Az USB-C csatlakozó és annak széles körű elterjedése új lehetőséget jelent a mérnököknek az energiagazdálkodás és a teljesítményátvitel szempontjából. Bár az USB-C csatlakozó nem egy mindenre kiterjedő megoldás, a 240 W-ig terjedő teljesítményátviteli képesség és a globális szabványosítás révén a termékek és felhasználási területek széles skálájában megállja a helyét. Kis költségüknek és a készülékekbe való egyszerű beépíthetőségüknek köszönhetően a Same Sky kizárólag áramellátásra szolgáló USB-C csatlakozóaljzatai vonzó lehetőséget kínálnak a mérnököknek, ha az áramellátás az egyetlen megvalósítandó funkció.

A Same Sky jelenleg vízszintes és függőleges tájolású, 60 W-os, kizárólag áramellátásra szolgáló USB-C csatlakozóaljzatokat kínál 3 A legnagyobb névleges áramerősséggel és 20 V legnagyobb névleges egyenfeszültséggel.