初期の頃は、従来のUSBコネクタは主にPC分野のデータ転送に使用されていました。しかし、USB Type-Cコネクタの導入により、より高い電力充電速度がサポートされるようになり、USB Type-Cコネクタはスマートフォンやホームオートメーションデバイスなどのさまざまな電子製品の主流の充電コネクタになりました。この記事では、USB Type-Cコネクタの技術開発と、CUI Devicesの電源専用USB Type-Cコネクタ ソリューションについて説明します。
進化するUSBコネクタ規格
USBコネクタは1990年代半ばに導入されました。当初はデータ転送が主な機能でした。充電能力は2.5W/5V 500mAでした。それ以来、USBコネクタは、サイズ、形状、データ転送機能、電力制約の面で継続的に進化してきました。現在、最新の物理規格はType-Cです。この最新版では、より広い帯域幅、双方向性、可逆性をサポートするだけでなく、以前の世代の製品よりも高い電力伝送を実現できます。
USBコネクタには、物理コネクタ、データ転送プロトコル、電力供給など、3つの異なる関連規格があります。大まかに言えば、USB Type-Cコネクタは物理コネクタ規格に準拠しており、最大240 Wの電力供給規格を満たすように設計されており、USB電源アプリケーションに新たな機会の分野を切り開きます。
USB電力レベルの開発は、USB 2.0では2.5 W/5 V 500 mA、USB 3.0/3.1では4.5 W/5 V 900 mA、USB BC 1.2では7.5 W/5 V 1.5 A、USB Type-C 1.2では15 W/5 V 3 A、そして現在高電力アプリケーション向けの主流コネクタとなっている最新のUSB PD 3.0では100 W/20 V 5 Aに及びます。最新のUSB PD 3.1規格では、電力供給能力がさらに向上し、最大240W/48 V 5 Aまで対応します。
魅力的な標準化されたUSB Type-Cコネクタ
標準のUSB Type-Cコネクタには、16個のデータ転送ピン、4個の電源ピン、4個のグランド ピンの合計24個のピンがあります。最大100 Wの電力容量を備えたUSB Type-Cは、高電力を必要とする多くのアプリケーションで実行可能なオプションとなり、データ転送が不要な場合でも標準のDC電源コネクタを置き換えることができます。
USBを電力供給方法として使用することによる最大の利点は標準化です。USBコネクタは普及しており、Type-Cへの移行により急速に普及が進んでいるためです。現在、多くの新しい携帯電話やモバイルデバイスにUSB Type-Cが搭載されています。さらに、将来的には欧州連合がType-Cコネクタをすべてのデバイスの充電規格として採用する可能性が高まっており、さまざまな製品で単一の既成のケーブルタイプを使用することで、利便性が向上し、エンドユーザーにとって非常に魅力的になることが求められます。
さらに、OEMの観点から見ると、電源のみのコネクタやデータ + 電源コネクタなど、標準化によって一定レベルの相互運用性が保証されるため、これらのコネクタは安定したサプライ チェーンを通じて簡単に見つけることができます。この規格により、設計と統合も容易になり、Type-Cは多くのバレル コネクタよりもはるかに小さなフットプリントを占めます。さらに、USB Type-Cコネクタは堅牢な特性を備えており、最大10,000回の嵌合サイクルを実現し、長い耐用年数を保証しているため、現在のコネクタの中で主流の選択肢となっています。
充電または電源供給用の電源専用USB Type-Cコネクタ
USB Type-Cコネクタの前述の利点により、充電または電力供給設計にのみ使用される、電源専用のUSB Type-Cレセプタクルも市場に導入されました。これらの60 W電力専用USB Type-Cレセプタクルから16個のデータ転送ピンと2個のアース ピンが削除され、4個の電源ピンと2個のアース ピンのみが残ります。
コネクタ自体の設計が簡素化され、標準の24ピンではなく6ピンのみが使用されるため、コネクタのコストが大幅に削減されます。部品コストの削減に加えて、ピンと関連するはんだ付けポイントのほとんどを排除することで複雑さと故障率を削減します。これらの電源専用コネクタはデータ転送には使用できませんが、データと電源を転送できる標準のUSB Type-Cケーブルであれば使用できるため、エンド ユーザーは製品を操作する際に追加の手順やハードウェアを組み込む必要がありません。
ただし、データ転送ピンが削除されているため、USB 3.0電源ネゴシエーション プロセスは実行されません。この場合、充電デバイスは5 Vおよび1 AのUSB標準電力転送速度に戻ります。その他のすべてのアプリケーションでは、コネクタは他の電源ジャックと同じように機能し、充電はアダプタ/充電回路によって制御されます。
USB Type-Cコネクタはさまざまなシナリオで役立ちますが、専用の電源オプションが依然として実用的なソリューションとなる場合もあります。たとえば、ハード制限が240 Wの場合、より高い電力が必要な場合、この状態ではType-Cは動作しません。その他のケースでは、特定の設計上の制限により、異なるフットプリントまたはコネクタ サイズが必要になる場合があり、よりカスタマイズされたソリューションが必要な場合、USB Type-Cコネクタは標準化されたフットプリント、サイズ、および仕様によって制限される可能性があります。
USBタイプCの未来
USB Type-CコネクタとPower Delivery規格により、電力管理と伝送に対する新たな見方が生まれました。まだ万能なソリューションではありませんが、高出力機能と世界標準化により、さまざまな製品に最適な選択肢となります。電力供給のみが必要な場合、CUI Devicesの電力専用USBタイプCコネクタは、コストが低く設計統合が簡素化されているため、エンジニアにとって魅力的なソリューションです。
CUI Devicesの UJC-HP-3-SMT-TR は、電流定格3A、電圧定格20 Vdcの水平表面実装パッケージで電源専用アプリケーション向けに設計された、Type-C、3A、直角、6ピンUSB Type-Cレセプタクルです。もう1つのUJC-VP-3-SMT-TRは、電流定格3 A、電圧定格20 Vdcの垂直表面実装パッケージで電源専用アプリケーション向けに設計された6ピンUSB Type-Cレセプタクルです。
どちらのUSB Type-Cレセプタクルも、データ転送ピンを削除することでコスト効率の高いソリューションを実現し、充電または電源供給のみが機能する設計に適しています。さらに、これらのUSB Type-Cレセプタクルは、標準のUSB Type-Cプラグと互換性があり、電源のみのアプリケーション向けのユニバーサルType-C接続のアクセシビリティと簡素化された設計を統合し、リフローはんだ付けやテープ & リールのパッケージングと互換性があります。
結論
長年の進化を経て、USBコネクタはコンピュータ、通信、民生用電子製品に共通するコネクタとなり、USB Type-Cコネクタは高電力充電アプリケーション用の標準化されたコネクタとなりました。CUI Devicesが導入した60 W電力専用USB Type-Cレセプタクルは、データ転送ピンを削除することでコスト効率の高いソリューションとなり、充電または電源供給が唯一の機能である設計に最適な選択肢となります。