Aperçu de l'USB Type-C dans les conceptions à alimentation uniquement

Avec l'introduction de la première norme USB en 1996, les connecteurs USB et leurs normes associées ont connu une multitude de changements au fil des ans en termes de type de connecteur physique, de débits de données et de capacités de transfert de puissance. Lorsque l'USB Type-C® est entré en service en 2014, il représentait la norme physique la plus récente, offrant aux utilisateurs une capacité et flexibilité supérieures grâce à son boîtier bidirectionnel et réversible, à des vitesses de transfert de données plus rapides et à une puissance plus élevée. Un connecteur USB est fondamentalement lié à ces trois normes distinctes mais interdépendantes : le connecteur physique, le protocole de transmission des données et l'alimentation électrique. Cependant, la confusion est souvent de mise lorsqu'on examine la relation entre les normes. Avant d'aborder la nouvelle tendance en matière de connecteurs USB Type-C à alimentation uniquement, il est utile de clarifier la connexion des différentes normes USB.

Comprendre les normes USB

D'un point de vue général, la dernière norme USB Type-C ne définit que le connecteur physique que les utilisateurs voient dans de nombreux téléphones portables et dispositifs électroniques actuels. Les protocoles de transfert de données, tels que l'USB 3.2 et maintenant l'USB4, ne s'appliquent qu'au signal électrique. Un ingénieur peut créer un système utilisant la spécification de transfert de données USB 3.2 et son propre connecteur propriétaire non conforme à la norme de connecteur USB physique.

Il en va de même pour la spécification USB Power Delivery (PD). De par sa conception, un connecteur USB Type-C prend en charge un courant nominal de 5 A et une tension nominale de 20 V_CC pour une capacité de transfert de puissance jusqu'à 100 W définie dans l'USB PD 3.0. Publiée en 2021, la norme USB PD 3.1 a depuis étendu la capacité de transfert de puissance du Type-C jusqu'à 240 W. Alors que les connecteurs USB Type‑C peuvent prendre en charge USB PD, la spécification Power Delivery est en fait déterminée par le circuit de charge et n'est limitée que par les capacités de tension et de courant du connecteur physique. Cependant, cette tenue en puissance supérieure, prise en charge par des connecteurs USB Type-C, a ouvert la voie à de nouvelles possibilités.

Figure 1 : Progression des niveaux de puissance USB. (Source de l'image : Same Sky)

Avantages du connecteur USB Type-C dans les conceptions d'alimentation

Avec seize contacts de transfert de données, quatre contacts d'alimentation et quatre contacts de masse, un connecteur USB Type-C standard à 24 contacts permet de transférer jusqu'à 240 W de puissance. Cela fait du connecteur USB Type-C une solution intéressante pour les applications d'alimentation avec la possibilité de remplacer un connecteur d'alimentation CC standard même lorsque le transfert de données n'est pas nécessaire.

La standardisation constitue l'un des principaux avantages de l'utilisation de l'USB pour l'alimentation électrique. Les connecteurs USB sont largement adoptés dans de nombreuses industries différentes et le Type-C continue de s'imposer comme le connecteur universel dans les téléphones et les dispositifs mobiles. C'est pourquoi l'Union européenne a déjà décidé d'adopter le connecteur USB Type-C comme norme pour tous les futurs dispositifs achetés et vendus dans sa zone géographique. Pour l'utilisateur final, il ne faut pas sous-estimer l'avantage de n'avoir besoin que d'un seul câble standard pour interfacer avec une grande variété de produits. Les équipementiers bénéficient également d'une chaîne d'approvisionnement stable car les connecteurs USB sont faciles à trouver et leur standardisation garantit un haut niveau d'interopérabilité. Grâce à cette standardisation, les défis liés à l'intégration de conception sont également réduits. De plus, les connecteurs USB Type-C offrent généralement un boîtier plus petit que celui de nombreux connecteurs cylindriques, ainsi qu'une grande fiabilité et une durée de vie plus étendue avec une capacité de 10 000 cycles de raccordement.

Connecteurs USB Type-C à alimentation uniquement

Sur la base des avantages énumérés dans la section précédente, Same Sky a développé des prises USB Type-C à alimentation uniquement pour les applications dans lesquelles la charge ou l'alimentation est la seule utilisation prévue. Les prises USB Type-C 60 W à alimentation uniquement de Same Sky éliminent les seize contacts de transfert de données et deux des contacts de masse, ne laissant que quatre contacts d'alimentation et deux contacts de masse.

Figure 2 : Type-C à 24 contacts par rapport au Type-C à 6 contacts à alimentation uniquement. (Source de l'image : Same Sky)

En supprimant les seize contacts, la conception simplifiée du connecteur entraîne une réduction significative des coûts avec seulement six contacts par rapport à un connecteur Type-C à 24 contacts standard. Cela permet non seulement de réduire le coût des composants, mais également de réduire la complexité et le taux de défaillance, avec moins de contacts et de joints de soudure associés. Bien que ces connecteurs USB Type-C ne transfèrent pas de données, ils restent compatibles avec tout câble USB Type-C standard de type données+alimentation. Ils sont ainsi plus pratiques, sans matériel ni exigences supplémentaires pour l'interface entre le connecteur et le câble.

Notez que si les broches de transfert de données sont retirées, le processus de négociation d'alimentation USB 3.0 n'a pas lieu, ce qui signifie que le dispositif de charge repasse au taux de transfert d'alimentation USB standard de 5 V et 1 A. Dans tous les autres cas, le connecteur fonctionne comme n'importe quel autre jack d'alimentation, la charge étant contrôlée par l'adaptateur/le circuit de charge.

Scénarios de performances supplémentaires

Bien qu'elles conviennent à une variété d'applications et de conceptions, les options d'alimentation dédiées, telles que les connecteurs d'alimentation CC, ont toujours leur place. Tout d'abord, avec une limite de transfert de puissance de 240 W, les connecteurs USB Type-C ne sont tout simplement pas une option pour les conceptions exigeant plus de 240 W. Cependant, l'USB PD 3.1 ouvre des capacités de puissance plus importantes par rapport à la limite précédente de 100 W. Bien que les empreintes standardisées offrent des avantages dans de nombreux cas, il existe des cas où une autre empreinte ou un autre type de boîtier peut constituer une option plus appropriée. En d'autres termes, lorsqu'un connecteur plus personnalisé est nécessaire, l'USB Type-C pourrait être limité par ses dimensions et ses limites standardisées. Pour plus d'informations sur les cas où d'autres connecteurs d'alimentation peuvent constituer une meilleure solution, consultez le blog de Same Sky sur la sélection d'un connecteur d'alimentation CC.

L'avenir avec l'USB Type-C

Les connecteurs USB Type-C et leur adoption généralisée ont donné aux ingénieurs une nouvelle façon d'envisager la gestion et la transmission de l'énergie. Bien qu'il ne s'agisse pas d'une solution ultime, les capacités de puissance jusqu'à 240 W du Type-C et la standardisation mondiale peuvent lui permettre de s'implanter solidement dans une vaste gamme de produits et d'applications. Avec leur faible coût et leur intégration simplifiée, les prises USB Type-C de Same Sky offrent aux ingénieurs une option intéressante lorsque l'alimentation est la seule fonction dont ils ont besoin.

Same Sky propose actuellement des prises USB Type-C à alimentation uniquement de 60 W en versions horizontales ou verticales avec un courant nominal maximum de 3 A et une tension nominale de 20 V_CC.