Как USB Type-C может уменьшить путаницу с адаптерами питания потребителей и сократить глобальные электронные отходы

Промышленность бытовой электроники страдает от огромной проблемы электронных отходов. Согласно последнему отчету Global E-Waste Monitor, ежегодно производится около 1 миллиона тонн адаптеров питания. Эти зарядные устройства поставляются с портативными потребительскими устройствами, такими как ноутбуки, планшеты, мобильные телефоны, камеры, интеллектуальные колонки, электроинструменты и многие другие типы продукции.

Функционально эти адаптеры очень похожи. Они могут работать в диапазоне входного напряжения сети от 85 В до 264 В _ac . для использования в любой точке мира. Кроме того, для большинства устройств их номинальная выходная мощность составляет менее 100 Вт. Однако сегодня производители редко позволяют использовать адаптер одного устройства для питания другого продукта. Фактически, промышленность преуспела в создании удивительного набора косметически похожих, но функционально несовместимых версий базового цилиндрического разъема питания (см. Рис. 1).

Рис. 1. В адаптерах питания и зарядных устройствах используется множество цилиндрических разъемов. (Источник:Cypress)

Это создает путаницу для потребителя, которому трудно отличить один тип цилиндрического соединителя от другого. Когда адаптер питания устройства утерян или поврежден, покупка замены требует тщательной проверки совместимости заменяемой детали с устройством, для которого она необходима. И каждый раз, когда пользователю требуется или он хочет заменить электронное устройство, зарядное устройство будет утилизировано, увеличивая накопление электронных отходов в мире.

В идеале потребители могли бы использовать один и тот же адаптер питания и разъем на нескольких устройствах. Такой универсальный соединитель улучшит пользовательский интерфейс, а также сэкономит производителям на затратах, которые они в настоящее время несут на производство и отгрузку адаптеров с каждым производимым ими продуктом.

Нет необходимости в новом промышленном консорциуме для выработки скоординированного ответа, поскольку такой разъем уже существует, прост в реализации и легко доступен:разъем USB Type-C. Этот интерфейс поддерживается новейшим протоколом USB Power Delivery (PD), отраслевым стандартом для обеспечения потребляемой мощности устройством максимальной мощности 100 Вт (до 20 В при токе до 5 А).

Удобные функции USB Type-C

USB - универсальная последовательная шина - это интерфейсная технология, обеспечивающая протоколы для передачи данных и подачи питания. Организация по стандартизации USB - Форум разработчиков USB (USB-IF) - излагает строгие спецификации тестирования, используемые для проверки соответствия устройств USB стандарту. Он также строго соблюдает требования совместимости для устройств, помеченных как сертифицированные по USB.

В результате на опыте потребители понимают, что наличие логотипа USB на разъеме или кабеле указывает на его совместимость с любым другим устройством, имеющим логотип USB. Кроме того, разъем USB Type-C и сам кабель не могут быть более удобными для потребителя, поскольку они обратимы и не зависят от направления.

Для потребителей не нужно приобретать новые знания или привычки, прежде чем использовать зарядное устройство USB Type-C в качестве универсального источника питания для устройств с батарейным питанием. Сюда входят портативные компьютеры и смартфоны, а также устройства, которые не отправляют и не получают данные, такие как интеллектуальные колонки, бритвы, электроинструменты и т. Д. Зарядные устройства USB Type-C уже сегодня легко приобрести:более 500 сторонних USB Type-C адаптеры, зарядные устройства и блоки питания от различных производителей легко доступны для покупки в Интернете или в магазинах по всему миру.

Используя USB Type-C в качестве универсального разъема питания вместо патентованного цилиндрического разъема, производитель устройства снижает свой вклад в проблему электронных отходов. OEM-производители также могут сэкономить на производственных и транспортных расходах, связанных с комплектом адаптера питания к своему продукту. Производители Bluetooth-гарнитур, экшн-камер и других подобных устройств уже приняли меры по отказу от зарядного устройства по умолчанию в своих новых продуктах.

Сегодня сотни моделей портативных компьютеров и мобильных телефонов таких производителей, как HP, Dell, Apple, Lenovo, Acer, Asus, Huawei и Samsung, оснащены интерфейсом питания и зарядным устройством USB Type-C. В ближайшем будущем распространение источников питания USB Type-C в портативных компьютерах и мобильных телефонах достигнет 100%.

Самый быстрый способ реализовать новую конструкцию источника питания USB Type-C

Технология USB, лежащая в основе универсального зарядного устройства, готова к развертыванию уже сегодня. Стандарт USB обеспечивает совместимость за счет связи между «хостом», например зарядным устройством, и «устройством с питанием».

Связь по протоколу USB-PD позволяет подключенному устройству:

• обнаружение зарядного устройства при подключении через кабель USB Type-C
• узнать о профилях мощности, которые определяют параметры, включая максимальное напряжение и ток, подаваемые на подключенное устройство, которые поддерживает зарядное устройство.
• укажите профиль, который требуется устройству, из поддерживаемых профилей мощности зарядного устройства.

Поскольку технология USB включает в себя передачу данных, а также протокол подачи питания, маркетологи и разработчики могут быть обеспокоены тем, что реализация проекта более сложна, сложна и длинна, чем простая, не настраиваемая и несигнальная схема источника питания цилиндрического разъема. . Фактически, экспериментальная разработка системы ввода питания USB PD 3.0 через разъем USB Type-C может быть завершена за считанные минуты. Реализация производственного проекта также чрезвычайно проста, требует небольшого количества компонентов и не требует разработки прошивки.

Самый быстрый путь к проверке концепции для входа питания USB Type-C - использовать комплект разработчика, который имеет встроенный контроллер USB PD 3.0, трансивер и прошивку протокола. Например, комплект для замены цилиндрического соединителя (BCR) Cypress Semiconductor CY4533 EZ-PD ™ на основе микросхемы EZ-PD CYPD3177 BCR представляет собой небольшую плату размером с кредитную карту, которая включает в себя разъем USB Type-C, EZ-PD BCR Микросхема, небольшое количество простых компонентов, необходимых для настройки входного тока и напряжения. Набор позволяет разработчику продукта быстро прототипировать вход питания USB Type-C в своей конструкции, заменив цилиндрический разъем.

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рис. 2. Создание универсального входа питания USB Type-C для интеллектуального динамика с помощью набора EZ-PD BCR Kit от Cypress Semiconductor. (Источник:Cypress)

На рисунке 2 показано, как этот комплект можно использовать для разработки прототипа входа питания USB Type-C для замены существующего входа питания цилиндрического разъема для интеллектуального динамика. Сначала разработчик выбирает любое зарядное устройство USB Type-C, которое поддерживает требуемый профиль мощности. Стандарт USB PD 3.0 определяет варианты выходного напряжения 5 В, 9 В, 12 В, 15 В и 20 В и выходной ток до 5 А. Умному динамику требуется вход 15 В при 2 А.

Во-вторых, подайте на динамик правильную потребляемую мощность, выбрав предварительно настроенный профиль мощности. С помощью комплекта разработчика это делается поворотом поворотного переключателя. Наконец, прикрепите провода от цилиндрического разъема динамика к клеммной колодке комплекта, вставьте цилиндрический разъем в динамик и включите его, чтобы проверить правильность работы.

В этой системе-прототипе контроллер USB выполняет все функции подачи питания USB. Это включает в себя управление связью между источником питания и зарядным устройством, а также включение и выключение переключателя нагрузки для включения / выключения подачи питания на приемник питания. Контроллер также защищает источник питания от повреждений, вызванных коротким замыканием, перенапряжением или пониженным напряжением, и обеспечивает защиту от электростатических разрядов на уровне системы до 15 кВ. Поскольку контроллеры USB поставляются в комплекте с прошивкой протокола USB PD 3.0, разработка программного обеспечения для замены цилиндрического разъема не требуется.

После того, как испытания прототипа подтвердили правильность работы замены цилиндрического разъема USB Type-C, разработчики должны преобразовать прототип в серийный образец. Поскольку современные контроллеры USB представляют собой устройства с высокой степенью интеграции, это относительно простой процесс. На Рисунке 3 показана полная схема подачи питания через USB Type-C, для которой требуется менее десяти внешних компонентов.

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рис. 3. Типовая схема приложения для замены цилиндрического разъема USB Type-C на базе контроллера подачи питания CYPD3177. (Источник:Cypress)

Эти компоненты:

• Разъем USB Type-C. Поскольку это стандартная деталь, стоимость розетки невысока. Он будет продолжать падать в цене благодаря эффекту масштаба, достигнутому за счет внедрения интерфейса USB Type-C в массовые продукты, такие как портативные компьютеры и мобильные телефоны.
• USB-контроллер, который подключается к хост-контроллеру устройства (при желании, но не требуется) через I ² Интерфейс C.
• Резисторные делители сети для выбора желаемых значений выходного напряжения и тока.

Значения резисторов приведены в таблицах в техническом описании USB-контроллера. Из-за небольших размеров розетки USB Type-C - всего 2,4 мм в высоту - пространство, занимаемое всей цепью питания, сопоставимо с размером блока питания цилиндрического разъема, который он заменяет.

Экологичный и удобный

Возможно, вас заинтересуют следующие статьи по встроенным программам:

• USB-C становится все более популярным в носимых и мобильных устройствах.
• Разработка совместимых зарядных устройств.
• Отладка конструкции систем питания USB Type-C и USB.

Экологические, коммерческие и потребительские преимущества замены множества цилиндрических разъемов универсальным зарядным устройством для устройств с батарейным питанием огромны:

• Уменьшение количества электронных отходов.
• Сокращение использования материалов для производства одноразовых зарядных устройств.
• Уменьшение количества единиц хранения зарядных устройств для OEM-производителей, которые поставляют разные зарядные устройства с каждым продуктом.
• Единое зарядное устройство для всех устройств, которыми владеет потребитель.
• Простая замена неисправных или неправильно установленных зарядных устройств.

Для получения дополнительной информации см.

• Отчет о глобальном мониторинге электронных отходов
• Форум разработчиков USB (USB-IF)
• Оценочный комплект Cypress CY4533 EZ-PD BCR