一睹慧能泰“一线双芯”大功率USB-C线缆的过温保护方案

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前言

12月7日，充电头网举办了一场《USB-C线缆高功率应用与安全保护方案技术研讨会》。此次研讨会面向全球直播，充电头网邀请到了业界多位专家来讨论分享最新的技术、解决方案与市场趋势。在USB Type-C线缆和USB eMarker芯片上有着全面专利布局的慧能泰半导体受邀参与此次技术研讨会。

2021年5月，USB-IF协会发布了USB PD3.1标准；2022年10月，USB-IF协会发布了的USB4 V2.0规范。慧能泰将详细讲解PD3.1、USB V2.0两个标准背后的技术原理，分析USB PD3.1、USB4 V2.0为USB-C线缆带来的机遇与发展，并通过 “一线双芯（eMarker)"的市场趋势去看USB-C线缆的技术趋势。

同时，慧能泰也将分析大功率USB-C线缆面临的诸多挑战，比如高温、高压以及安全性等问题。面对诸多问题，慧能泰将给出大功率USB-C线缆的过温保护方案—“一线双芯”，并对“一线双芯”的市场情况进行分析，还将详细对比市面上常见的几种过温保护方案。

潘浩先生硕士毕业于华南理工大学，曾在德州仪器工作3年，之后投身国产半导体事业，目前是慧能泰半导体公司华南区和eMarker市场的销售经理，在eMarker的USB-C线缆应用市场有着丰富的经验与独到见解，并对USB-C线缆的技术发展趋势有深入研究，获得1项国内发明专利授权。

深圳慧能泰半导体科技有限公司销售经理潘浩先生参加了此次USB-C线缆高功率应用与安全保护方案技术研讨会的线上直播，并且还为我们带来了《“一线双芯”挑战PD3.1大功率USB-C线缆过温问题》主题演讲，主要以USB PD3.1标准下，USB-C线缆面临的机遇与挑战、“一线双芯”如何解决USB-C线缆的过温问题、USB-C线缆的过温保护方案对比共三个部分介绍。

演讲的第一部分的内容是USB PD3.1标准下，USB-C线缆面临的机遇与挑战。

USB PD3.1标准由全球91家企业，汇聚了500余人的专家团队参与制定，在21家快充芯片企业中，慧能泰半导体是唯一参与了USB PD 3.1规范制定的本土芯片厂商。UFCS标准于2021年5月 28日正式发布，是由我们国家自主制订的融合快充标准。慧能泰半导体参与并见证了UFCS标准的落地，也将推出支持UFCS标准的eMarker产品—HUSB335。

USB PD3.1在原有的基础上，扩展出EPR功率范围，支持最大48V的输出，以及240W的充电功率，大功率的PD快充需要能承载5A电流的线缆。

USB PD3.1标准的制定，将电源供应上限拓宽至240W，将会扩展USB PD在各个领域的应用，将会刺激USB-C线缆市场的快速发展，对于USB-C线缆厂商来说是一个发展的机遇。

在USB PD3.1规范制定过程中，USB PD的work group花了大量的时间与资源讨论VBUS母线电压提升后的带来的安全问题，例如拔出产生的电弧、限功率电源（LPS）、连接器和线缆的安全距离等问题。

USB-C线缆存在针脚间距过小的问题，容易受到粉尘、液体等污染物的影响形成微短路，从而产生安全隐患，USB-C接口的充电线引脚间距为0.5毫米，比USB-A中的2.5 毫米紧凑了不少，因此USB-C线缆的保护必不可少。

演讲的第二部分的内容是“一线双芯”如何解决USB-C线缆的过温问题。

慧能泰推出商用集成过温保护功能（OTP）的eMarker芯片HUSB332C，采用DFN2×2-6L封装工艺，有效减少芯片占地面积，符合 USB PD3.1、USB Type-C 2.1的标准，支持雷电4及向下兼容雷电3，支持宽幅电压2.7V-5.75V工作。并且支持 4 次烧录、CC 烧录、用户加密命令、集成过温保护（OTP）功能的4个特殊功能。增加线缆的定制功能和保障线缆安全。

“一线双芯”（HUSB332C）的USB-C线缆的过温保护解决方案示意图与实物图，更加简单高效的了解“一线双芯”线缆的过温保护的布局。

“一线双芯”的工作是由PD电源连接搭载“一线双芯”的USB-C线缆的过温保护线缆，然后通过“一线双芯”的USB-C线缆把电源传输给手机、笔记本等受电设备，以此实现一线双芯”的工作。

HUSB332C OTP的原理及流程，eMarker HUSB332C 芯片检测到温度上升至OTP阈值90℃左右时，会发“Hard Reset” Command给PD Source 协议，然后在35mS内把Vbus电压转移到vSafe0V；PD Source在Vbus建立vSafe0V后需等待tSrcRecover(约1s）重新恢复Vbus 5V和Vconn供电；如果 Vbus恢复5V时，HUSB332C Vconn2检测到芯片温度若仍处于90℃之上，会发“Hard Reset” Command给PD Source 协议，如此循环，直至温度回归正常再给予供电，减少线缆因各种异常温度升高而产生的各种问题。

上图是HUSB332C OTP进行测试时的波形图，可以看到OTP保护过程中，CC不断发出“Hard Reset”指令，直至检测到恢复正常工作状态时，“Hard Reset”指令会让线缆恢复正常工作。以此保护线缆产生的过温安全问题。

演讲的第三部分的内容是USB-C线缆的过温保护方案对比。

通过性能参数的对比USB-C线缆常见的四种过温保护方案，可以看到最佳的方案是集成过温保护功能（OTP）的eMarker芯片过温保护方案。

新的协议出现，对线缆的要求更高，增加了“一线双芯”线缆在市场中出现几率。例如三星全新Galaxy S22系列45W旅行充电器中的原装配线就采用了”一线双芯“方案，线缆两端的USB-C接口上分别搭载了一颗慧能泰旗下eMarker产品HUSB332A。全新上市的HUSB332C再次加强了过温保护功能并已支持最新的PD3.1标准。

慧能泰的eMarker产品家族可以通过图片一览其壮阔的发展历程，从中国大陆第一款认证PD3.0的eMarker芯片到全球第一款PD 3.1认证的eMarker芯片和对应的专利布局，可以看到惠能泰在eMarker芯片领域的不断深耕。

慧能泰推出的新款支持UFCS协议的eMarker—HUSB335芯片，采用更小的占地面积的HFBP 1.6x1.6-6L封装工艺，支持更多的功能和拥有更低的功耗，方便厂商的各种应用与设计，助力UFCS协议线缆市场的繁荣发展。

充电头网总结

PD3.1协议新增加的EPR扩展功率范围，高达240W的传输功率。由于电压等级大幅度调高，所以安全问题非常重要，EPR对连接器和线缆等的安规提出更高的要求，越大的传输功率会给USB-C线缆厂商带越多的挑战，慧能泰eMarker芯片方案，简单有效的解决了USB-C线缆在大功率传输时过温的问题。

目前，慧能泰半导体致力于打造Type-C生态链，已开发出十多款高性能的USB eMarker芯片、PD充电端协议芯片、PD受电端协议芯片、负载开关芯片等产品并顺利实现量产。旗下产品应用于手机、笔记本电脑、平板电脑、智能家居、IoT设备、电源适配器及高品质线材产品中。公司芯片出货量超1亿颗，标杆性客户有联想、小米、三星、HP、贝尔金和努比亚等。同时，慧能泰半导体还积极布局各类电源管理类芯片和USB信号传输类芯片，深耕数字电源领域。