USB Type-C PD回路では、 PD専用コントローラー、及びMOSFET、ESD保護ダイオードなどを組み合わせて構成します。本記事ではアプリケーション事例に沿い、 USB Type-C PD回路の構成事例をご紹介します。
普及が進むUSB Type-Cの動向
USBの歴史が長くなるにつれコネクターの進化が進んでいます。新たに購入した製品によってコネクターが異なり専用アダプターが必要になってしまうと、既存アダプターの使いまわしができなくなり、不要な電源アダプター・ケーブルが電子廃棄物として捨てられてくことになります。
そこで、電源アダプター・ケーブルをUSB Type-Cに統一するユニバーサル化をおこなうことで電子廃棄物問題を解決することにつながるため、SDGsの観点でも注目され始めています。EUではこの問題解決のために2024年から法令化がおこなわれる計画で、スマートフォン、タブレットをはじめとした電子機器全般にUSB Type-Cを標準で搭載するように義務付けられています。EUからの発表はこちら。
さらに、製品に必要な電力も大きくなってきており、それを充電する能力を高めていく必要もでてきています。そこで急速充電に対応するため、 USB Type-C Power Delivery(以下、USB Type-C PD)機能を搭載することが一般的になってきています。
USB Type-C PDの電力仕様について
100W以下のUSB給電では、以下の電圧x電流の組み合わせとなります。
| 電力 | 電圧と電流(最大) |
| 15W以下 | 最大5V x 3A |
| 15W超～27W以下 | 最大9V x 3A |
| 27W超～45W以下 | 最大15V x 3A |
| 45W超～60W以下 | 最大20V x 3A |
| 60W超～100W以下 | 最大20V x 5A |
100W以下の場合VBUSは最大で20Vとなりますので、耐圧30VのMOSFETが選定されるケースが多いです。
また、USBコントローラーによってはNch MOSドライバーの有無が分かれていますので、Nch MOSとPch MOSを使い分ける必要があります。以下ページのMOSFETリストをご確認ください。
※どの程度のマージンを持たせるかはお客様のご設計思想によりますので、本記事の製品リストに無いスペックのデバイスをお求めの場合は、以下問い合わせ先までお申しつけください
アプリケーション事例：イヤホンBOX、ヘッドフォン、etc
バッテリー充電、システム用電源用途として、Power Sinkのみの機能をご要望されるケースは、Infineon社製品BCRシリーズで対応することができます。分圧抵抗のみでPDO(Power Data Object)の設定が可能です。
*4つの端子の分圧抵抗によりPODの設定が可能です。
◎VBUS＆SAFE_Pch MOSFET要求：Pch MOSFET(Dual or Single)、VDS 30V以上(VBUS max20V)、Logic Level駆動、小型Package
VBUS＆SAFE (Pch Dual)
VBUS＆SAFE (Pch Single)
| Part Number | Vds | Rds(on)max @Vgs=4.5V |
Id(max) @Tc 25 |
Package | Family |
| -30V | 65.0mΩ | 6A | PQFM2×2 | IR MOSFET™ logic level | |
| -30V | 6.8mΩ | 20A | SO8 | IR MOSFET™ logic level | |
| IRF9317 | -30V | 10.2mΩ | 16A | SO8 | IR MOSFET™ logic level |
| IRF9321 | -30V | 11.2mΩ | 15A | SO8 | IR MOSFET™ logic level |
| BSO301SP H | -30V | 12.0mΩ | 12.6A | SO8 | OptiMOS™ P logic level |
| IRF9393 | -30V | 32.5mΩ | 9.2A | SO8 | IR MOSFET™ logic level |
| IRF9335 | -30V | 110.0mΩ | 5.4A | SO8 | IR MOSFET™ logic level |
アプリケーション事例：HMD/Projector/Monitor、etc
USB Type-C PD ＋データ通信(DP Alternate Mode、etc)をご要望されるケースは、Infineon社製品CCG3シリーズで対応することができます。CCG3はBill boardデバイスが搭載されています。
◎VBUS MOSFET要求：VDS 30V以上(VBUS max20V)、Logic Level駆動、小型Package
VBUS Loading Switch (Nch Single)
| Part Number | Vds | Rds(on)max @Vgs=4.5V |
Id(max) @Tc 25 |
Package | Family |
| BSZ0909LS | 30V | 3.0mΩ | 40A | PQFN3x3 | OptiMOS™ PD Logic Level |
| BSZ0910LS | 30V | 5.7mΩ | 40A | PQFN3x3 | OptiMOS™ PD Logic Level |
| BSZ0911LS | 30V | 7.0mΩ | 40A | PQFN3x3 | OptiMOS™ PD Logic Level |
| ISK036N03LM5 | 30V | 4.6mΩ | 44A | PQFN2x2 | OptiMOS™ 5 Logic Level |
| ISK024NE2LM5 | 25V | 3.4mΩ | 55A | PQFN2x2 | OptiMOS™ 5 Logic Level |
USB Type-C PD ＋ 汎用マイコンとしての用途をご要望されるケースは、Infineon社製品PMG1シリーズで対応することができます。PMG1は USB Type-C PD だけでなくLEDやモーターなどの制御が可能です。
VBUS MOSFET (Nch Dual)
|
Part Number |
Vds |
High/Low @Vgs=10V |
High/Low Id(max) @Tc 25 |
Package |
Family |
|
30V |
16.4mΩ/11.8mΩ |
9.1A/11A |
SO-8 |
IR MOSFET™ Dual Nch |
VBUS MOSFET (Pch Dual)
アプリケーション事例：電源アダプタ、コンセント、etc
電源アダプター、壁コンセント、ケーブルタップのUSB Type-C PD化をご要望されるケースは、Infineon社製品PAG1シリーズで対応することができます。PAG1は1次側(PAG1P)、2次側(PAG1S)のセットとしてご使用することが可能です。
MOSFETに関して、1次側Fly-back：Primary側のNch MOSFETでは、Infineon社のCoolMOS P7/C7ファミリーを推奨します。CoolMOS P7/C7は最も汎用的で性能と価格のバランスに優れたMOSFETです。
| Voltage Class |
Rds(on) [mΩ] |
FullPACK narrow lead | ThinPAK 8x8 | DPAK |
| 600V P7 | 125 | IPL60R125P7 | ||
| 180/185 | IPAN60R180P7S | IPL60R185P7 | IPD60R180P7S | |
| 280/285 | IPAN60R280P7S | IPL60R285P7 | IPD60R280P7S | |
| 360/365 | IPAN60R360P7S | IPL60R365P7 | IPD60R360P7S | |
| 600 | IPAN60R600P7S | IPD60R600P7S | ||
| 600V C7 | 125/130 | IPL60R125C7 | ||
| 185/195 | IPL60R185C7 |
・2次側VBUS：30Ｖ耐圧クラスのMOSFETを推奨します。
・2次側SYNC：60-150V耐圧クラスのMOSFETを推奨します。
650V以上のMOSFETをお探しの場合は以下製品ページをご参照ください。
VBUS MOSFET (Nch Single)
| Part Number | Vds | Rds(on)max @Vgs=4.5V |
Id(max) @Tc 25 |
Package | Family |
| BSZ0909LS | 30V | 3.0mΩ | 40A | PQFN3x3 | OptiMOS™ PD Logic Level |
| BSZ0910LS | 30V | 5.7mΩ | 40A | PQFN3x3 | OptiMOS™ PD Logic Level |
| BSZ0911LS | 30V | 7.0mΩ | 40A | PQFN3x3 | OptiMOS™ PD Logic Level |
| ISK036N03LM5 | 30V | 4.6mΩ | 44A | PQFN2x2 | OptiMOS™ 5 Logic Level |
| ISK024NE2LM5 | 25V | 3.4mΩ | 55A | PQFN2x2 | OptiMOS™ 5 Logic Level |
SYNC MOSFET (Nch Single)
| Part Number | Vds | Rds(on)max @Vgs=4.5V |
Id(max) @Tc 25 |
Package | Family |
| BSZ042N06NS | 60V | 4.2mΩ | 98A | PQFN3x3 | OptiMOS™ 5 |
| BSZ068N06NS | 60V | 6.8mΩ | 63A | PQFN3x3 | OptiMOS™ 5 |
| BSZ100N06NS | 60V | 10.0mΩ | 46A | PQFN3x3 | OptiMOS™ 5 |
| BSZ075N08NS5 | 80V | 7.5mΩ | 73A | PQFN3x3 | OptiMOS™ 5 |
| BSZ084N08NS5 | 80V | 8.4mΩ | 64A | PQFN3x3 | OptiMOS™ 5 |
| BSZ110N08NS5 | 80V | 11mΩ | 51A | PQFN3x3 | OptiMOS™ 5 |
USB Type-C向けESD保護ダイオード
ESD保護ダイオード
|
Type |
USB Type-C |
VRWM |
Cap |
VESD |
Rdyn |
Vcl@16A |
IR,max |
Package |
|
SBU |
±5.5V |
5.5pF |
±15kV |
0.13Ω |
8V |
30nA |
0201 / 01005 |
|
|
CC |
±22V |
3.2pF |
±16kV |
0.27Ω |
27V |
100nA |
0201 / 01005 |
|
|
VBUS |
±18V |
4.2pF |
±15kV |
0.3Ω |
25V |
100nA |
0201 |
|
|
D+ / D- |
±5.5V |
0.25pF |
±15kV |
0.6Ω |
13V |
100nA |
0201 / 01005 |
|
|
Rx / Tx |
±3.3V |
0.15pF |
±15kV |
0.25Ω |
6.5V |
50nA |
0201 / 01005 |
まとめ
今後一層、市場でのUSB Type-C PDへの移行が加速していくなかで、機能を実現するには周辺回路まで十分注意して設計する必要があります。弊社ではPDコントローラーから周辺回路までトータルでご提案することができますので、より詳細な内容をご要望される場合や、ご検討いただける場合は、下記お問い合わせボタンよりお申しつけください。