USB PD是由USB 开发者论坛（USB-IF）建立的一种充电协议标准，该标准未制定时，USB端口供电规格被限制在5V，限制了USB的应用范围。USB PD标准的出现，增加了USB端的宽幅电压输出，大幅度提高USB的功率传输范围，扩大了USB PDType-C在各种产品上的应用范围。但USB PD功率提高的同时带来了充电器与USB-C线之间的高温与损耗的问题。也是本次USB-C线缆高功率应用与安全保护方案技术研讨会聚焦的问题之一，即如何保证功率传输的不必要损耗和精准控制元件温度的问题。随着USB PDType-C快充市场发生巨大变化，与欧盟有关统一便携智能设备充电接口的法案通过，迫使所有在欧洲销售的电子设备具有USB-C端口，推动了整个USB-C产业的发展，减少不必要的线缆和充电器的生产，降低电子垃圾的产生，USB-C线缆的市场统一，有助力实现双碳目标的和绿色可持续发展，最终实现社会价值和经济价值的共赢。充电头网在12月8日举办2022 USB-C 线缆高功率应用与安全保护方案技术研讨会全球线上直播，此次直播活动中，来自中国信通院泰尔终端实验室的魏明发表了“USB线缆连接器和ERP电弧问题讨论”的演讲，接下来是演讲的具体内容。此次演讲主要围绕Type-C连接器线缆技术标准和测试要求、USB-IF针对ERP应用的技术要求、ERP应用的挑战、ERP有关的三个试验这四个主题展开。USB接口供电能力的发展，当前主流供电档位有USB2.0、USB3.X、USB4、BC1.2、Type-C、PD3.0、PD3.1。所支持的功率从2.5W至240W。Type-C线缆和连接器技术标准与Type-C线缆和连接器测试标准详细参数介绍。提出问题：为了应对240W需求，USB-IF对线缆和连接器测试有何新要求？对于Type-C线缆测试内容介绍，测试内容包括视觉检查（pin）、视觉检查（结构）、机械性能、低速信号SI、高速信号SI、屏蔽性能、关键尺寸、电流升温、弯曲，如上图所示。Group A（EIA-364-1000.01）-连接器测试项目与测试内容，如上图所示。Group B-线束测试项目与测试内容，如上图所示。Type-C线缆测试所要用到的设备，包含混合气体箱、环境测试设备、可靠性测试设备、信号完整性测试设备，如上图所示。演讲第二部分，USB-IF对ERP应用的技术要求。技术要求1：Type-C线缆和连接器规范。Type-C v2.1要求在连接器断开时，Sink必须保证在250us内，Vbus压差不超过12V。技术要求2：Type-C线缆和连接器规范。线缆弯折测试由100次改为500次；在高频参数上，针对Gen3，Gen2，Gen1给出细分要求；增加A8测试（Gen3母座高频测试）；增加B8测试（Gen3线缆高频测试）；增加母座连接器EMC弹片、内部EMC金属Pad和外壳凸包等结构要求。技术要求3：PD3.1 ERP的保护措施。严格的ERP模式进入和退出机制；最终进入到ERP模式后，才可以使用20V以上电压；进入ERP后，全程进行类似看门狗监控，如果没有收到对方的KEEP Alive信号，则进行复位，退出ERP模式；监控周期为0.23-0.5秒，发现异常而退出ERP的时间在几百毫秒至1秒数量级。因热插拔时会产生电弧，更高的电压差会产生更高能量的电弧，在240W负载情况下进行热插拔，VBUSpin会产生显著的电弧，导致连接器融化烧毁。ERP的安全应用，必须依靠SOURCE，CABLE，SINK这三者之间系统性配合来抑制或减小电弧，才能安全使用。电弧产生原理，当线缆在工作时被拔出后，Source侧Vbus还保持供电，且因突然失去负载，稳压电源进行调整，还导致Vp电压升高并保持一段时间以后才关断；线路中因电流骤减，发生电感反冲，导致Vp电压升高；Sink侧因突然失去Source供电，本地电容迅速放电，并导致VR电压降低。Type-C v2.1要求在连接器断开时，Sink必须保证在250us内，Vbus压差不超过12V。1、增加SINK的电容量；2、通过检测CC线状态，监测线缆拔出的发生，及时去除SINK的负载；通过监测CC线或负载电流的变化，监测线缆拔出事件的发生，及时关断电源和电容。实验1：Type-C温升和带载拔出，提供一个50V@5A的测试环境，使用2台直流电源和1台电子负载，2台直流电源串联连接。实验过程：使用热电偶、温度记录仪配合温升测试板测量工作温度；系统通过功率50V×5A=250W，稳定运行十分钟，最高温度30摄氏度。实验结果：带载拔出2次后发出焦味，A4/B9pin接触面发黑。实验2，USB3.2 STD-A连接器带载拔出实验，实验思路：STD-A连接器物理尺寸大，Spec要求30毫欧接触电阻，比Type-C的40毫欧更佳，可否禁受住240W电弧。实验设置：100W，150W，200W，240W带载拔出测试，寻找A口极限。实验结果如上图所示，在240W时，带载拔出7次后，Vbus pin烧融。实验3，PD65W充电时，带载拔出线缆，充电器测Vbus和CC电压观测的情况如上图所示，黄色代表Vbus，蓝色代表CC，CC terminal断开到Vbus 关断的时间为15.32ms。笔记本测VBUS和CC电压观测的情况，黄色代表VBUS，蓝色代表CC。CC terminal 断开到Vbus关断的时间为1.33ms。得出结论CC线可以用于监测拔出事件。1、以上试验属于极端情况，没有任何抑制电弧的措施。2、TYPE-C和TYPE-A在没有进一步措施的情况下，都无法满足240W带载拔出的要求。3、监控CC线状态可以及时发现连接器拔出状态，客服有实用方案？以上就是来自中国信通院泰尔终端实验室的魏明在12月8日举办的2022 USB-C 线缆高功率应用与安全保护方案技术研讨会所发表的“USB线缆连接器和ERP电弧问题讨论”的演讲，有兴趣者可以与其联系。
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