题记：USB C 型端口提供电力输送以操作电子设备系统、为电池充电或为连接的外围设备供电。

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USB Type-C 连接器于五年前首次推出，当时它已被广泛用作便携式消费电子产品的首选连接器。这个单一的连接器为手机、平板电脑和其他便携式设备提供数据、视频和音频接口。 USB Type-C 端口还提供电力输送以操作系统、为电池充电或为连接的外围设备供电。连接器插座具有可逆引脚配置，以消除对连接器极性的担忧。但是，便携式产品上的外部端口会使设备面临多种危险、对地短路或相邻连接器引脚、可能施加超出设计限制的电压或信号电平以及静电放电 (ESD) 事件。 USB Type-C 连接器内非常紧凑的引脚间距或触点间距带来了风险和挑战。连接器内的引脚间距为 0.5 毫米，因此很容易受到攻击。如果插头在插入插座时扭曲或在金属异物接触引脚的情况下，引脚之间可能会发生短路。任何带有 USB 端口的便携式产品的另一个设计问题是无法控制最终用户可以连接到该端口的第三方外围设备。此类设备可能不符合 USB 或产品规格，从而损坏连接到端口的上游电路。以前，端口保护设备采用分立器件或单一用途的保护开关 IC 来保护 VBUS 和数据线。这些解决方案成本高昂，并且需要产品内部宝贵的印刷电路板空间。离散保护解决方案对于系统控制器硬件和设计标准的验证也是资源密集型的。为了缓解这个问题，现在可以使用高度集成的端口保护设备来简化易用性、设计任务和行业标准的验证。一个例子是 Kinetic Technologies, Inc. 的新型 KTU1125。像 KTU1125 这样的器件可以增加所需的电路保护，减小组件的占位面积，最终降低产品成本，同时提高产品可靠性。

图1：KTU1125功能框图

USB Type-C 连接器的主要功能是将设备 VBUS 连接到外部电源以为系统供电并为内部电池充电。在许多情况下，VBUS 起到双重作用，为连接的外围设备供电。 VBUS 引脚可施加 5 V 至 20 V 之间的输入电压电平，电流电平范围为 500 mA 至 5 A，功率电平高达 100 W。根据 USB 标准，施加到 VBUS 的初始电压不应超过5 V。KTU1125 及其类似设备具有 6 V 的默认过压保护 (OVP)，以防止出现故障电压源。对于高级设计，OVP 关断阈值可以通过 I2C 总线编程控制动态增加，以适应更高的输入端口功率功能。这允许设备在启动时受到保护，但也可以调整到任何给定的 OVP 级别，以支持设备运行，以承受 USB 标准的指定限制。当发生 OVP 事件时，典型的保护开关将在 100 ns 内关闭并断开 VBUS 与系统的连接，以防止发生损坏。 VBUS 保护开关的另一个关注参数是最大浪涌或关断电压规范。当施加的输入超过 OVP 阈值时，开关将关闭以保护系统。开关必须能够承受更高的电压水平而不会损坏，以保护自身和系统。该参数被定义为浪涌电压规格。像 KTU1125 这样的良好保护开关可以承受从 VBUS 到地施加高达 100 V 的电压而不会损坏。在正常工作条件下，无论电流方向如何，VBUS 保护开关都会监控电流。如果电流超过预设水平，将触发过流保护 (OCP)。如果发生接地短路，OCP 电路将断开开关并在短路消除后恢复工作。 KTU1125 还为设计人员提供了先进的可编程过流限制功能，可将电流限制在预设水平，从而允许系统在受保护的条件下运行。在关闭状态下，VBUS 保护开关采用反向电流阻断来防止外部连接的设备损坏系统或耗尽内部电池。

图 2：带有系统中断故障标志的典型 VBUS 过压关断响应

USB Type-C 标准提供位于 VBUS 引脚附近的低速数据和控制输入/输出线。 USB Type-C连接器的布局tor 具有镜像引脚的优势，无论插头方向如何，都允许连接。但是，此功能意味着必须保护引脚免受外部不利条件以及直接短路到 VBUS 的可能性。参考图 3，可以看到由于 0.5 毫米的细连接器间距，在靠近 VBUS 的配置控制 (CC) 和边带使用 (SBU) 引脚之间存在短路风险。插入 USB Type-C 插座的扭曲插头或金属异物可能会导致 VBUS 短路。