USB Type-C®:未来を先取りするユニバーサル コネクタ

電力、データ、ビデオのすべてを単一のインターフェイス (ケーブル) でサポート

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USB Type-C とは 

USB Type-C は、パーソナル エレクトロニクス、車載、産業用、エンタープライズの各システムに採用されており。多くの場合、USB-C® という省略形を使用しています。USB Type-C は業界標準のコネクタであり、単一のインターフェイス (ケーブル) を使用してデータと電力の両方を伝送することができます。USB パワー デリバリ (PD:電力供給) は、USB-C コネクタを使用する規格であり、(電力伝送に関して) USB-C インターフェイスの機能と特長を強化する役割を果たします。USB PD を使用すると、最大 240W の電力と最大 80Gbps のデータを同時に送信できるようになります。ビデオや他の高度な機能をサポートするために、DisplayPort™ や Thunderbolt® のような事前定義済みの代替モード (Alt mode) を実装することもできます。

USB-C と USB PD (パワー デリバリ) のアプリケーションや要件の概要

このホワイト ペーパーでは USB-C (USB Type-C) と USB PD (パワー デリバリ) の詳細を説明し、さまざまなアプリケーションとそのデータ要件や電源要件を解説しています。

詳細

TI の USB-C 製品の特長

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高効率と高い電力密度 

TI の USB-C ソリューションを採用すると、設計者はより小規模なスペースでより多くの電力を供給し、包括的なハードウェア統合を通じてシステムの機能を強化することができます。

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使いやすい設計ツールとリソース

TI の各種 USB-C ソリューションはフレキシブルで、使いやすい GUI や構成ツールも活用でき、カスタム ファームウェアの開発やスクリプト作成が不要です。

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業界への関与 

TI は、USB インプリメンターズ・フォーラム (USB Implementers Forum:USB IF) の仕様リリースに合わせて最先端の USB-C 機能を開発しています。また、さまざまな市場で USB-C の採用促進につながる市場トレンドを見きわめ、それらに対応しています。

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システム レベルの設計サポート

TI は、USB-C アプリケーションとアーキテクチャ全般に対応するデバイスとソリューションを提供しています。

USB-C アーキテクチャ

USB-C バッテリ動作システムは、電力のシンク (吸い込み) または電力のソース (供給) として動作すること、あるいはこれら両方の役割を果たすデュアル ロール電源として動作することが可能

使いやすい USB-C アダプタを使用して利便性の高い充電環境を実現できるように、入力電力として USB-C を採用するバッテリ アプリケーションが増加しています。USB-C 入力をサポートするには、バッテリ チャージャが USB-C の入力電力範囲 (15W ~ 240W) に対応できる能力が必要です。アプリケーションの USB-C 入力範囲に対応し、バッテリを効率的に充電できる適切なバッテリ チャージャを見つけることが重要です。

開発中のバッテリ動作システムに最適な USB-C 製品の検索:

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関連資料
幅広い入力電圧範囲やバッテリ電圧範囲に対応するアプリケーションの設計
USB-C などの新しいテクノロジーをサポートする、VIN (入力電圧範囲) と VOUT (出力電圧範囲) の広いバッテリ チャージャの利点に関する説明です。
リファレンス デザイン
USB Type-C PD 充電向け、100W 統合型評価基板のリファレンス デザイン
このリファレンス デザインは、USB Type-C® PD (パワー デリバリ) を使用し、4 ~ 10 セルのバッテリに 100W の充電電力を供給します。 
関連資料
USB Type-C® パワー デリバリ (PD) と充電機能を統合した評価基板 (EVM) を使用するリファレンス デザイン
この評価基板 (EVM) を使用すると、高効率 5A スイッチ モード昇降圧チャージャ (BQ25798) と、複数のスイッチを内蔵した USB Type-C/PD コントローラ (TPS25750) の組み合わせを評価できます。
バッテリ動作システム に関する主な製品
BQ25798 アクティブ デュアル入力セレクタと MPPT 機能搭載、I²C 制御、1 ~ 4 セル、5A 昇降圧ソーラー・バッテリ・チャージャ
新製品 BQ25756 アクティブ MPPT (最大電力点追従) 機能搭載、スタンドアロンまたは I²C 制御、70V、双方向、昇降圧充電コントローラ
新製品 TPS25751 プレビュー USB Type-C® and USB Power Delivery (PD) controller with integrated power switches

独自のバレル コネクタから USB-C ポートに移行し、電力のシンク (吸い込み) として動作するシステム

USB-C の拡大が続く現状で、独自のバレル ジャック (AC アダプタからの充電に使用する直径数 mm の円形コネクタ) システムから標準化済みの USB-C ポートへと移行するシステムが増えています。USB-C のような標準化済み充電ポートを実装すると、メーカー各社はシステムにカスタム アダプタを同梱する必要がなくなります。代わりに、消費者が手持ちの USB-C チャージャを活用できます。USB-C と USB PD に対応する TI の各コントローラは最新の規格に準拠しているため、お客様が開発中の製品を、規格に準拠した任意の USB-C 電源に接続できます。

バレル コネクタの置き換えに適した USB-C 製品を検索:

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ホワイト・ペーパー
Circuit protection for your next USB Type-C design white paper
適切な回路保護を USB Type-C の設計に追加すると、システムの損傷や現場での故障というリスクを低減できる理由。
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関連資料
独自バレル コネクタを USB-C ポートで置き換え
業界規模でのバレル コネクタから USB-C への移行と、TI が提供するソリューションの詳細をご確認ください。
バレル コネクタの置き換え に関する主な製品
新製品 TPS25730 アクティブ ファームウェアの開発不要、シンク (吸い込み) 専用、USB Type-C® と USB パワー デリバリ (PD) 対応のコントローラ
新製品 LM51772 プレビュー 55V wide VIN four-switch buck-boost controller with I2C interface
TPD6S300A アクティブ USB Type-C® ポート保護回路:OVP (過電圧保護) は改善済み、VBUS への短絡、過電圧、および 6 チャネルの ESD (静電気放電) 保護

AC ラインから USB Type-C 経由で大電力を供給

USB-C AC アダプタは、コンシューマ エレクトロニクスのバッテリ チャージャで支配的な地位を占めています。電力範囲の拡大と Universal Fast Charging (ユニバーサル高速充電) 規格の登場により、ゲーミング ノート PC や電動自転車などの大出力最終製品で USB-C を広く採用できるようになりました。ただし、フォーム ファクタ、発熱に関する懸案、スケーラビリティ、コスト、品質のバランスを維持すると同時に、電磁干渉 (EMI) の低減もますます複雑になっています。

TI は包括的なエコシステムを提供するとともに、これらの課題に対処できるように革新的なテクノロジーを継続的に導入しています。その結果、お客様は非常にコンパクトで効率的、スケーラブルで信頼性の高いソリューションを開発し、市場投入期間を短縮しやすくなります。

開発中 AC 電源アダプタに適した USB-C 製品を検索:

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リファレンス デザイン
アクティブ クランプ フライバック使用、高い電力密度、65W、USB Type-C チャージャのリファレンス デザイン
このリファレンス デザインは、UCC28782 アクティブ クランプ フライバック コントローラを使用し、30W/立方インチ (1.83W/立方 cm) の高い電力密度を達成した、65W USB チャージャです。
関連資料
一般的な AC/DC 電源トポロジにおける低消費電力 GaN の利点
日常的に携帯する多様な電子機器向けに、ポータブルかつ高速で効率的なチャージャが消費者に求められています。大半の電子機器が USB-C チャージャへの移行を進めています...
AC 電源アダプタ に関する主な製品
新製品 UCC25660 アクティブ 広い VIN/VOUT (入力電圧と出力電圧)、750kHz、LLC コントローラ
UCC28782 アクティブ アクティブ・クランプ・フライバック (ACF) とゼロ電圧スイッチング (ZVS) の各トポロジー向けの高密度フライバック・コントローラ
新製品 LMG3624 プレビュー ドライバと保護機能と電流センシング機能内蔵、650V、170mΩ、GaN FET

USB-C の採用で車内の高速充電を実現

充電機能を USB-C に移行するデバイスの増加に伴い、車内で USB-C チャージャのニーズが高まっています。車載環境向けの USB-C チャージャを設計する場合、チャージャの統合、電力効率、部品表 (BOM) サイズ、USB IF (USB インプリメンターズ・フォーラム) 仕様への準拠、シグナル インテグリティがいずれも必須です。

TI の各種ソリューションは、昇降圧コンバータやコスト効率に優れたパワー マネージメント デバイスをフル統合しており、BOM 点数の低減に貢献します。限りある車内面積という課題に対応できるように、TI は使いやすい構成ツールを公開し、電力と熱管理のバランス維持や構成に役立つ USB-C ソリューションを提供しています。

車載 USB-C チャージャに適した USB-C 製品の検索:

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アプリケーション・ノート
TPS2576x/TPS2577x-Q1 Source Power Policy Management (Rev. A)
マルチポート充電またはデータ交換を行う USB システムで、統合型のソース (供給) 電力ポリシー管理エンジンを使用し、USB ポートの動的な電力管理を実現する方法をご覧ください。
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リファレンス デザイン
車載対応、CISPR 25 Class 5、400kHz 定格、120W、デュアル USB Type-C® PD チャージャのリファレンス デザイン
車載の電磁干渉 (EMI) に関連する設計上の課題を克服し、開発期間を短縮する方法をご確認ください。
ビデオ
車載 USB Type-C と USB PD (パワー デリバリ) 設計課題の解決
車載 USB の大電力モジュールが直面する課題を克服するのに役立つ TI の手法を紹介する、こちらのビデオをご覧ください。
車載 USB-C チャージャ に関する主な製品
TPS25772-Q1 アクティブ 車載対応、昇降圧レギュレータとスマート・パワー・マネージメント機能搭載、デュアル・ポート USB Type-C® PD コントローラ
TPS55288-Q1 アクティブ AEC-Q100 認証取得済み、I2C 制御機能搭載、36V、16A 昇降圧コンバータ
TPS25762-Q1 アクティブ 車載対応、昇降圧レギュレータ内蔵、USB Type-C® PD コントローラ

電力、データ、ビデオの伝送を実装する USB-C システム

USB-C にはさまざまなプロトコルで電力とデータの両方をサポートする能力があり、多様なアプリケーションへの導入が増加しています。USB-C を使用すると、電力のソース (供給) とシンク (吸い込み)、またはその両方の機能を統合する方法でシステム設計を簡素化し、標準化済みの USB インターフェイスを経由するデータとビデオの高速な送受信を容易にすることができます。

TI は、USB PD (パワー デリバリ) コントローラ製品を通じて電力のソース (供給) とシンク (吸い込み) 機能を実現する各種 USB-C ソリューションを提供しています。TI はまた、データとビデオの多重化やシグナル コンディショニングに適した各ソリューションを提供し、USB-C 代替モード (Alt mode) をサポートしているほか、1 組のポートとケーブルを使用してデータとビデオの両方を伝送することができます。

電力、データ、ビデオの伝送に適した USB-C 製品を検索:

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ホワイト・ペーパー
Strengthening the USB Type-C signal chain through redrivers
USB-C システムでのシグナル コンディショナの必要性や、リドライバを採用する場合の利点の詳細をご確認ください。
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アプリケーション・ノート
PD Alternate Mode: DisplayPort (Rev. B)
USB-C ケーブル経由で DisplayPort を実装する方法、および USB PD コントローラやソフトウェア ツールなど DisplayPort に対応できる TI の各種ソリューションの詳細をご確認ください。
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リファレンス デザイン
パーソナル エレクトロニクス アプリケーション向け、ドッキング USB Type-C パワー デリバリ (PD) のリファレンス デザイン
出力仕様は 5V ~ 20V を生成する設計を採用しており、19V アダプタ入力を使用する条件で 5A の最大連続電流、12V のバッテリ入力を使用する条件で 3A の最大連続電流を供給できます。
電力、データ、ビデオを伝送する USB-C に関する主な製品
TPS65987D アクティブ パワー スイッチ内蔵、USB Type-C® と USB PD のコントローラ
TUSB1146 アクティブ アダプティブ EQ (イコライザ) 機能搭載、USB 3.2 のデータ レートや代替モード (Alt mode) に対応、USB Type-C® リドライバ / マルチプレクサ
TUSB1064 アクティブ シンク (吸い込み) サイド向け、USB Type-C® DP ALT モード、10Gbps、リニア リドライバ クロスポイント スイッチ

TI 製品を活用して Thunderbolt 認証取得の難易度を下げる方法

Thunderbolt テクノロジーは、Intel が開発した接続規格であり、単一の USB-C 接続 (ケーブル) を使用して電力、データ、ビデオ信号を伝送します。Thunderbolt 認証は、ケーブル、PC、アクセサリに関する必須の最小要件を制定しており、多様なデバイスや複数のベンダの間で信頼性と相互運用性を向上させるのに役立ちます。

TI が提供する多様な IC は、Intel の最新チップセットに対応しているほか、お客様が開発する最終製品で USB PD コントローラ、信号マルチプレクサ、ポート保護 IC など、Thunderbolt の公式認証を取得するのに役立つ設計を採用しています。

Thunderbolt 設計に適した USB-C 製品の検索:

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関連資料
TI の USB PD (パワー デリバリ) 製品を使用した Thunderbolt のリファレンス デザイン
TI E2E™ 設計サポート フォーラムでこちらの投稿をご覧になると、Thunderbolt の設計で TI の USB PD (パワー デリバリ) 製品を使用する方法を確認できます。
外部リソース
Thunderbolt テクノロジーの詳細
Thunderbolt テクノロジーの詳細については、インテル Thunderbolt テクノロジーのページをご覧ください。その中では、Thunderbolt の詳細、USB PD (パワー デリバリ) との違い、電力とデータとビデオを実装するシステムに Thunderbolt がもたらす利点について説明しています。
リファレンス デザイン
USB Type-C パワー デリバリ (PD) とリドライバのリファレンス デザイン
このリファレンス デザインは、5V ~ 20V の出力電圧範囲で最大 3A を供給し、合計出力電力は 60W です。リドライバは、USB 3.2 (10Gbps)、2 個の USB 3.2 (20Gbps)、DisplayPort 1.4 (8.1Gbps) をサポートしています。
Thunderbolt アプリケーション に関する主な製品
TPS65988DK アクティブ USB4 デバイス向け統合型のパワー スイッチ搭載、デュアル ポート USB Type-C® および USB PD コントローラ
TS3USBCA4 アクティブ USB Type-C SBU (サイド バンド使用) マルチプレクサ
TPD4S311A アクティブ USB Type-C® ポート保護回路:Vbus への短絡、過電圧、IEC ESD (静電気破壊) からの保護、サージ保護