USB Type-C 의 이해와 PD/정전압 대응

 

1.USB 종류

USB 대표 규격은 시대에 따라 변경되어 왔습니다.

• USB A : 휴대용 기기에서는 대부분 없어지는 추세이지만, 데스크탑에서는 한동안 유지될 규격입니다. 세상에 이미 USB A를 기준으로 만들어진 제품이 너무 많기 때문에 쉽게 없어질 수 없는 규격입니다.
• USB 미니 : 마이크로 5핀 이전에 나온 휴대용 기기에 많이 사용되던 규격입니다. (아이리버 MP3, 전자사전 등)
• 마이크로 5핀 : 초기 안드로이드 폰에 사용되던 규격입니다. 갤럭시 S7 까지 마이크로 5핀을 사용했고 이후 USB C로 변경되었습니다. 안드로이드폰에 마이크로 5핀을 사용하는 동안은 대부분 휴대용 제품도 마이크로 5핀을 사용했습니다. 스마트폰 충전기는 누구나 가지고 있으니  이를 공유할 수 있기 때문입니다.
• 라이트닝 8핀 : 애플의 독자 규격입니다. 아이폰 15 부터는 USB C를 사용하니 라이트닝 8핀은 점점 사라질 규격입니다.
• USB Type-C : 최근 대부분의 휴대용 기기는 USB (Type-)C를 달고 나옵니다. 마이크로 5핀 까지는 전압이 5V로 통일 되어 있어 모양만 맞으면 연결하여 사용할 수 있었습니다. 하지만 최근 휴대용 제품들은 배터리 용량이 높고 고속 충전이 필요하기 때문에 5V로 전류를 무한정 높일 수 없어 더 높은 전압을 필요로 했습니다. USB C 의 충전 규격 중 하나인  PD 규격은 최대 DC 20V 까지의 가변 전압을 지원합니다.

 

 

2.USB Type-C PD 충전

Type-C 

 

'USB A' , '마이크로 5핀' , 'USB Type-C' 는 단자의 하드웨어 규격을 설명하는 단어입니다.

'USB A' , '마이크로 5핀'은 5V만 사용하기 때문에 단자 규격만 말하면 전압은 5V로 확정이었습니다.

하지만 'USB Type-C' 는 외관만 같을 뿐 전압은 5~20V 까지 범용으로 사용됩니다.

DC Jack을 사용하는 24V 어댑터를 12V 입력을 지원하는 제품에 연결하면 제품이 과전압으로 고장날 수 있습니다.

이런 문제를 해결하기 위해 'USB Type-C'에는 PD , QC 등의 규약이 있습니다.

최근에는 대부분 PD 규격을 사용합니다.

 

PD 충전기의 사양을 보면 위 이미지와 같이 지원하는 전압과 각 전압에서의 허용 전류가 적혀 있습니다.

충전기에 제품을 연결하면 충전기에서 바로 전류가 흐르는 것이 아니고, 우선 제품과 통신을 합니다.

통신에 성공하면 이에 맞는 전압이 인가됩니다.

PD 충전기와의 통신을 위해서 제품에도 PD 규격에 맞는 통신칩이 필요합니다.

 

제품에 통신 칩이 없다면, 대부분의 PD 충전기는 전기를 차단합니다.

특수 제작된 PD 충전기는 통신 실패시 기본 5V를 출력하는 제품도 있습니다.

(2023.12 버전의 PD 규약에서는 통신에 실패하면 전류를 차단하도록 되어 있습니다.)

 

3.USB Type-C를 사용하는 제품

USB Type-C 를 사용하는 제품을 제작시 위에서 설명한 상황을 고려해야 합니다.

 

Case1.고객이 가지고 있는 모든 충전기에 대응

아래와 같은 'PD 정전압 출력 모듈'이 필요합니다.

 

Case2. 5V 케이블 제공

제품에 통신 모듈을 넣지 않을 경우 USB A to C 케이블을 같이 공급해줄 수 있습니다.

USB A는 5V 확정이기 때문에 이 케이블을 이용하면 통신 모듈 없이도 USB Type C에서 5V를 입력받을 수 있습니다.

하지만 USB Type C 단자는 외관이 동일하기 때문에, 고객은 집에 있는 PD 충전기를 제품에 연결하고 정상 동작하지 않는 경험을 할 것입니다. 제품이 고장 나지는 않겠지만 고객센터에서 문의를 받는 횟수가 증가하게 됩니다.

 

• Case1. 'PD 정전압 출력 모듈' + 개발 비용
• Case2. 'USB A to C케이블' + CS대응 비용

위 두 케이스의 단가를 비교하여 제품을 개발합니다.

회로가 없는 저가형 제품을 제작시 Case2. 가 좋을 수 있고,

회로가 포함된 제품을 개발시 Case1. 이 좋습니다.

 

 

4.PD 충전기와 정전압 출력 모듈

• 'USB 정전압 출력 모듈'과 PD 충전기는 아래 온라인몰에서 확인 가능합니다.
• 또한 PD 충전기는 최대 20V 까지만 지원하기 때문에, DC 24V로 승압시켜주는 레귤레이터도 활용 가능합니다.
• 리튬이온 배터리 충전을 위해서는 4.2V 정전압 출력이 필요합니다. 위 Case1. 의 모든 종류의 USB Type-C 충전기를 연결해도 4.2V로 출력되기 위해서는, 아래 모듈이 필요합니다.
  • PD 충전기와 통신 - 5V입력 - 4.2V 강압

DC 어댑터 5V 12V 24V : PTHAUS