ภาพรวมของ USB Type-C แบบรับและจ่ายไฟเพียงอย่างเดียว

นับตั้งแต่มาตรฐาน USB มาตรฐานแรกที่เปิดตัวในปี 1996 ตัวเชื่อมต่อ USB และมาตรฐานที่เกี่ยวข้องได้มีการเปลี่ยนแปลงมากมายในช่วงหลายปีที่ผ่านมาในแง่ของประเภทลักษณะของตัวเชื่อมต่อ อัตราการรับส่งข้อมูล และความสามารถในการถ่ายโอนพลังงาน เมื่อมี USB Type-C® เข้ามาในปี 2014 แสดงให้เห็นถึงมาตรฐานใหม่ล่าสุดที่นำเสนอความสามารถและความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้นด้วยแพ็คเกจแบบสองทิศทางที่ย้อนกลับได้ ความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลที่เร็วขึ้น และข้อกำหนดด้านพลังงานที่สูงขึ้น โดยตัวเชื่อมต่อ USB จะเชื่อมโยงกับมาตรฐานทั้งสามที่แตกต่างกัน แต่ก็มีความเกี่ยวข้องกัน: ตัวเชื่อมต่อทางกายภาพ โปรโตคอลการรับส่งข้อมูล และการถ่ายโอนพลังงาน อย่างไรก็ตามมักจะเกิดความสับสนขึ้น เมื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างมาตรฐานดังกล่าว ก่อนที่จะกล่าวถึงเทรนด์ใหม่ของตัวเชื่อมต่อ USB Type-C แบบรับและจ่ายไฟอย่างเดียว จะขออธิบายถึงการเชื่อมต่อของมาตรฐาน USB ต่าง ๆ

ทำความเข้าใจกับมาตรฐาน USB

จากมุมมองในระดับสูง มาตรฐาน USB Type-C ล่าสุดกำหนดเฉพาะตัวเชื่อมต่อทางกายภาพที่ผู้ใช้พบเห็นในโทรศัพท์มือถือและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากในปัจจุบัน โดยโปรโตคอลการถ่ายโอนข้อมูล เช่น USB 3.2 และแม้กระทั่งตอนนี้กับ USB4 นั้นจะใช้กับสัญญาณไฟฟ้าเท่านั้น วิศวกรสามารถสร้างระบบโดยใช้ข้อกำหนดการถ่ายโอนข้อมูล USB 3.2 และตัวเชื่อมต่อที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเองซึ่งไม่เป็นไปตามมาตรฐานตัวเชื่อมต่อ USB ทางกายภาพ ถึงแม้จะใช้รวมกันก็ตาม

เช่นเดียวกับข้อกำหนด USB Power Delivery (PD) เนื่องจากการออกแบบ ตัวเชื่อมต่อ USB Type-C รองรับกระแสไฟสูงสุด 5 A อัตราแรงดันไฟฟ้าสูงสุด 20 V_DC และ ความสามารถในการถ่ายโอนพลังงาน 100 W ดังที่กำหนดไว้ใน USB PD 3.0 เมื่อมาตรฐาน USB PD3.1 เปิดตัวในปี 2021 นับตั้งแต่นั้นมาความสามารถในการถ่ายโอนพลังงานของ Type C ก็เพิ่มไปถึง 240 W ในขณะที่ตัวเชื่อมต่อ USB Type-C สามารถรองรับ USB PD ได้ ข้อมูลจำเพาะของการถ่ายโอนพลังงานนั้นถูกควบคุมโดยวงจรชาร์จ และถูกจำกัดพิกัดแรงดันและกระแสของตัวเชื่อมต่อเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความสามารถด้านพลังงานที่สูงขึ้นของตัวเชื่อมต่อ USB Type-C ทำให้ตัวเชื่อมต่อก้าวไปสู่โลกใหม่ในด้านพลังงาน

รูปที่ 1: ความก้าวหน้าของระดับพลังงาน USB (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

ข้อดีของตัวเชื่อมต่อ USB Type-C ในการออกแบบด้านพลังงาน

มีหน้าสัมผัสการถ่ายโอนข้อมูล 16 จุด หน้าสัมผัสไฟฟ้า 4 จุด และหน้าสัมผัสกราวด์ 4 จุด ตัวเชื่อมต่อ USB Type-C มาตรฐาน 24 หน้าสัมผัสรองรับการถ่ายโอนพลังงานสูงสุด 240 W ทำให้ตัวเชื่อมต่อ USB Type-C เป็นโซลูชันที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานด้านพลังงาน โดยสามารถทดแทนตัวเชื่อมต่อไฟฟ้ากระแสตรงแบบมาตรฐานได้ แม้จะไม่จำเป็นต้องถ่ายโอนข้อมูลก็ตาม

การทำให้เป็นมาตรฐานเป็นข้อดีหลักประการหนึ่งของการใช้ USB สำหรับการจ่ายพลังงาน โดยตัวเชื่อมต่อ USB ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ และ USB Type-C ยังคงเป็นตัวเชื่อมต่อสากลในโทรศัพท์และอุปกรณ์พกพา ด้วยเหตุนี้ สหภาพยุโรปจึงได้เริ่มนำตัวเชื่อมต่อ USB Type-C มาเป็นมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ในอนาคตทั้งหมดที่ซื้อและขายในภูมิภาคของตน สำหรับผู้ใช้งาน ความสะดวกที่เพียงแค่ต้องการสายเคเบิลแบบถอดได้เพียงเส้นเดียวเพื่อเชื่อมต่อกับผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายเป็นสิ่งที่ไม่จำเป็นต้องอธิบาย นอกจากนั้น OEM ยังได้รับประโยชน์จากซัพพลายเชนที่มีเสถียรภาพ เนื่องจากตัวเชื่อมต่อ USB นั้นหาได้ง่ายและการกำหนดมาตรฐานจะช่วยให้สามารถทำงานร่วมกันได้ในระดับหนึ่ง เนื่องจากมาตรฐานนี้ ความท้าทายของการรวมการออกแบบจึงลดลงด้วย นอกจากนี้ ตัวเชื่อมต่อ USB Type-C มักจะมีขนาดแพ็คเกจที่เล็กกว่าตัวเชื่อมต่อแบบบาร์เรลบางชนิด รวมทั้งมีความน่าเชื่อถือสูงและอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าด้วยอัตรารอบการเชื่อมต่อ 10,000 ครั้ง

ขั้วต่อ USB Type-C แบบรับและจ่ายไฟเท่านั้น

เนื่องจากข้อดีที่ระบุไว้ในส่วนก่อนหน้านี้ Same Sky ได้พัฒนาช่องเสียบ USB Type-C แบบรับและจ่ายไฟเท่านั้น สำหรับการใช้งานที่การรับหรือการจ่ายพลังงานเป็นการใช้งานตามวัตถุประสงค์เพียงอย่างเดียว โโยช่องเสียบ USB Type C แบบใช้พลังงานเพียง 60 วัตต์ของ Same Sky จะนำหน้าสัมผัสการถ่ายโอนข้อมูลสิบหกหน้าและหน้าสัมผัสกราวด์สองจุดออก เหลือเพียงหน้าสัมผัสพลังงานสี่จุดและหน้าสัมผัสกราวด์สองจุด

รูปที่ 2: USB Type-C แบบ 24 หน้าสัมผัสกับ USB Type-C แบบจ่ายไฟแบบหน้าสัมผัส 6 หน้า (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

จากการนำหน้าสัมผัสทั้งสิบหกออก การออกแบบตัวเชื่อมต่อที่เรียบง่ายทำให้ต้นทุนลดลงอย่างมากด้วยหน้าสัมผัสเพียงหกหน้าสัมผัสเท่านั้น เมื่อเทียบกับ Type-C แบบ 24 หน้าสัมผัสมาตรฐาน ซึ่งไม่เพียงแต่ลดต้นทุนชิ้นส่วน แต่ยังลดความซับซ้อนและลดอัตราความล้มเหลวด้วยการสัมผัสน้อยลงและลดความเหลวของจุดบัดกรีที่เกี่ยวข้อง แม้ว่าตัวเชื่อมต่อ USB Type-C แบบรับและจ่ายไฟอย่างเดียวเหล่านี้จะไม่ถ่ายโอนข้อมูล แต่ยังคงใช้งานได้กับสายเคเบิล USB Type-C รับและจ่ายไฟพร้อมโอนข้อมูลแบบมาตรฐาน เพิ่มความสะดวกโดยไม่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์หรือข้อกำหนดเพิ่มเติมเมื่อเชื่อมต่อระหว่างตัวเชื่อมต่อและสายเคเบิล

โปรดทราบว่าเมื่อถอดพินการถ่ายโอนข้อมูลออกแล้ว กระบวนการด้านพลังงานของ USB 3.0 จะไม่เกิดขึ้น ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์ชาร์จจะเปลี่ยนกลับไปเป็นอัตราการถ่ายโอนพลังงานมาตรฐาน USB ที่ 5 V และ 1 A ในกรณีอื่นตัวเชื่อมต่อจะทำงานเหมือนกับตัวจ่ายไฟอื่นๆ ที่มีการชาร์จควบคุมโดยอะแดปเตอร์/วงจรการชาร์จ

ตัวอย่างด้านพลังงานเพิ่มเติม

แม้ว่าจะเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานและการออกแบบที่หลากหลาย แต่ตัวเลือกการจ่ายพลังงาน เช่น ขั้วต่อไฟฟ้ากระแสตรงนั้นยังคงมีการใช้งานอยู่ สิ่งสำคัญที่สุด ด้วยขีดจำกัดการถ่ายโอนพลังงาน 240 W ตัวเชื่อมต่อ USB Type-C จึงไม่ใช่ตัวเลือกสำหรับการออกแบบที่ต้องการกำลังไฟฟ้ามากกว่า 240 W อย่างไรก็ตาม USB PD 3.1 ช่วยเพิ่มขีดความสามารถด้านพลังงานมากยิ่งขึ้น เมื่อเทียบกับขีดจำกัด 100 W ก่อนหน้านี้ แม้ว่าขนาดที่เป็นมาตรฐานจะให้ประโยชน์ในหลายสถานการณ์ แต่ก็มีกรณีที่ขนาดหรือประเภทแพ็คเกจอื่นอาจเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมกว่า กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อต้องการตัวเชื่อมต่อที่ปรับแต่งได้มากกว่านี้ USB Type-C อาจถูกจำกัดด้วยขนาดและข้อจำกัดที่เป็นมาตรฐาน สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเวลาที่ตัวเชื่อมต่อพลังงานอื่นๆ ยังคงเป็นโซลูชันที่ดีที่สุด โปรดอ่านบล็อกของ Same Sky ในหัวข้อ การเลือกขั้วต่อไฟฟ้ากระแสตรง

มองอนาคตด้วย USB Type-C

ตัวเชื่อมต่อ USB Type-C และการนำไปใช้อย่างแพร่หลายทำให้วิศวกรมีช่องทางใหม่ในมุมมองของการส่งและการจัดการพลังงาน แม้ว่าจะไม่ใช่โซลูชันแบบครบวงจร แต่ความสามารถด้านพลังงานของ Type-C สูงถึง 240 W และมาตรฐานสากลจะทำให้มีรากฐานที่แข็งแกร่งในผลิตภัณฑ์และการใช้งานที่หลากหลาย ด้วยต้นทุนที่ต่ำและการรวมการออกแบบที่ง่ายขึ้น ช่องเสียบ USB Type-C แบบจ่ายไฟอย่างเดียวของ Same Sky จึงเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจให้กับวิศวกรเมื่อการจ่ายพลังงานเป็นฟังก์ชันเพียงอย่างเดียว

ปัจจุบัน Same Sky มีช่องเสียบ USB Type C แบบรับและจ่ายไฟเฉพาะแนวนอนหรือแนวตั้ง 60 W พร้อมพิกัดกระแสและแรงดันไฟฟ้าสูงสุด 3 A และ 20 V_DC