## USB-C接口已迅速从消费类应用扩展至严苛环境。该连接器的数据速率高达20 Gb/s,并提供IP防护等级的密封版本,能够适应工业环境,广泛应用于工厂车间的控制器、机器人系统及各类外围设备。一类新型的加固型USB-C接口及线缆,将这一无处不在的接口提升到了新的高度。
欧盟《无线电设备指令》生效已近两年,该指令规定所有消费类外设必须配备USB-C通用充电接口。USB-C目前支持最高240W的供电(USB PD 3.1)和20 Gb/s的数据传输速率(USB 3.2/USB4),因此是多种设备连接的理想选择。然而,这种“通用”连接器的推广并未止步于手机、平板电脑、耳机及其他小型设备。USB-C接口功能多样、传输速度快且易于连接,正逐步拓展至工业及严苛环境市场,用于连接终端显示屏、外设或附件,并为工厂车间内的小型设备供电。该连接器的可逆外形设计使其在插拔时无需旋转,便于人工或机器人操作。然而,尽管消费级USB-C所采用的基本接口形式在理论上也可用于工业应用,但在这些工况下,USB-C理想情况下仍需具备特定的专用功能,以确保长期稳定运行。
这并不是说这是一个脆弱的商用连接器。高质量的USB-C基本版本已设计为能够承受消费者使用中的大量粗暴操作,这些操作可能包括数千次插拔、异物进入、休克和振动、跌落,甚至短暂浸水等日常风险。即使在消费类应用中,它也提供符合IP69K防护等级的密封设计。但就工业而言在恶劣工况下,连接器供应商更是推出了新型产品,为应对工业应用中的实际挑战提供了更全面的防护。加固型产品现配备螺纹法兰、THR回流焊安装柱、加固型外壳,以及针对特定市场(如汽车、军工和航空航天)标准量身定制的其他设计元素,以满足这些领域对可靠性的严苛要求。
Hirose面向工业应用的USB-CX连接器采用坚固耐用的外壳,同时保留了用户熟悉的连接器外形。
“工程师们不再需要笨重的专用连接器或用于数据与电源的多个接口——他们希望有一种能够节省空间并简化集成的单一、精简的接口。”Hirose表示。该公司一直在对USB-C接口进行创新性改良,使其能够应用于工业设备,如手持式诊断工具、边缘设备以及在仓库和工厂中运行的小型可充电机器人。这些应用需要小型化的连接器,同时仍需支持高功率和高数据速率,以满足机器视觉、数据分析以及数字孪生等功能的需求。在某些情况下,它们也可用于非USB-C协议,例如UART。
决定USB-C是否具备工业应用所需的机械robustness的两大关键因素是:连接器的插座端如何固定在PCB上,以及连接器的插头端所连接的电缆如何通过应力消除设计得到支撑。换句话说,围绕连接器的各部件的结构完整性与连接器本身同样重要。
Hirose的工程师设计了工业级USB-C CX系列连接器,其机械结构坚固耐用,能够支持更高的电压和更大的电流。为将其固定在端口上,螺纹法兰和THR安装方式可使剥离强度提高一倍。(抵抗松动或从PCB上脱落的能力)相较于仅采用SMT工艺的情况。
将连接器与合适的电缆配套使用也至关重要。电缆过于僵硬会在连接设备移动时产生应力或扭矩,从而导致USB-C接口松动。工业级IP67 USB-C电缆和连接器坚固耐用,能够耐受恶劣工业环境中常见的高温、溶剂及液体。“USB-C工业级电缆在设计上也力求将电源和信号损耗降至最低,并且更能承受弯曲和扭转等外力的反复作用,”DigiKey的电气工程师Bill Giovino表示。DigiKey确定了若干特性,这些特性使电缆具备足够的坚固性,能够支持工业环境中的USB-C连接。
宽广的温度范围使其能够在各类室内设施及户外环境中正常运行。请选择额定工作温度范围为-20°C至85°C的电缆,以满足大多数恶劣工业环境的要求。采用坚固耐用的电缆护套材料,例如具有优异耐水性和抗紫外线性能的聚氯乙烯(PVC)树脂,适用于户外应用或需要进行冲洗清洁的设施。必须根据应用环境指定材料。“商用夹克在长时间暴露于阳光下时可能会出现开裂或褪色,”乔维诺指出。
安费诺LTW的防水USB连接器经过加固设计,适用于恶劣或严苛的工作环境。也可在DigiKey购买。
在极端恶劣的环境中,DigiKey提供安费诺LTW的加固型USB-C产品,例如UC30FL-NCML-SC01。该电缆被聚丙烯(PP)护套包裹,能够抵抗休克、极端振动、切割以及在拐角处弯曲产生的应力。该电缆符合UL94V-0阻燃等级,并具有耐油、耐汽油及大多数溶剂的性能。能够承受更高的在-40°C至115°C的温度范围内,该电缆可用于工业环境中存在汽油、发动机或发电机运行的场合,适用于工业传感器和执行器。
Bulgin的USB 4000系列Type-C接口产品将“Buccaneer”系列的坚固耐用特性与USB-C接口相结合。提供C至A、C至C接口,并具有多种IP防护等级。
在某些工业环境中,水是最主要的危险因素,为USB-C连接选用合适的电缆组件是防止水分侵入和系统故障的关键环节。布尔金的PXP4040/C/A/2M00 USB-A转USB-C线缆组件可在浸水状态下正常工作。