Plano de diseño de USB-C listo para el cumplimiento de las normas de cargador común de la UE

Conclusiones clave

• La selección del controlador de Power Delivery (PD) determina el diseño; la preparación del cargador abarca el comportamiento de PD, la protección, los cables y la validación térmica.
• La certificación de cables de USB-IF ahora tiene dos niveles, 60 W y 240 W, lo que lleva las decisiones sobre cables y eMarker al área de compras.
• USB-IF ofrece dos vías para la documentación de conformidad USB; el cumplimiento de EMC, seguridad, RoHS y RED se gestiona por separado. 
• El expediente técnico y el diseño gráfico del embalaje son partes fundamentales del paquete de cumplimiento.

El plano en cinco preguntas

Imagine esta reunión: una revisión de diseño previa al lanzamiento de un producto portátil de 65 W. Mientras el responsable de hardware repasa el subsistema USB-C, el responsable de cumplimiento formula cinco preguntas: 

1. ¿Qué controlador PD? 
2. ¿Qué protección hay en las líneas Configuration Channel (CC) y Sideband Use (SBU)? 
3. ¿Qué cable se incluye en la caja? 
4. ¿Qué vía de ensayo genera el informe de conformidad? 
5. ¿Qué debe incluirse en el expediente técnico? 

Para los productos destinados al mercado de la UE conforme a la Directiva (UE) 2022/2380 (la Directiva del cargador común), estas respuestas deben formar parte del plan del proyecto antes de cerrar el layout.

Esas cinco preguntas definen el plano. Cada una corresponde a una decisión que debe resolverse durante el diseño, y las secciones siguientes las responden en orden, desde la selección del controlador hasta el expediente técnico.

1. Selección del controlador PD

Conforme a la Comunicación de la Comisión 2024/C 2997, los equipos radioeléctricos que se cargan por encima de 15 W, 5 V o 3 A deben admitir USB Power Delivery. Tres decisiones determinan la selección del controlador PD:

Rol de potencia

Un dispositivo que solo recibe energía es un sink, mientras que una batería externa, un portátil o un hub que puede hacer ambas cosas es un puerto dual-role power (DRP). El rol define la terminación pull de CC y la clase de controlador: los productos solo sink usan controladores más simples y de menor coste, mientras que DRP añade rutas de alimentación bidireccionales y protección en ambos lados. La directiva regula la interfaz de carga, por lo que todo dispositivo dentro de su alcance necesita un sink conforme, aunque también suministre energía. 

SPR frente a EPR

El Standard Power Range (SPR) de USB PD abarca perfiles de hasta 100 W. USB PD 3.1 añadió Extended Power Range (EPR), elevando el rango admitido hasta 240 W con nuevos niveles fijos de 28 V, 36 V y 48 V. Los diseños por encima de 100 W pasan a EPR; muchos diseños portátiles de 65 W siguen dentro de SPR.

Integrado frente a dividido (TCPM/TCPC)

Los controladores autónomos combinan el motor de políticas Type-C Port Manager (TCPM) y la capa física Type-C Port Controller (TCPC) en un solo chip. Los diseños divididos ejecutan la política TCPM en un MCU host con un CI TCPC independiente a través de I2C. La solución integrada simplifica la puesta en marcha; la dividida aporta flexibilidad para trabajos con múltiples puertos o políticas personalizadas.

Entre los controladores USB PD y componentes de gestión de energía se incluyen TI's TPS25751 y TPS26750, los controladores sink AP33771C y AP33772S de Diodes, la familia EZ-PD^™ PMG1 de Infineon, y el silicio USB-C PD EPR de Renesas.

2. Protección del puerto y diseño térmico

El paso de pin de 0,5 mm de USB-C sitúa las líneas CC y SBU junto a VBUS, que transporta hasta 20 V en SPR y 48 V en EPR. Un pin doblado, residuos conductores o un cable defectuoso pueden provocar un cortocircuito de VBUS hacia cualquiera de estas líneas y dañar el controlador PD. El propio receptáculo también supone un riesgo mecánico: una unión de soldadura agrietada en el puerto es una causa habitual de devoluciones en campo.

Tres modos de fallo determinan la selección de los componentes de protección: 

Descarga y sobretensión en CC y SBU

Las descargas electrostáticas (ESD) y los eventos de sobretensión en estas líneas requieren diodos discretos suppressor de voltaje transitorio (TVS) con una tensión de trabajo superior a la VBUS máxima esperada (20 V para SPR, 50 V para EPR). La familia µClamp de Semtech y equivalentes de TDK y Bourns gestionan los eventos transitorios. Alternativas integradas como TI TPD8S300, Diodes DPO2036, Kinetic KTU1101, y ST TCPP combinan ESD y desconexión por sobretensión en un solo encapsulado.

Gestión de sobretensiones transitorias en VBUS

VBUS está expuesto a sobretensiones procedentes de transitorios de línea y eventos de conexión en caliente. Los diodos TVS de mayor potencia clasificados según IEC 61000-4-5 (la norma de inmunidad a sobretensiones) se encargan de ello. Aquí la capacitancia no es la limitación, por lo que la selección se centra en la tensión de sujeción y la corriente de pulso pico.

Pares diferenciales de alta velocidad

TX y RX necesitan TVS de capacitancia ultrabaja (normalmente de 0,2 a 0,7 pF) para preservar la integridad de la señal a velocidades USB 3.2 y USB4. Mantenga cortas las longitudes de stub para evitar discontinuidades de impedancia.

Calor en el conector

Los tres modos de fallo anteriores son eléctricos. La potencia alta sostenida añade uno térmico: calor en el conector. Los dispositivos poliméricos de coeficiente de temperatura positivo (PTC) en la ruta de VBUS o los indicadores digitales de temperatura setP de Littelfuse en la línea CC funcionan en ambos casos. La ruta por la línea CC evita pérdidas por inserción en la ruta de VBUS.

3. Requisitos de cables y eMarker

Tres comprobaciones determinan la decisión sobre el cable: nivel de certificación, requisitos físicos y el eMarker. 

La certificación de cables ahora es binaria: 60 W o 240 W

USB-IF dejó de certificar cables de 100 W en diciembre de 2021, dejando dos niveles: 60 W (no se requiere eMarker) o 240 W (se requiere un eMarker certificado para EPR). Para un cable de carga incluido en la caja del producto, compras debe elegir una de estas dos opciones.

Los cables EPR tienen requisitos físicos más estrictos

Las distancias de fuga y de aislamiento son más estrictas, con una tensión funcional mínima de 53,65 V y una tensión nominal mínima de 63 V para el condensador bypass. La marca USB-IF de 240 W debe aparecer en el sobremoldeado del conector o en una etiqueta, y a partir del 14 de diciembre de 2028, el Reglamento de la Comisión (UE) 2025/2052 hace obligatorias las marcas de potencia en ambos conectores para las ventas en la UE.

Los detalles del eMarker pasan a ser una verificación de compras

En los cables EPR de 240 W, el eMarker comunica las capacidades del cable durante la negociación de USB PD, lo que lo convierte en un detalle de cualificación para cualquier cable de alta potencia incluido en la caja. Entre los componentes eMarker con capacidad EPR se incluyen Injoinic IP2133H, Hynetek HUSB332B, VIA Labs VL153, y EZ-PD CMG2 de Infineon, cada uno vinculado a un USB-IF Test ID en la lista de cables certificados.

Sin un eMarker válido, la fuente PD vuelve a 3 A a 20 V (60 W); por encima de ese valor, el eMarker es el elemento con el que negocia la fuente.  

4. Vías de validación

Dos vías generan la documentación que exige la directiva.

Certificación USB-IF completa

La vía completa somete el producto a un USB-IF Compliance Workshop para ensayos de protocolo, eléctricos y de interoperabilidad, lo que produce un Test ID, una inclusión en la USB-IF Integrators List y el derecho a usar el logotipo certificado. 

Programa de conformidad de la UE con las especificaciones de USB-IF

La vía más limitada, lanzada en 2024, se alinea con las referencias de normas armonizadas de la directiva. El programa EU Conformity ejecuta los ensayos mínimos para demostrar conformidad con EN IEC 62680-1-2:2022 (USB PD) y EN IEC 62680-1-3:2022 (USB Type-C). El resultado es un informe de conformidad, que es distinto de una licencia de logotipo certificado, y el programa acepta protocolos propietarios superpuestos sobre USB-C y PD conformes. Los productos que dependen del logotipo para fines de marketing necesitan la vía completa; la mayoría de los demás no.

Entre los laboratorios de ensayo autorizados se incluyen Granite River Labs, UL Solutions, Allion Labs, y iST.

5. Expediente técnico, DoC y diseño gráfico del embalaje

Todo producto dentro del alcance comercializado en la UE requiere un expediente técnico: diseño, registros de ensayo y declaraciones legales en un único paquete auditable, que debe conservarse durante 10 años. El Anexo V de la Directiva sobre equipos radioeléctricos (RED) define su contenido:

• Descripción del producto con fotografías y versiones de firmware
• Planos de diseño y fabricación, incluido el esquema del subsistema USB-C
• Lista de normas armonizadas citadas por edición
• Informes de ensayo de la certificación USB-IF o del programa EU Conformity
• Evaluación de riesgos conforme al artículo 3(1) de RED
• Copia de la declaración UE de conformidad

El diseño gráfico del embalaje tiene sus propios requisitos: el pictograma del Anexo Ia, Parte III, en el formato que corresponda (con cargador incluido o no), además de la etiqueta de capacidad de carga de la Parte IV, deben figurar en el embalaje y, en los listados en línea, cerca del precio.

Abastecimiento de la BOM regulada

Los componentes de la ruta regulada (controladores PD, CI eMarker, protección TVS, conectores USB-C y cables certificados para EPR) ahora son partidas de la BOM, y cada uno se remonta a un requisito de las secciones anteriores. Octopart, con su búsqueda paramétrica y visibilidad de proveedores, muestra el detalle del fabricante y los datos de stock que esas decisiones requieren.

Para conocer las fuerzas del mercado detrás de estos requisitos, consulte After the EU Laptop Charger Deadline, USB-C Becomes the Design Baseline.