Plan de conception USB-C prêt pour la conformité aux règles européennes sur le chargeur universel

Points clés

• Le choix du contrôleur Power Delivery (PD) détermine la conception ; la préparation du chargeur couvre le comportement PD, la protection, les câbles et la validation thermique.
• La certification des câbles par l’USB-IF comporte désormais deux niveaux, 60 W et 240 W, ce qui fait des choix de câble et d’eMarker un sujet d’approvisionnement.
• L’USB-IF propose deux voies pour la documentation de conformité USB ; la conformité EMC, sécurité, RoHS et RED suit des procédures séparées. 
• Le dossier technique et les visuels de packaging constituent des éléments centraux du dossier de conformité.

Le plan directeur en cinq questions

Imaginez cette réunion : une revue de conception avant lancement pour un produit portable de 65 W. Alors que le responsable hardware présente le sous-système USB-C, le responsable conformité pose cinq questions : 

1. Quel contrôleur PD ? 
2. Quelle protection sur les lignes Configuration Channel (CC) et Sideband Use (SBU) ? 
3. Quel câble est fourni dans la boîte ? 
4. Quelle voie de test produit le rapport de conformité ? 
5. Que faut-il inclure dans le dossier technique ? 

Pour les produits destinés au marché de l’UE au titre de la Directive (EU) 2022/2380 (directive sur le chargeur universel), ces réponses doivent figurer dans votre plan projet avant le gel du routage.

Ces cinq questions définissent le plan directeur. Chacune correspond à une décision prise pendant la conception, et les sections suivantes y répondent dans l’ordre, du choix du contrôleur jusqu’au dossier technique.

1. Sélection du contrôleur PD

Selon l’ Commission Notice 2024/C 2997, les équipements radio qui se chargent au-delà de 15 W, 5 V ou 3 A doivent prendre en charge USB Power Delivery. Trois décisions orientent le choix du contrôleur PD :

Rôle de puissance

Un appareil qui ne fait que consommer de l’énergie est un sink, tandis qu’une batterie externe, un ordinateur portable ou un hub capable à la fois d’alimenter et d’être alimenté est un port dual-role power (DRP). Ce rôle détermine la terminaison de tirage sur CC et la classe du contrôleur : les produits sink-only utilisent des contrôleurs plus simples et moins coûteux, tandis que le DRP ajoute des chemins de puissance bidirectionnels et une protection des deux côtés. La directive réglemente l’interface de charge ; tout appareil concerné doit donc disposer d’un sink conforme, même s’il peut aussi fournir de l’énergie. 

SPR ou EPR

La plage de puissance standard de l’USB PD, ou Standard Power Range (SPR), couvre des profils jusqu’à 100 W. USB PD 3.1 a ajouté l’Extended Power Range (EPR), portant la plage prise en charge à 240 W avec de nouveaux niveaux fixes à 28 V, 36 V et 48 V. Les conceptions au-delà de 100 W passent en EPR ; de nombreux produits portables de 65 W restent en SPR.

Intégré ou séparé (TCPM/TCPC)

Les contrôleurs autonomes regroupent sur une seule puce le moteur de politique Type-C Port Manager (TCPM) et la couche physique Type-C Port Controller (TCPC). Les conceptions séparées exécutent la politique TCPM sur un MCU hôte avec un circuit TCPC distinct via I2C. L’intégration simplifie la mise au point initiale ; l’architecture séparée apporte davantage de flexibilité pour les produits multiports ou à politique personnalisée.

Parmi les contrôleurs USB PD et composants de gestion d’alimentation figurent TI's TPS25751 et TPS26750, Diodes’ AP33771C et AP33772S pour les contrôleurs sink, Infineon's EZ-PD^™ PMG1 family, et Renesas’ USB-C PD EPR silicon.

2. Protection du port et conception thermique

Le pas de broche de 0,5 mm de l’USB-C place les lignes CC et SBU à côté de VBUS, qui transporte jusqu’à 20 V en SPR et 48 V en EPR. Une broche tordue, des débris conducteurs ou un câble défectueux peuvent court-circuiter VBUS vers l’une de ces lignes et endommager le contrôleur PD. Le réceptacle lui-même constitue aussi un risque mécanique : une soudure fissurée au niveau du port est une cause fréquente de retour terrain.

Trois modes de défaillance orientent le choix des composants de protection : 

Décharge et surtension sur CC et SBU

Les décharges électrostatiques (ESD) et les surtensions sur ces lignes nécessitent des diodes discrètes TVS avec une tension de service supérieure à la tension VBUS maximale attendue (20 V pour SPR, 50 V pour EPR). Semtech's µClamp family et des équivalents de TDK et de Bourns gèrent ces événements transitoires. Des alternatives intégrées comme TI TPD8S300, Diodes DPO2036, Kinetic KTU1101, et ST TCPP combinent protection ESD et arrêt sur surtension dans un seul boîtier.

Gestion des surtensions sur VBUS

VBUS subit des surtensions dues aux transitoires sur ligne et aux branchements à chaud. Des diodes TVS de puissance plus élevée, qualifiées selon IEC 61000-4-5 (la norme d’immunité aux surtensions), les prennent en charge. La capacité parasite n’est pas ici la contrainte principale ; la sélection se concentre donc sur la tension d’écrêtage et le courant de crête d’impulsion.

Paires différentielles haut débit

TX et RX nécessitent des TVS à très faible capacité (généralement 0,2 à 0,7 pF) afin de préserver l’intégrité du signal aux débits USB 3.2 et USB4. Gardez des longueurs de stub courtes pour éviter les discontinuités d’impédance.

Chaleur au niveau du connecteur

Les trois modes de défaillance ci-dessus sont d’ordre électrique. Une puissance élevée soutenue ajoute un quatrième risque, thermique celui-là : l’échauffement au niveau du connecteur. Polymeric positive temperature coefficient (PTC) devices dans le chemin VBUS ou les Littelfuse setP digital temperature indicators sur la ligne CC conviennent tous deux. L’approche via la ligne CC évite les pertes d’insertion dans le chemin VBUS.

3. Exigences relatives aux câbles et à l’eMarker

Trois vérifications déterminent le choix du câble : le niveau de certification, les exigences physiques et l’eMarker. 

La certification des câbles est désormais binaire : 60 W ou 240 W

L’USB-IF a abandonné la certification des câbles 100 W en décembre 2021, ne laissant plus que deux niveaux : 60 W (sans eMarker requis) ou 240 W (avec eMarker certifié EPR requis). Pour un câble de charge fourni dans la boîte, l’approvisionnement doit choisir l’une ou l’autre option.

Les câbles EPR ont des exigences physiques plus strictes

Les distances de fuite et d’isolement sont plus sévères, avec une tension fonctionnelle minimale de 53,65 V et une tension nominale minimale de 63 V pour le condensateur de bypass. Le USB-IF 240 W mark doit apparaître sur le surmoulage du connecteur ou sur un autocollant et, à compter du 14 décembre 2028, le Commission Regulation (EU) 2025/2052 rendra l’indication de puissance obligatoire sur les deux fiches pour les ventes dans l’UE.

Les détails de l’eMarker deviennent un point de contrôle achat

Pour les câbles EPR 240 W, l’eMarker communique les capacités du câble pendant la négociation USB PD, ce qui en fait un critère de qualification pour tout câble haute puissance fourni dans la boîte. Parmi les composants eMarker compatibles EPR figurent Injoinic IP2133H, Hynetek HUSB332B, VIA Labs VL153, et Infineon's EZ-PD CMG2, chacun associé à un USB-IF Test ID dans la liste des câbles certifiés.

Sans eMarker valide, la source PD retombe à 3 A sous 20 V (60 W) ; au-delà, c’est bien l’eMarker qui sert de base à la négociation côté source.  

4. Voies de validation

Deux voies permettent d’obtenir la documentation exigée par la directive.

Certification USB-IF complète

La voie complète consiste à faire passer le produit par un USB-IF Compliance Workshop pour des tests de protocole, électriques et d’interopérabilité, ce qui produit un Test ID, une inscription sur l’USB-IF Integrators List et le droit d’utiliser le logo certifié. 

Programme de conformité UE aux spécifications USB-IF

La voie plus restreinte, lancée en 2024, s’aligne sur les références aux normes harmonisées de la directive. Le EU Conformity program exécute le minimum de tests nécessaires pour démontrer la conformité à EN IEC 62680-1-2:2022 (USB PD) et EN IEC 62680-1-3:2022 (USB Type-C). Le résultat est un rapport de conformité, distinct d’une licence d’utilisation du logo certifié, et le programme accepte des protocoles propriétaires superposés à un USB-C et un PD conformes. Les produits qui misent sur le logo pour le marketing ont besoin de la voie complète ; la plupart des autres non.

Parmi les laboratoires d’essai agréés figurent Granite River Labs, UL Solutions, Allion Labs, et iST.

5. Dossier technique, DoC et visuels de packaging

Tout produit concerné mis sur le marché de l’UE nécessite un dossier technique : conception, enregistrements d’essais et déclarations légales réunis dans un ensemble auditable, conservé pendant 10 ans. Radio Equipment Directive (RED) Annex V en définit le contenu :

• Description du produit avec photographies et versions de firmware
• Plans de conception et de fabrication, y compris le schéma du sous-système USB-C
• Liste des normes harmonisées citées avec leur édition
• Rapports d’essai issus de la certification USB-IF ou du programme EU Conformity
• Évaluation des risques au titre de l’article 3(1) de la RED
• Copie de la déclaration UE de conformité

Les visuels de packaging ont leurs propres exigences : le pictogramme de l’annexe Ia, partie III, dans le format applicable (chargeur inclus ou non), ainsi que l’étiquette de capacité de charge de la partie IV, doivent figurer sur l’emballage et, pour les annonces en ligne, à proximité du prix.

Approvisionnement de la BOM réglementée

Les composants situés sur le chemin réglementé (contrôleurs PD, circuits eMarker, protection TVS, connecteurs USB-C et câbles certifiés EPR) sont désormais des lignes de BOM, et chacun se rattache à une exigence décrite dans les sections ci-dessus. Octopart met à disposition, via sa recherche paramétrique et sa visibilité fournisseurs, les détails fabricants et les données de stock nécessaires à ces décisions.

Pour comprendre les forces du marché à l’origine de ces exigences, voir After the EU Laptop Charger Deadline, USB-C Becomes the Design Baseline.