EU共通充電器規則に準拠したUSB-C設計ブループリント

主なポイント

• Power Delivery（PD）コントローラの選定が設計を左右し、充電器対応の準備にはPDの動作、保護、ケーブル、熱検証が含まれます。
• USB-IFのケーブル認証は現在、60 Wと240 Wの2段階となっており、ケーブルやeMarkerの選定が調達の検討事項になっています。
• USB-IFはUSB適合性文書化のために2つの手段を提供しています。一方で、EMC、安全性、RoHS、REDへの適合は別個に進める必要があります。 
• 技術文書ファイルとパッケージ表示デザインは、適合パッケージの中核を成す要素です。

5つの質問で見る設計ブループリント

この会議を想像してみてください。65 Wのポータブル製品に関する、リリース前の設計レビューです。ハードウェア責任者がUSB-Cサブシステムを説明していると、適合性担当者が次の5つの質問を投げかけます。 

1. どのPDコントローラを使うのか。 
2. Configuration Channel（CC）およびSideband Use（SBU）ラインにはどのような保護を入れるのか。 
3. 箱に同梱するケーブルはどれか。 
4. どの試験ルートで適合報告書を取得するのか。 
5. 技術文書ファイルには何を含めるのか。 

EU市場向け製品で、 Directive (EU) 2022/2380（共通充電器指令）の対象となる場合、これらの答えはレイアウトを確定する前にプロジェクト計画へ織り込んでおく必要があります。

この5つの質問がブループリントを定義します。それぞれが設計段階で確定すべき意思決定に対応しており、以降のセクションでは、コントローラ選定から技術文書ファイルまで順を追って説明します。

1. PDコントローラの選定

 Commission Notice 2024/C 2997によると、15 W、5 V、または3 Aを超えて充電する無線機器はUSB Power Deliveryをサポートしなければなりません。PDコントローラの選定を左右する判断は3つあります。

電力ロール

電力を受けるだけのデバイスはシンクです。一方、モバイルバッテリー、ノートPC、ハブのように受電も給電も行えるものはデュアルロール電源（DRP）ポートです。このロールによってCCのプル終端とコントローラのクラスが決まります。シンク専用製品はよりシンプルで低コストなコントローラを使えますが、DRPでは双方向の電力パスと両側の保護が必要になります。この指令は充電インターフェースを規制するため、対象範囲内のすべてのデバイスには、たとえ給電機能も備えていても、適合したシンク機能が必要です。 

SPRとEPRのどちらか

USB PDのStandard Power Range（SPR）は最大100 Wまでのプロファイルを対象とします。USB PD 3.1ではExtended Power Range（EPR）が追加され、28 V、36 V、48 Vの新たな固定レベルにより対応範囲が240 Wまで拡張されました。100 Wを超える設計はEPRに入りますが、多くの65 Wクラスのポータブル設計はSPRにとどまります。

統合型か分離型か（TCPM/TCPC）

スタンドアロン型コントローラは、Type-C Port Manager（TCPM）のポリシーエンジンとType-C Port Controller（TCPC）の物理層を1チップに統合しています。分離型設計では、TCPMポリシーをホストMCU上で実行し、I2C経由で別体のTCPC ICを制御します。統合型は立ち上げを簡素化し、分離型はマルチポートやカスタムポリシーに対して柔軟性を高めます。

USB PDコントローラおよび電源管理部品には、 TI's TPS25751や TPS26750、 Diodes’ AP33771Cおよび AP33772Sのシンクコントローラ、 Infineon's EZ-PD^™ PMG1 family、さらに Renesas’ USB-C PD EPR siliconがあります。

2. ポート保護と熱設計

USB-Cの0.5 mmピッチのピン配置では、CCおよびSBUラインがVBUSの隣にあります。VBUSはSPRでは最大20 V、EPRでは48 Vを伝送します。ピンの曲がり、導電性異物、または不良ケーブルによってVBUSがこれらのラインのいずれかに短絡すると、PDコントローラが損傷する可能性があります。レセプタクル自体も機械的リスク要因であり、ポート部のはんだ接合クラックは市場返品の一般的な原因です。

保護部品の選定を左右する故障モードは3つあります。 

CCおよびSBUでの放電と過電圧

これらのラインで発生する静電気放電（ESD）や過電圧イベントには、想定される最大VBUSより高い動作電圧を持つディスクリートの過渡電圧抑制（TVS）ダイオードが必要です（SPRでは20 V、EPRでは50 V）。 Semtech's µClamp familyや、 TDK、 Bournsの同等品は過渡イベントに対応します。さらに、 TI TPD8S300、 Diodes DPO2036、 Kinetic KTU1101、 ST TCPPのような統合型代替品では、ESD保護と過電圧シャットダウンを1パッケージにまとめています。

VBUSでのサージ対応

VBUSには、ライン過渡やホットプラグ時のイベントによるサージが加わります。これらには、 IEC 61000-4-5（サージ耐性規格）に対応した高電力TVSダイオードで対処します。ここでは容量値は制約にならないため、選定ではクランプ電圧とピークパルス電流に注目します。

高速差動ペア

TXおよびRXには、USB 3.2やUSB4速度での信号品質を維持するため、超低容量のTVS（通常0.2～0.7 pF）が必要です。インピーダンス不連続を避けるため、スタブ長は短く保ってください。

コネクタ部の発熱

上記3つの故障モードは電気的なものです。これに対し、高電力を継続的に扱う場合には熱的な故障モード、すなわちコネクタ部の発熱が加わります。 Polymeric positive temperature coefficient (PTC) devicesをVBUS経路に入れる方法や、 Littelfuse setP digital temperature indicatorsをCCラインに置く方法が使えます。CCラインの方式であれば、VBUS経路に挿入損失を加えずに済みます。

3. ケーブルとeMarker要件

ケーブルの判断を左右する確認事項は、認証ティア、物理要件、eMarkerの3点です。 

ケーブル認証は現在、60 Wか240 Wの二択

USB-IFは2021年12月に100 Wケーブル認証を終了し、現在は60 W（eMarker不要）と240 W（EPR認証済みeMarker必須）の2段階のみとなっています。小売箱に同梱する充電ケーブルについては、調達部門がこのどちらかを選ぶことになります。

EPRケーブルは物理要件がより厳しい

沿面距離と空間距離の要件はより厳格で、最小機能電圧は53.65 V、バイパスコンデンサの最小定格は63 Vです。 USB-IF 240 W markはコネクタのオーバーモールド部またはステッカーに表示しなければなりません。さらに、2028年12月14日以降は、 Commission Regulation (EU) 2025/2052により、EU向け販売では両方のプラグに電力表示を行うことが義務化されます。

eMarkerの詳細は調達時の確認項目になる

240 W EPRケーブルでは、eMarkerがUSB PDネゴシエーション中にケーブル能力を通知するため、箱に同梱する高電力ケーブルの適格性評価項目になります。EPR対応のeMarker部品には、 Injoinic IP2133H、 Hynetek HUSB332B、 VIA Labs VL153、 Infineon's EZ-PD CMG2があり、それぞれ認証済みケーブル一覧上のUSB-IF Test IDに紐づいています。

有効なeMarkerがない場合、PDソースは20 Vで3 A（60 W）にフォールバックします。それ以上では、ソースがネゴシエーションの相手として参照するのがeMarkerです。 

4. 検証ルート

指令が求める文書を得るためのルートは2つあります。

USB-IF完全認証

完全ルートでは、製品を USB-IF Compliance Workshopにかけ、プロトコル、電気特性、相互運用性の試験を実施します。その結果、Test ID、USB-IF Integrators Listへの掲載、認証ロゴ使用権が得られます。 

USB-IF仕様に対するEU Conformityプログラム

より限定的なルートとして、2024年に開始されたものがあり、これは指令の整合規格参照に合わせたものです。 EU Conformity programでは、EN IEC 62680-1-2:2022（USB PD）およびEN IEC 62680-1-3:2022（USB Type-C）への適合を示すための最小限の試験を実施します。成果物は適合報告書であり、認証ロゴのライセンスとは異なります。また、このプログラムでは、適合したUSB-CおよびPDの上に独自プロトコルを重ねることも認められます。マーケティング上ロゴが必要な製品は完全ルートが必要ですが、多くの製品ではそこまで不要です。

認定試験ラボには、 Granite River Labs、 UL Solutions、 Allion Labs、 iSTがあります。

5. 技術文書ファイル、DoC、パッケージ表示デザイン

EU市場に投入される対象製品にはすべて技術文書ファイルが必要です。これは設計、試験記録、法的宣言を1つにまとめた監査可能なパッケージであり、10年間保管しなければなりません。 Radio Equipment Directive (RED) Annex Vで、その内容が定義されています。

• 写真およびファームウェアバージョンを含む製品説明
• USB-Cサブシステム回路図を含む設計図および製造図面
• 版数を明記した、引用した整合規格の一覧
• USB-IF認証またはEU Conformityプログラムによる試験報告書
• RED第3条第1項に基づくリスクアセスメント
• EU適合宣言書の写し

パッケージ表示デザインにも独自の要件があります。Annex Ia Part IIIのピクトグラムは、該当する形式（充電器同梱あり／なし）で表示し、さらにPart IVの充電能力ラベルを、パッケージ上およびオンライン販売ページでは価格の近くに表示しなければなりません。

規制対象BOMの調達

規制対象パスに含まれる部品（PDコントローラ、eMarker IC、TVS保護部品、USB-Cコネクタ、EPR認証済みケーブル）は、今やBOMの明確な明細項目であり、それぞれが上記セクションの要件に対応しています。 Octopartのパラメトリック検索とサプライヤ可視化機能により、こうした判断に必要なメーカー詳細や在庫データを確認できます。

これらの要件の背景にある市場要因については、 After the EU Laptop Charger Deadline, USB-C Becomes the Design Baselineを参照してください。