EU 공통 충전기 규정 준수를 위한 USB-C 설계 블루프린트

핵심 요점

• Power Delivery (PD) 컨트롤러 선택이 설계를 좌우하며, 충전기 대응 준비는 PD 동작, 보호회로, 케이블, 열 검증까지 포괄합니다.
• USB-IF 케이블 인증은 이제 60 W와 240 W의 두 단계로 나뉘며, 이에 따라 케이블과 eMarker 선택이 구매 조달 단계의 핵심 요소가 되었습니다.
• USB-IF는 USB 적합성 문서를 위한 두 가지 경로를 제공하며, EMC, 안전, RoHS, RED 준수는 별도로 진행됩니다. 
• 기술 문서 파일과 패키징 아트워크는 규정 준수 패키지의 핵심 구성 요소입니다.

다섯 가지 질문으로 보는 블루프린트

이런 회의를 떠올려 보십시오. 65 W 휴대용 제품의 출시 전 설계 검토 회의입니다. 하드웨어 리드가 USB-C 서브시스템을 설명하자, 규정 준수 담당자가 다섯 가지 질문을 던집니다: 

1. 어떤 PD 컨트롤러를 사용할 것인가? 
2. Configuration Channel(CC) 및 Sideband Use(SBU) 라인에는 어떤 보호를 적용할 것인가? 
3. 박스에 어떤 케이블을 동봉할 것인가? 
4. 어떤 시험 경로로 적합성 보고서를 만들 것인가? 
5. 기술 문서 파일에는 무엇을 포함할 것인가? 

EU 시장을 대상으로 하는 제품의 경우 Directive (EU) 2022/2380 (공통 충전기 지침, Common Charger Directive)에 따라 이러한 답변은 레이아웃이 확정되기 전에 프로젝트 계획에 포함되어 있어야 합니다.

이 다섯 가지 질문이 바로 블루프린트를 정의합니다. 각각은 설계 중 확정해야 하는 의사결정에 대응하며, 이어지는 섹션에서는 컨트롤러 선택부터 기술 문서 파일까지 이를 순서대로 설명합니다.

1. PD 컨트롤러 선택

 Commission Notice 2024/C 2997에 따르면, 15 W, 5 V 또는 3 A를 초과해 충전하는 무선 장비는 USB Power Delivery를 지원해야 합니다. PD 컨트롤러 선택은 세 가지 결정에 의해 좌우됩니다:

전력 역할(Power Role)

전력만 소비하는 장치는 싱크(sink)이고, 보조배터리, 노트북 또는 허브처럼 전력을 공급도 하고 받을 수도 있는 경우는 듀얼 롤 파워(DRP) 포트입니다. 이 역할은 CC 풀 종단 방식과 컨트롤러 종류를 결정합니다. 싱크 전용 제품은 더 단순하고 비용이 낮은 컨트롤러를 사용할 수 있지만, DRP는 양방향 전력 경로와 양측 보호회로가 추가됩니다. 이 지침은 충전 인터페이스를 규제하므로, 적용 대상 장치는 전력을 공급하는 기능이 있더라도 모두 규정을 만족하는 싱크 기능이 필요합니다. 

SPR 대 EPR

USB PD의 Standard Power Range(SPR)는 최대 100 W 프로파일까지를 포괄합니다. USB PD 3.1에서는 Extended Power Range(EPR)가 추가되어 지원 범위가 240 W까지 확대되었고, 28 V, 36 V, 48 V의 새로운 고정 전압 단계가 도입되었습니다. 100 W를 초과하는 설계는 EPR 영역으로 들어가며, 많은 65 W 휴대용 설계는 여전히 SPR에 머뭅니다.

통합형 대 분리형(TCPM/TCPC)

독립형 컨트롤러는 Type-C Port Manager(TCPM) 정책 엔진과 Type-C Port Controller(TCPC) 물리 계층을 하나의 칩에 통합합니다. 분리형 설계는 호스트 MCU에서 TCPM 정책을 실행하고, 별도의 TCPC IC와 I2C로 연결합니다. 통합형은 초기 구동과 개발을 단순화하고, 분리형은 멀티포트 또는 맞춤형 정책 구현에 더 큰 유연성을 제공합니다.

USB PD 컨트롤러와 전력 관리 부품으로는 TI의 TPS25751 및 TPS26750, Diodes의 AP33771C 및 AP33772S 싱크 컨트롤러, Infineon의 EZ-PD^™ PMG1 제품군, 그리고 Renesas의 USB-C PD EPR 실리콘 등이 있습니다.

2. 포트 보호 및 열 설계

USB-C의 0.5 mm 핀 피치는 CC 및 SBU 라인을 VBUS 바로 옆에 배치하는데, VBUS는 SPR에서 최대 20 V, EPR에서 48 V를 전달합니다. 핀이 휘었거나, 전도성 이물질이 있거나, 케이블에 결함이 있으면 VBUS가 해당 라인 중 하나와 단락되어 PD 컨트롤러를 손상시킬 수 있습니다. 리셉터클 자체도 기계적 리스크입니다. 포트의 솔더 조인트 균열은 현장 반품의 흔한 원인입니다.

보호 부품 선택은 세 가지 고장 모드에 의해 결정됩니다: 

CC 및 SBU에서의 방전과 과전압

이들 라인에서 발생하는 정전기 방전(ESD) 및 과전압 이벤트에는 예상 최대 VBUS보다 높은 동작 전압을 가진 개별 과도 전압 억제(TVS) 다이오드가 필요합니다(SPR의 경우 20 V, EPR의 경우 50 V). Semtech의 µClamp 제품군과 TDK, Bourns의 동급 제품은 이러한 과도 이벤트를 처리할 수 있습니다.  TI TPD8S300, Diodes DPO2036, Kinetic KTU1101, ST TCPP와 같은 통합형 대안은 하나의 패키지에 ESD 보호와 과전압 차단 기능을 함께 제공합니다.

VBUS에서의 서지 처리

VBUS에는 라인 과도 현상과 핫플러그 이벤트로 인한 서지가 유입됩니다. 이를 처리하려면 IEC 61000-4-5(서지 내성 표준)에 대응하는 고전력 TVS 다이오드가 필요합니다. 여기서는 정전용량이 제약 요소가 아니므로, 선택의 초점은 클램프 전압과 피크 펄스 전류에 맞춰집니다.

고속 차동 페어

TX와 RX는 USB 3.2 및 USB4 속도에서 신호 무결성을 유지하기 위해 초저정전용량 TVS(일반적으로 0.2~0.7 pF)가 필요합니다. 임피던스 불연속을 피하려면 스텁 길이를 짧게 유지해야 합니다.

커넥터에서의 발열

위의 세 가지 고장 모드는 전기적 문제입니다. 지속적인 고출력은 여기에 열적 문제, 즉 커넥터 발열을 추가합니다. 폴리머 양의 온도 계수(PTC) 소자를 VBUS 경로에 넣거나, Littelfuse setP 디지털 온도 인디케이터를 CC 라인에 두는 방식 모두 가능합니다. CC 라인 방식은 VBUS 경로에서 삽입 손실을 피할 수 있습니다.

3. 케이블 및 eMarker 요구사항

케이블 결정은 세 가지 확인 사항에 의해 좌우됩니다. 인증 등급, 물리적 요구사항, 그리고 eMarker입니다. 

케이블 인증은 이제 60 W 또는 240 W의 이원화 구조

USB-IF는 2021년 12월부로 100 W 케이블 인증을 중단했으며, 현재는 60 W(eMarker 불필요)와 240 W(EPR 인증 eMarker 필수)의 두 단계만 남았습니다. 소매 박스에 포함되는 충전 케이블은 조달 단계에서 둘 중 하나를 선택해야 합니다.

EPR 케이블은 더 엄격한 물리적 요구사항을 가짐

연면거리와 이격거리에 대한 요구가 더 엄격하며, 최소 기능 전압은 53.65 V, 바이패스 커패시터 정격은 최소 63 V여야 합니다.  USB-IF 240 W 마크는 커넥터 오버몰드 또는 스티커에 표시되어야 하며, 2028년 12월 14일부터는 Commission Regulation (EU) 2025/2052에 따라 EU 판매용 제품의 양쪽 플러그 모두에 전력 표시가 의무화됩니다.

eMarker 세부사항은 이제 조달 검토 항목

240 W EPR 케이블에서는 eMarker가 USB PD 협상 중 케이블 성능을 전달하므로, 박스에 포함되는 고전력 케이블의 적격성 평가 요소가 됩니다. EPR 지원 eMarker 부품으로는 Injoinic IP2133H, Hynetek HUSB332B, VIA Labs VL153, 그리고 Infineon의 EZ-PD CMG2가 있으며, 각각 인증 케이블 목록의 USB-IF Test ID와 연결됩니다.

유효한 eMarker가 없으면 PD 소스는 20 V에서 3 A(60 W)로 폴백하며, 그 이상에서는 소스가 eMarker 정보를 기준으로 협상합니다.  

4. 검증 경로

지침에서 요구하는 문서를 만드는 경로는 두 가지입니다.

전체 USB-IF 인증

전체 경로는 제품을 USB-IF Compliance Workshop에 제출해 프로토콜, 전기적 특성, 상호운용성 시험을 수행하는 방식입니다. 이 과정의 결과로 Test ID, USB-IF Integrators List 등재, 인증 로고 사용 권한이 부여됩니다. 

USB-IF 사양 기반 EU 적합성 프로그램

더 제한적인 경로로, 2024년에 시작되었으며 지침의 조화 표준 참조와 정렬되어 있습니다.  EU Conformity program은 EN IEC 62680-1-2:2022(USB PD) 및 EN IEC 62680-1-3:2022(USB Type-C)에 대한 적합성을 입증하기 위한 최소 시험을 수행합니다. 결과물은 적합성 보고서이며, 이는 인증 로고 라이선스와는 다릅니다. 또한 이 프로그램은 규정을 준수하는 USB-C 및 PD 위에 계층화된 독자 프로토콜도 허용합니다. 마케팅에 로고를 적극 활용하려는 제품은 전체 경로가 필요하지만, 대부분의 다른 제품은 그렇지 않습니다.

공인 시험소로는 Granite River Labs, UL Solutions, Allion Labs, 그리고 iST가 있습니다.

5. 기술 문서 파일, DoC, 패키징 아트워크

EU 시장의 모든 적용 대상 제품에는 기술 문서 파일이 필요합니다. 설계 자료, 시험 기록, 법적 선언을 하나의 감사 가능한 패키지로 묶어 10년간 보관해야 합니다. Radio Equipment Directive (RED) Annex V는 그 내용을 다음과 같이 규정합니다:

• 사진과 펌웨어 버전을 포함한 제품 설명
• USB-C 서브시스템 회로도를 포함한 설계 및 제조 도면
• 판(edition) 기준으로 인용된 조화 표준 목록
• USB-IF 인증 또는 EU Conformity program에서 발행된 시험 보고서
• RED Article 3(1)에 따른 위험성 평가
• EU 적합성 선언서 사본

패키징 아트워크에도 별도의 요구사항이 있습니다. 해당되는 형식(충전기 포함 여부)에 따른 Annex Ia, Part III 픽토그램과 Part IV의 충전 성능 라벨을 패키지에 표시해야 하며, 온라인 상품 목록에서는 가격 근처에도 표시해야 합니다.

규제 대상 BOM 조달

규제 경로에 포함되는 부품(PD 컨트롤러, eMarker IC, TVS 보호소자, USB-C 커넥터, EPR 인증 케이블)은 이제 BOM 항목으로 관리되어야 하며, 각각은 위 섹션의 요구사항과 직접 연결됩니다. Octopart의 파라메트릭 검색과 공급업체 가시성 기능은 이러한 의사결정에 필요한 제조사 세부정보와 재고 데이터를 제공합니다.

이러한 요구사항을 만든 시장 동인에 대해서는 After the EU Laptop Charger Deadline, USB-C Becomes the Design Baseline를 참조하십시오.