USB PD 240W 安規LPS/PS2何解？新行業標準 prIEC 63315 ED1 作為 IEC 62368-3 繼任者給出答案



2024年7月17日 | 市場准入

相較於母標準IEC 62368-1，該標準早已廣泛應用於各式各樣的IT/AV產品安規驗證中，其附屬子標準IEC 62368-3:2017第一版，針對透過通訊電纜和連接埠傳輸直流電介於上下游設備間的安全問題，例如傳統電話線路、USB或PoE等技術應用。雖然該標準早在2017年就誕生，但多年來卻沒有被強制納入驗證要求標準中。這當中除了母標準引用爭議外，還存在一些技術障礙，特別是對於USB輸出電壓及電流的限制，被認為阻礙了產業間的應用與發展。

 

IEC TC 108在2022年決議，不再更新IEC 62368-3，取而代之的是另外兩個繼任標準：prIEC 63315及prIEC 63316，前者針對USB、HDMI、PoE等新興技術的安全要求，後者則是針對傳統電話線路RFT電路技術的安全要求。儘管IEC 62368-3還是相當新的標準，但它已經讓市場上的用戶感到困惑，原因是它結合了較舊的技術要求（例如電信線路供電）與較新的技術要求（例如USB和PoE），因此IEC TC 108決定最好將這些要求分成兩個獨立的文件。同時，該文件目前是IEC 62368-1的一部分，這似乎表明該部分僅適用於IEC 62368-1範圍內的產品；這是不正確的，因為這些技術應用所帶來的安全危害也廣泛存在於非資訊類產品上，特別是USB的技術也越來越普遍被應用在家電或其他產品上。

 

有鑑於USB PD的技術，從100W上升到240W、20V上升到48V，此一技術演變將對現今的安規要求帶來一些矛盾與衝擊。當USB PD從3.0進入到下一世代USB PD 3.1，從SPR（100W）@20Vmax.到EPR（240W）@48Vmax.後，過往的一般安規要求：USB輸出須符合LPS/PS2之功率要求（<100W在正常跟異常狀況下）也發生了變化，因為它的供電端在EPR模式下天生就大於100W。所以，自USB PD 3.1後，USB不能再被視為一個有保障的“限功率電源”了，也就是說後端連接的Powered Device（PD）需要有防火外殼的設計（除非只工作在SPR模式），因為它的供電上游PSE為一動態變化電壓源，不再總是工作於100W以下區間。
下圖為情境分析:

 

USB Power Delivery (PD) 使用情境:

PSE and PDs including legacy PDs

 LPS in PSE Fire enclosure in PD

Protocol Safeguard required in PSE

PSE (source)

PDs (sink)

USB Power Delivery

PD 3.0

 PD 3.0 and below Yes No

No

PD 3.0

 PD 3.1 SPR mode Yes No

No

PD 3.0

 PD 3.1 EPR mode Yes No

No

PD 3.1 SPR mode

 PD 3.0 and below Yes No

Yes 1)

PD 3.1 SPR mode

 PD 3.1 SPR mode Yes No

Yes 1)
PD 3.1 SPR mode PD 3.1 EPR mode Yes Yes No

PD 3.1 EPR mode

 PD 3.0 and below No No Yes
PD 3.1 EPR mode PD 3.1 SPR mode No No

Yes

PD 3.1 EPR mode

 PD 3.1 EPR mode No Yes

Yes

Note:

PSE=Power Sourcing Equipment

PD=Powered Device

LPS=Limited Power Source

1)  Considered the PSE is possible to supply the EPR mode, too.

 

經由對USB PD協議的軟體評估並確認功能安全後，它將被視為一種安全的協議保障Protocol Safeguard。因此，當上下游產品（PSE和PD）皆使用USB PD 3.1技術時，在EPR模式下，PSE不再需要符合LPS/PS2。反之，在SPR模式下，PSE仍然需要符合LPS/PS2。工作在EPR模式下的PD將需要有防火外殼的設計，而在SPR模式下的PD則可不需要，儘管其供電端可能來自於採用USB PD 3.1技術的PSE，且其輸出具有PS3能量的能力。原因是：當沒有防火外殼的PD發生零件失效導致起火時，協議保障Protocol Safeguard被視為一種補充保障Supplementary Safeguard，可確保在PD起火時，PSE不會提供大於100W的能量，避免火上加油的情形發生。

 

另外，根據IEC 62368-1第6.6條的合規性要求，USB PD 3.1 PSE因為具有協議保障Protocol Safeguard，可鑑別下游產品以避免風險，因此可免於符合LPS/PS2的限制。

 

綜觀上述發展，將來PSE走USB PD 3.1 EPR模式時，在20V及100W以上的檔位，例如28V@5A@140W，不再需要專屬的私有協議解決方案，而是採用標準USB PD 3.1協議。此前採用私有協議（專屬）的解決方案將漸漸走向歷史，使用標準USB PD 3.1協議並通過協議保障Protocol Safeguard驗證的方式，將會成為市場主流。

 

 

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