为什么总有人说USB Type-C的PD协议迟迟不加入10A电流规范是因为要保护导线安全(详见描述)?
一个电路连接器是有物理上限的。这个上限决定了电气设计的方方面面。一般都是整个路径上的短板决定这个上限的具体值。
在USB Type-C的相关环境里,最常见的限制因素来源是插头。往简化了说,插头的触点规格决定了最大的电流,而插头的触点间最小距离决定了电压上限。如果电流过大,触点处电阻导致的阻性生热可能导致起火;如果电压过高,触点附近的空气被击穿的概率增大,同样容易导致起火。
当然有其他限制因素,插头上的限制也不是这么简单只考虑一个起火。只是大多数其他限制因素都有办法绕过,只有插头因为是和其他产品交互的部分,形制限制很死,所以有些限制没法绕过;而安全这种事情是红线,别的很多限制都有向成本、市场妥协的一些余地,安全限制是绝对不能逾越的。
用一根粗线共享多个触点的方式充其量只能大部分解决击穿问题——相邻触点是等电位的话问题不大,周围空出绝缘触点就确实可以绕开触点间距的电压限制。但这也不是就没有限制了,只是解决了这一处,会有下一个限制来限制电压范围的。
而电流问题解决不了。
电流问题其实就是现在的12VHPWR问题的翻版——在一根线、多个触点的情况下,除非每个触点单独加上复杂电路进行负载控制,不然极容易出现以下场景:
- n个触点中的某一个由于各种因素性能下降,环境脏污、氧化、机械损耗、自然温升什么的,导致电阻增大。
- 因为一个触点电阻增大,更多电流会流经其他触点,其他触点开始升温,电阻增大。
- 重复这个电流重分配和电阻继续增加的过程,最终会到一个散热平衡温度(温度越高散热速度越快),每根导线的电阻都不再增加。
如果这个平衡温度超过周围材料的热变形点甚至燃点,就会出现不可逆的安全事故。
以前显卡的12V插头因为每个触点都留了足够裕量,于是其实实际产品上一个触点就能撑起整根线的电流,所以较少发生事故。但无论是12VHPWR还是这个单根粗线的特殊协议USB-C线,都没有有效的机制解决这个问题——只能报警、给用户限电停机。
显卡里还好,毕竟机箱里大多数材质就算是塑料也应该是阻燃的。但Type-C的话,这玩意可能放在你床上,甚至放在你腿上,旁边还有一个会被热到爆炸的电池。
以及,任何魔改通用接口的操作都是极危险的。USB Type-C自己就已经官方趟了这趟浑水,就算有官方的明确兼容性标准设计,到现在都难以避免各种烧机问题。再加这么一个大电流魔改,那天天有烟花可以看了。