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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik USB-Spannung stabilisieren - Suche bringt nicht die erhofften Infos.


Autor: Micha (Gast)
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Hallo miteinander,

auch nach einer Stunde Forums- und Internetrecherche konnte ich leider 
keine passenden Infos zu meinem Problem finden.

Ich möchte einige ICs über USB versorgen, die laut Datenblättern 
gemeinsam maximal 460mA ziehen. Falls es deutlich darüber liegt, könnte 
ich mir vorstellen über ein Y-Kabel zwei USB-Ports zu verwenden, wie es 
bei externen Festplatten häufig getan wird, aber Ziel ist mit einem 
USB-Steckplatz auszukommen. Nicht zuletzt mit dem Hintergrund, dass 
meines Wissens die meisten Ports auch >500mA problemlos zur Verfügung 
stellen...

Es kommt ein CP2102 zum Einsatz, worüber die 500mA auch vom Host 
angefordert werden. Allerdings traue ich den meisten USB-Controllern 
weder bei der Spannung noch beim Ripple über den Weg, deshalb die Frage:

Wie kann ich möglichst verlustfrei aus 5V USB (4,5-5,5V???) saubere 5V 
erhalten? Ich weiß, dass im Forum verschiedene Methoden bereits 
besprochen wurden, aber die waren meist für Anwendungen bei denen 300mA 
am Ausgang gelangt haben...

Vielleicht hatte der ein oder andere ja mal das gleiche Problem? Über 
Tipps und Anregungen würde ich mich freuen!


Viele Grüße

Micha

Autor: Wolfgang R. (portside)
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Gefährlich, gefährlich
Wenn der USB Host im Rechner den Spezifikationen entsprechend realisiert 
ist so kommen maximal 100mA aus dem Port solange kein USB Gerät erkannt 
wird. Wenn alles 200% ist dann schaltet der USB Host bei 
fehlgeschlagener Enummerierung auf wenige mA ca 10 zurück.
Man kann damit rechnen dass bei allen neueren Laptops alles so 
realisiert ist.
Nur wenn ein USB Gerät richtig erkannt ist kann es bis 500mA anfordern.

Autor: Micha (Gast)
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Wolfgang R. schrieb:
> Nur wenn ein USB Gerät richtig erkannt ist kann es bis 500mA anfordern.

Hallo Wolfgang,

ich meine dass der geplante CP2102 (USB-UART-BRIDGE) relativ einfach so 
konfiguriert werden kann, dass er in jedem Fall 500mA direkt nach 
Anstecken anfordert.


Viele Grüße

Autor: 123 (Gast)
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Wie du richtig sagst, anfordern kann.

Bedeutet noch lange nicht, das der host dir das auch erlaubt.

und im suspend sind das sogar noch weniger als die 100mA. da sind es 
dann nur noch 2.5mA. Ist für vile BusPowerdDevices eine richtige 
herausforderung sowas zu hinzubekommen.

Und das man an usb 100mA dauerstrom ohne Enumeration und dazugehöriger 
SetConfiguration ziehn darf ist auch ein märchen, das sich hartnäckig 
hält.

Wobei wie schon öffters hier im forum besprochen, kommt immer darauf an 
was dein USB Device für einen Kuckuck bekommen soll. Oder ob es private 
bastelei ist. Wo kein Kläger da kein Richter.

Autor: Micha (Gast)
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123 schrieb:
> was dein USB Device für einen Kuckuck bekommen soll. Oder ob es private
> bastelei ist. Wo kein Kläger da kein Richter.

Das Ganze ist ne private Bastelei... Wenn ich nachher bei der 
Strommessung im Stresstest in etwa die 500mA@5V einhalte, bin ich 
zufrieden. ;-)

Ich durchforste gerade das gesamte I-Net nach dem erlaubten Ripple für 
USB-Hosts, kann aber absolut nichts finden. Komischerweise nichtmal in 
der Spec! Vielleicht hat da jemand Infos für mich?


Beste Grüße und vielen Dank

Micha

Autor: Peter (Gast)
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die Meisten PC liefern die 5V einfach vom Netzteil, selbst wenn sie es 
noch über ein Transistor schalten, dann kommt darüber ein kein Rippel 
hinzu.
Schau doch mal nach wie die Spezifikationen von einem PC-Netzteil sind.

Autor: mhh (Gast)
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Micha schrieb:
> Ich durchforste gerade das gesamte I-Net nach dem erlaubten Ripple für
> USB-Hosts, kann aber absolut nichts finden. Komischerweise nichtmal in
> der Spec! Vielleicht hat da jemand Infos für mich?

Erlaubt? Keine Ahnung. Wenn aber eine direkte Verbindung (ist jetzt 
meistens so) zu den 5V vom Mobo besteht -> 50mV.

Autor: garst (Gast)
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Die 500mA gelten auch nur für self powered hubs, manche laptops schaffen 
nicht mal die.

Autor: Micha (Gast)
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garst schrieb:
> Die 500mA gelten auch nur für self powered hubs, manche laptops schaffen
> nicht mal die.

Also ich meine schon dass die meisten Laptops heutzutage eher mehr als 
500mA liefern... Ich meine schau Dich mal um wieviele 2,5"-HDDs 
mittlerweile mit nur einem USB-Kabel betrieben werden und die sind 
ziemlich sicher auch hart an der Grenze der 500mA...

Ich hab vor Jahren mal ne externe Platte mit zwei USB-Anschlüssen 
geöffnet und da stand auch auf der Platte was von >800mA Maximalstrom. 
Dazu kommt ja noch die Elektronik und trotzdem lief sie jahrelang 
einwandfrei an jedem Notebook/Rechner. ;-)

Viele Grüße

Autor: Wolfgang M. (womai)
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> Wie kann ich möglichst verlustfrei aus 5V USB (4,5-5,5V???) saubere 5V
> erhalten?

Mit einem Schaltregler - genauer gesagt mit einem sogenannten 
Buck-Boost-Converter. Der kann mit Spannungen arbeiten, die sowohl ueber 
als auch unter der gewuenschten Ausgangsspannung (hier: 5V) liegen 
koennen. Das Problem in Deinem Fall ist aber, dass Dein Strom (460mA) 
sehr nahe am Maximalstrom (500mA) eines USB-Ports liegt. Denn auch ein 
Schaltregler kann nicht Energie aus der Luft zaubern. D.h. 
EingangsLEISTUNG >= AusgangsLEISTUNG. Wenn DU also z.B. 400mA bei 5V 
ziehen willst, die Eingansspannung aber nur 4V ist, dann muss der 
Eingangsstrom >= 500mA sein (0.4A*5V = 0.5A*4V). In der Realitaet haben 
die Regler natuerlich nie 100% Wirkungsgrad (eher so 80% - 95%). Wenn 
also die Spannung vom USB-Port deutlich unter 5V liegt hast Du nicht mal 
theoretisch die Moeglichkeit, Deine gewuenschten 5V/460mA zu liefern, 
ohne die Maximallast am Port zu ueberschreiten.

Wolfgang

Autor: 123 (Gast)
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Nabend

unter 7.3.2 Bus Timing/Electrical Characteristics nichts gefunden?

High-power Port VBUS Note 2, Section 7.2.1 4.75 5.25 V ? ist nicht was 
du suchst?

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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Hallo Micha,

> Allerdings traue ich den meisten USB-Controllern
> weder bei der Spannung noch beim Ripple über den Weg, ...

Was genau meintst du damit ? Es gibt Spannungsripple und Stromripple ...

Warum traust du den USB-Controllern diesbezüglich nicht ? Was das 
betrifft traue ich persönlich KEINEM halbwegs komplexen Digital-IC über 
den Weg. Technologie-bedingt versauen die allesamt deine 
Betriebsspannung(en).

Was man in USB-Schaltungen häufiger sieht, sind Filterinduktivitäten 
direkt nach dem Spannungspin der USB-Stecker. Zusammen mit einigen C's 
sollte das dein Ripple deutlich reduzieren.

Wenn du aber unbedingt einen Spannungsregler als Filter "missbrauchen" 
willst - vielleicht besteht schaltungstechnisch die Möglichkeit auf 3.3V 
runterzugehen. Das könnte die Suche nach einem passenden Regler 
erleichtern.


Gruss Uwe

Autor: Christian R. (supachris)
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Also zunächst mal hat jeder erst zu nehmende USB Controller einen 
Power-Switch Ausgang, den er erst aktiviert, wenn er vom Host das OK für 
die mehr als 100mA bekommen hat. Außerdem musst du ja im Standby-Fall 
auch unter 2,5mA kommen.

zur Stabilisierung nimmt man im einfachsten Fall einen SEPIC-Wandler, 
der ist allerdings nicht besonders effizient. Besser ist auf 5,6V mit 
einem Step-Up und dann mit einem Step-Down auf 5,0 runter. Wenn beide 
Regler >90% Wirkungsgrad haben, bist du am Ende immer noch besser dran 
als mit den 70% des SEPIC.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Es ginge auch ein StepUp auf 5.3V und dann ein UltraLDO-Linearregler 
(U_drop <0.25V), gibt nochmal 5% Effizienzplus und eine sauberere 
Ausgangsspannung.

Autor: Anja (Gast)
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Micha schrieb:
> Wie kann ich möglichst verlustfrei aus 5V USB (4,5-5,5V???) saubere 5V

Also ich weiß nicht wie Du auf 4,5-5,5V kommst

http://www.usb.org/developers/compliance/check_lis...

Laut dem Dokument (Kap 4.1.2) müssen Geräte mit Spannungen (Einbrüchen) 
im Bereich 4,17 - 5,25V zurecht kommen und dürfen im aktiven Fall 
maximal 500mA bei 4,02V !! (falls konfiguriert) ziehen.

-> Du hast im Worst Case maximal 2W zur Verfügung die du zwischen dem 
CP2102 und dem Rest der Schaltung aufteilen kannst.

Gruß Anja

Autor: K. J. (theborg0815) Benutzerseite
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Anja schrieb:
> Micha schrieb:
> Laut dem Dokument (Kap 4.1.2) müssen Geräte mit Spannungen (Einbrüchen)
> im Bereich 4,17 - 5,25V zurecht kommen und dürfen im aktiven Fall
> maximal 500mA bei 4,02V !! (falls konfiguriert) ziehen.
>
> Gruß Anja

hm, dazu mal ne frage ich hab nen Aktiv Hub also mit 2A Stromversorgung 
eigentlich nen Markengerät nur hat das genau ein Problem wen der PC im 
Standby/Ausgeschaltet die USB ports abschaltet dann haut es Strom durch 
den Anschluss in Richtung PC meine Überlegung war schon einfach in die 
5V Leitung ne Diode zu basteln würde das gehen ? wehren halt 0,3V die 
ich an Spannung weniger hätte.

Autor: 1234 (Gast)
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Hört sich ja fast nach maken fehl kunstruktion an.

hab hier auch grad nen defekten hub rumlegen, bei dem ist das nicht so. 
da ist zwischen +5V USB und +5V Netzteil eine Diode drinn die gnau das 
verhindert.

usb logo auf dem hab oder nicht?

Autor: Micha (Gast)
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Hallo miteinander,

vielen Dank für Eure Beiträge! Den Teil mit den max. 500mA@4,02V hatte 
ich in der Spec tatsächlich übersehen... Laut Datenblatt des Moduls 
würde es nicht funktionieren, aber ich habe es auch schon auf Boards 
verbaut hinter 400mA@5V Spannungsreglern gesehen bei voll ausgenutzten 
Features - das wären dann ja auch nur 2W...

Normalerweise sind USB-Ports abgesichert und schalten bei Überlast ab, 
richtig? Ich würde das Ganze wie geplant als BUS-Powered-Device aufbauen 
und erstmal messen, messen und nochmals messen was es so zieht... Wenn 
es passt, ok, falls nicht muss halt doch noch ein Netzteil oder ein 
zweiter USB-Port dazu.

Ich bestehe nicht auf die Verwendung eines zusätzlichen Reglers, habe 
allerdings auch keine Erfahrung welche Erfolge ich mit einem normalen 
Glättungskondensator erzielen kann wenn ich unter 50mVpp Ripple aufm 
Board haben sollte...


Ich durchforste das Inet morgen mal nach Datenblättern für die 
Lösungsvorschläge! Besten Dank!


Schöne Grüße

Micha

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