Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik USB Ladestrom Spezifikation


von USB Ladung (Gast)


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Welche Möglichkeiten sieht die USB Spezifikation vor, den Ladestrom 
festzulegen?

Ich habe schon ab und an mal etwas von Widerständen von den 
Datenleitungen nach GND/VCC gelesen, leider nie mit Erklärungen.

Woher weiß mein Handy z.B. ob es 1A oder 2A ziehen darf?
Ich vermute, die Netzteile regeln (zusätzlich) einen künstlichen 
Spannungsinbruch?

Mit "schlechten" USB Leitungen kann der Strom deutlich einbrechen. Gute 
250mOhm, schlechte 500mOhm, die Messungen war jedoch nur auf die 
Schnelle. Die beiden guten Leitungen, bei denen bei Netzteilen und der 
PowerBank der volle Strom fliest und die, bei denen das Handy kaum lädt, 
hatten ziemlich ähnliche Werte. 2*0,5 Ohm bei 2A macht immerhin 2V...

Habt ihr vielleicht mal einen guten Link, oder den Hinweis, wo ich in 
den USB Spezifikationen suchen muss?

Vielen Dank! :-)

von Rufus Τ. F. (rufus) Benutzerseite


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www.usb.org, dort nach "USB Battery Charger Specification" suchen.

Das Verhalten von Apple-Geräten weicht von dieser Norm ab, was damit zu 
tun hat, daß es diese Geräte schon länger gibt als die Norm.

von USB Ladung (Gast)


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Apple Geräte deren Verhalten ich verstehen muss habe ich keine. Aber 
wenn ich eine Idee habe, wie der Rest funktioniert, wäre ich schon 
glücklich. :-)

Rufus Τ. Firefly schrieb:
> www.usb.org, dort nach "USB Battery Charger Specification" suchen.

http://www.usb.org/developers/docs/devclass_docs/USB_Battery_Charging_1.2.pdf

Die PDF, die man da findet mit 166 Seiten ist für mich nicht wirklich 
aufschlussreich, im mittleren Teil stehen fast überall verschiedene 
Widerstände in diversen Test Szenarien, recht unübersichtlich, wenn man 
nicht genau weiß, wonach man sucht, zumal die Abkürzungen erstmal 
verstanden werden wollen.

Da gibt es doch bestimmt eine grobe Kurzfassung, Strombegrenzung durch 
Spannungseinbruch?
Freischaltung über 500mA durch PullUp/PullDown?

von Stefan F. (Gast)


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Die Kurzfassung ist, dass Widerstände an den beiden Datenleitungen dem 
Handy mitteilen, wie viel Strom es ziehen darf.

Wobei manche Verbraucher nur zwischen 500mA und volle-pulle 
unterscheiden. Das Tablet meiner Kinder hat auf diese Weise ein 1A 
Ladegerät einfach mit vollen 2A belastet und zerstört.

Es gibt auch Geräte, die gar nicht auf die Widerstände achten, sie 
ziehen einfach so viel Strom, wie sie wollen.

von USB Ladung (Gast)


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Danke, das klingt doch schon mal nach etwas :)

Sind die Widerstände dann analog? Gibt es darüber hinaus einen 
Spannungseinbruch, oder kommt dannneknfach zu wenig an?

Gibt es eine Anleitung, wie die Widerstände zu dimensionierten sind?

von Stefan F. (Gast)


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> Sind die Widerstände dann analog?

Ich weis nicht, was du unter analogen Widerständen verstehst. Ich 
unterscheide da eher zwischen dem Widerstandswert, der Belastbarkeit und 
der Bauform.

> Gibt es darüber hinaus einen Spannungseinbruch

Kommt auf's Netzteil an, aber das wäre dann ein Nebeneffekt, der keinen 
Einfluss auf den Ladevorgang haben sollte.

> Gibt es eine Anleitung, wie die Widerstände zu dimensionierten sind?

Ja, die Spezifikation, die Rufus bereits genannt hatte.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Mit obiger USB-Spec bin ich nicht großartig weitergekommen.

Meines Erachtens ist das hier halbwegs sinnvoll empirisch ermittelt:
1. Rechner USB-Port ohne Datenkommunikation wird mit 100mA belastet
2. Rechner USB-Port mit Erkennung durch Treiber liefert 500mA
3. USB ohne Rechner z.B. Netzteil: mit kurzgeschlossenen D+ nach D- ist 
es Kennung für 1A oder 2A je nach Gerätehersteller
4. Handy mißt in allen Fällen ständig die USB-Spannung, die bei 
Ladegeräten im Leerlauf bei 5,1 bis 5,2V liegen sollte. Fällt sie unter 
ca. 4,7V ab, wird der Laststrom passend zurückgeregelt.
5. Manche Geräte scheinen eine Kodierung über Widerstände auszuwerten, 
die einen Spannungsteiler realisieren. 1,2V scheint beliebt zu sein.
6. Die letzte Variante ist ein Widerstand zwischen D+ und D-
7. Tiefentladene oder fast volle Akkus werden nicht mit dem vollen 
möglichen Strom geladen.

Punkte 5 und 6 sowie Apple müßte jemand noch erforschen...

: Bearbeitet durch User
von USB Ladung (Gast)


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Stefan Us schrieb:
> Ich weis nicht, was du unter analogen Widerständen verstehst.

Okay, vielleicht umgangsprachlich ausgedrückt. Gemeint ist, ob man mit 
den Widerstandswerten den Strom einstellen kann. 10k->GND 1A 20k->GND 
2A... Oder als Spannungsteiler zwischen VCC und GND? Soetwas in der Art.

Stefan Us schrieb:
> Kommt auf's Netzteil an, aber das wäre dann ein Nebeneffekt, der keinen
> Einfluss auf den Ladevorgang haben sollte.

Ist das so? In der Industrie haben viele Netzteile einen zuschaltbaren 
Spannungseinbruch, um mehrere Parallel schalten zu können.

Stefan Us schrieb:
> Ja, die Spezifikation, die Rufus bereits genannt hatte.

Na, dann sag doch mal auf welechr Seite bitte ;-)

Abdul K. schrieb:
> 4. Handy mißt in allen Fällen ständig die USB-Spannung, die bei
> Ladegeräten im Leerlauf bei 5,1 bis 5,2V liegen sollte. Fällt sie unter
> ca. 4,7V ab, wird der Laststrom passend zurückgeregelt.

Wäre dann ja eine Antwort...

Abdul K. schrieb:
> 3. USB ohne Rechner z.B. Netzteil: mit kurzgeschlossenen D+ nach D- ist
> es Kennung für 1A oder 2A je nach Gerätehersteller

Und das die zweite, auch wenn sie noch etwas ungenau ist.

von Stefan F. (Gast)


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>> analogen Widerständen
> Gemeint ist, ob man mit den Widerstandswerten den Strom einstellen kann.

Jein. Mit den Widerständen teilst du dem Handy mit, wie viel Strom das 
Netzteil maximal liefern kann. Eingestellt wird der Strom durch den 
Laderegler im Handy. Wenn dein Widerstand 2A meldet, kann das Handy 
durchaus mit geringerem Strom laden, wenn es das für besser hält.

> Ist das so? In der Industrie haben viele Netzteile einen zuschaltbaren
> Spannungseinbruch, um mehrere Parallel schalten zu können.

Mag sein, Handy Netzteile sind aber eine ganz andere Geräte-kategorie 
für einen anderen Anwenderkreis.

> Na, dann sag doch mal auf welcehr Seite bitte ;-)

Keine Ahnung. Ich weiss nur, dass gefühlt jedes zweite Handy anders 
funktioniert und daher diese Spezifikation wenig hilfreich sein wird. 
Deswegen ist deine Frage hier im Forum durchaus legitim. Das Thema wurde 
allerdings schon mehrmals wenig diskutiert.

> Fällt sie unter ca. 4,7V ab, wird der Laststrom passend zurückgeregelt.

Das könnte auch ein simpler Seiteneffekt sein. 4,7V ist gerade mal 0,4V 
mehr, als die Ladespannung des Akkus. Allein der Innenwiderstand des 
Kabels dürfte da schon zu einer Strombegrenzung führen.

von Soul E. (Gast)


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Abdul K. schrieb:

> Meines Erachtens ist das hier halbwegs sinnvoll empirisch ermittelt:
> 1. Rechner USB-Port ohne Datenkommunikation wird mit 100mA belastet
> 2. Rechner USB-Port mit Erkennung durch Treiber liefert 500mA

USB 2.0 SDP (die Buchse am Computer)

> 3. USB ohne Rechner z.B. Netzteil: mit kurzgeschlossenen D+ nach D- ist
> es Kennung für 1A oder 2A je nach Gerätehersteller
> 4. Handy mißt in allen Fällen ständig die USB-Spannung, die bei
> Ladegeräten im Leerlauf bei 5,1 bis 5,2V liegen sollte. Fällt sie unter
> ca. 4,7V ab, wird der Laststrom passend zurückgeregelt.

Ein BC1.2 DCP liefert max. 1,5 A.

> 5. Manche Geräte scheinen eine Kodierung über Widerstände auszuwerten,
> die einen Spannungsteiler realisieren. 1,2V scheint beliebt zu sein.

Chinese Telecom Standard YD/T 1591-2009

> 6. Die letzte Variante ist ein Widerstand zwischen D+ und D-

Entspricht  3. Der "Kurzschluß" ist definiert als Widerstand <200 Ohm

> 7. Tiefentladene oder fast volle Akkus werden nicht mit dem vollen
> möglichen Strom geladen.

Entscheidet der Laderegler im Handy.


> Punkte 5 und 6 sowie Apple müßte jemand noch erforschen...

Apple codiert über Spannungswerte 2,0 V und 2,7 V an D+/D-. Die werden 
über Spannungsteiler-Widerstände aus der USB_VDD abgeleitet. Über die 
vier möglichen Kombinationen wird der Typ des Ladegerätes signalisiert.

Klingt erstmal nach Apple-typischem Alleingang, ist aber historisch 
bedingt. Apple hatte schon 1 A - Ladegeräte, als die USB Battery 
Charging Specification noch nicht existierte.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Stefan Us schrieb:
>> Fällt sie unter ca. 4,7V ab, wird der Laststrom passend zurückgeregelt.
>
> Das könnte auch ein simpler Seiteneffekt sein. 4,7V ist gerade mal 0,4V
> mehr, als die Ladespannung des Akkus. Allein der Innenwiderstand des
> Kabels dürfte da schon zu einer Strombegrenzung führen.

Ich denke im Handy wird ein Schaltregler sitzen. Ansonsten, wo soll die 
Verlustleistung hin?

von Stefan F. (Gast)


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> Ich denke im Handy wird ein Schaltregler sitzen.
Ja sicher doch. Das ändert nichts an meiner Aussage.

von Paul (Gast)


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Hier ein guter Adapter für vielleicht alle Geräte:

http://dh2mic.darc.de/files/usb-adapter-v12.pdf

Die Schaltung zeigt auch die Widerstandswerte für die verschiedenen 
Ströme.

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