IPod Ladegerät

Einleitung

Mp3-Player sind oft nur mehr über den USB Anschluss zu laden, so auch mein iPod Shuffle. Mich störte es, den MP3-Player nur laden zu können, wenn der PC läuft. Es gibt natürlich viele fertige Ladegeräte zu kaufen, mich interessierte aber der Aufbau. Außerdem hat der Selbstbau auch noch ein paar Extras zu bieten.

Hinweis

Bei der vorgestellten Schaltung handelt es sich NICHT um ein Apple Produkt! Die Verwendung kann zu Schäden am Gerät und zu Verlust der Garantie führen.

Benutzung auf eigene Gefahr ! Use at your own risk !

Wer unsicher ist, sollte die Finger vom Nachbau lassen.

Bei sachgemäßem Aufbau ist das Risiko aber relativ gering. Die 5V Spannungsversorgung kommen auch vom PC und sind zulässig. Die Datenleitungen sind relativ hochohmig beschaltet, was eine mögliche Beschädigung minimiert.

Lademodus

Apple

Um Apple- Geräte wie iPhone, iPad oder iPod in den Lademodus zu versetzen, sind zwei Spannungsteiler nötig. Apple sieht dabei verschiedene Ladeströme vor, welche durch verschiedene Spannungen an den Datenleitungen aktiviert werden:

Ladestrom	Spannung an D+	Spannung an D-
0,5A	2V	2V
1A	2V	2,8V
2,1A	2,8V	2V

Ohne diese Spannungen an den Datenleitungen starten die Geräte den Ladevorgang nicht. In der folgenden Tabelle Widerstandswerte für die entsprechenden Ladeströme (Widerstandbezeichnungen siehe Bild)

Ladeschaltung zu den Spannungsteilern

Ladestrom	R1	R2	R3	R4
0,5A	15k	10k	15k	10k
1A	12k	15k	15k	10k
2,1A	15k	10k	12k	15k

Dabei fließt durch die Spannungsteiler nur ein zusätzlicher Strom von 400µA, was noch verschmerzbar sein sollte.

Norm

Das Problem dabei ist, dass es für den Lademodus keine Norm gab. Erst im März 2007 wurde die "USB Battery Charging Specification"[1] veröffentlicht. Danach müssen die beiden Datenleitungen mit einem Widerstand von höchstens 200Ω verbunden werden. Die beiden Datenleitungen sollten also möglichst direkt kurzgeschlossen werden, ohne einen weiteren Widerstand dazwischen.

Andere Hersteller

Wie oben beschrieben gab es lange keine Norm, daher gibt es viele Möglichkeiten. Oft ist eine Beschaltung der Datenleitungen aber gar nicht nötig. Viele Geräte wechseln gleich in den Lademodus, sobald eine Versorgungsspannung anliegt. Moderne Smartphones verlangen jedoch immer eine Beschaltung der Datenleitungen.

Wenn nicht, können folgende Varianten probiert werden:

• D+ und D- mit einem Widerstand verbinden
• beide pulldown
• beide pullup

Aufbau

Grundlage der Stromversorgung bildet ein altes AC-Steckernetzteil mit ~9V (Trafo Gehäuse). Ein Brückengleichrichter wandelt die Wechselspannung in pulsierende Gleichspannung um. Diese wird geglättet und von einem 7805 Spannungsregler auf konstante 5 Volt begrenzt. Die Wahl des Steckernetzteils ist unkritisch. Es kann auch ein DC-Netzteil verwendet werden (Der Gleichrichter dient dann als Verpolungsschutz). Verwendet man ein 5V Gleichspannungsnetzteil, kann der gesamte Schaltungsteil zur Spannungsstabilisierung weggelassen werden. Allein die Widerstände als Spannungsteiler werden dann noch benötigt.

ACHTUNG! Widerstände R1, R2, R3, und R4 für Apple nur exemplarisch, richtige Werte entsprechend gewünschtem Strom aus Tabelle oben.

USB Buchse

Die USB Buchse hab ich einem alten PS2/USB Adapter entnommen, was ich aber nicht weiterempfehlen kann. Die beiden Buchsen waren miteinander vergossen, und die Buchse musste mühselig davon befreit werden. Alternative: USB Verlängerungskabel abzwicken oder USB Buchse kaufen (gibt es leider oft nur als SMD).

Notfalls tut es auch eine ganz normale Lochstreifen-Platine: 4 Streifen + noch ein wenig links und rechts (ungefähr jeweils der zwischenraum bis zum nächsten Streifen) - alles passend Feilen, die kanten links und rechts abrunden -> Voila - innenvierkant-usb. Evtl muss die Platine noch etwas verstärkt werden, also einfach ein kleines Stück Pappe dahinterklemmen - nicht schön, hochgefährlich, aber im Notfall ganz brauchbar.

Gehäuse

Um die Schaltung reisetauglich zu machen, hab ich ihm noch ein Gehäuse aus Holz spendiert. Eine grüne LED zeigt die Einsatzbereitschaft an.

Notladung

Ist man länger auf Reisen und vom Stromnetz längere Zeit abgeschnitten (Urwaldtrip, Festival), bietet sich die Ladung über eine externe Batterie an. Entweder man verwendet einen 9 V Block als Quelle oder man schließt mehrere Zellen zusammen.

Diese Variante gleicht jedoch einem „ökonomischen Overkill“. Es werden ca. 50% der Leistung vom Spannungsregler verheizt, was bedeutet, dass die Hälfte der Batteriekapazität verloren geht. Besser wäre da ein Schaltregler der mit einem Wirkungsgrad von über 90% arbeitet. Diese sind aber aufwendiger aufzubauen und teurer in der Anschaffung. Plant man diese Methode öfter zu verwenden, lohnt sich aber der Mehraufwand.

Am besten ist es vier 1,2V Akkus zusammenzuschließen. Das ergibt eine Spannung von 4,8V. Diese kann ohne Verluste zum Laden verwendet werden, ein Schaltregler oder ähnliches ist dann nicht notwendig. Einzig die Widerstände um den Player in den Lademodus zu versetzen, sind nötig.

Billige Ladegeräte

Man liest oft in Rezensionen von billigen USB Ladegeräten, dass die iPods davon nicht geladen werden. Das liegt am fehlenden Spannungsteiler, die Datenleitungen sind in diesem Fall meist nicht beschaltet. Die unbeschalteten Datenleitungen treten besonders oft bei Lade-Adaptern fürs Auto auf.

Diesem Problem kann man sich aber leicht abhelfen. Entweder man öffnet das Gehäuse und baut den Spannungsteiler nachträglich ein oder baut sich ein Verlängerungskabel in dem der Spannungsteiler integriert ist. Baut man die Widerstände direkt ins Gehäuse ist das schöner, oft aber aus Platzgründen nicht möglich.

Manchmal sind die Datenleitungen auch mit Minus (GND) kurzgeschlossen. Das zerstört manche Geräte.

Es gibt aber noch ein anderes Problem, was bei billigen USB Ladegeräten für die Steckdose zu beobachten ist. Sollte der iPod trotz mit Spannungsteiler versehenem Verlängerungskabel nicht laden, so sollte die Ausgangsspannung im Leerlauf (ohne das etwas angeschlossen ist) gemessen werden. Einige der Lader sind nur unter Belastung in der Lage, die 5V stabil zu halten. Die bis zu 5,7V zerstören glücklicher Weise den iPod nicht, die Schutzfunktion verhindert aber erfolgreich, daß geladen wird.

Praxis: Laden im Auto

Die Schaltung funktioniert bei mir auch prima im Auto/am Boot. Anstatt der 9VAC kann die Schaltung auch ans Bordnetz gehängt werden. Dieses ist womöglich aber nicht sehr sauber (Spannungsspitzen). Probleme konnten von mir bis jetzt noch keine festgestellt werden, eine kleine Schutzbeschaltung am Eingang würde Sicherheit bringen.

Weiterführende Links

Handyladegerät von Pollin mit LM2557, enthält einen Gleichrichter und einen 5V-Schaltregler und lässt sich sehr einfach zu o.g. Zwecken modifizieren