USB-C Hub für Embedded Entwicklung für hohe Ströme

[Niklas G. (erlkoenig)]

Hallo, ich habe einen Testaufbau mit mehreren USB-Schnittstellen 
(diverse Eval-Boards, USB-Serial-Adapter, Debugger, ...). Diese würde 
ich gern alle über einen USB-Hub führen, aus 2 Gründen:

- Den ganzen Aufbau auf einen Rutsch einschalten, am PC anschließen und 
auch spannungsfrei schalten können
- Den USB-Port vom Laptop vor Überstrom schützen

Unglücklicherweise braucht eines der Eval-Boards viel Strom, bis zu 2A 
in kurzen Peaks (für ein Mobilfunkmodem). Das Board hat eine 
MikroUSB-Buchse (deren Spezifikation hier natürlich total überschritten 
wird). Auf dem Board befindet sich ein Step-Down auf 3.8V für das Modem. 
Dämlicherweise ist zwischen USB und Step-Down noch eine BAT60J-Diode, 
die bei diesem Strom laut Spec 1V Spannungsabfall haben kann. Wenn die 
Spannung am USB also auch nur etwas einbricht geht das Evalboard ganz 
aus.

Wenn ich dieses Board per USB-C - MikroUSB-Adapterkabel am Laptop 
anschließe, funktioniert es. Über USB-Hubs hingegen nicht mehr. Ich habe 
einen USB-C-Hub besorgt welcher einen separaten Eingang für USB-C mit 
USB-PD hat (angeblich 100W), wo man ein USB-C-Ladegerät anschließen 
kann, was dann durchgeleitet wird zum Host/Laptop (wie Dockingstation), 
in der Hoffnung dass etwas dieser Leistung auch an den USB-Ports zur 
Verfügung steht (also die moderne Version vom Self-Powered-Hub). Damit 
funktioniert das Eval-Board aber nicht, die Spannung bricht ein.

Super wäre es wenn man den Hub auf Knopfdruck abschalten könnte, damit 
der ganze Testaufbau spannungsfrei ist, und zwar sowohl vom 
Self-Powered-Netzteil als auch vom Laptop getrennt.

Kennt jemand einen Self-Powered USB-C-Hub welcher an (einem) Ports >= 2A 
zur Verfügung stellt und vielleicht auch einen Aus-Knopf hat?

Ja, ich könnte am Aufbau auch einen separaten Eingang für 5V vorsehen 
und ein Netzteil anschließen, und vielleicht auch die Diode überbrücken, 
aber das ist alles total unpraktisch. Am Besten wäre ein Hub dessen 
Ports genau so gut sind wie die vom Laptop. Ich kann doch nicht der 
einzige mit so einem Problem sein?

[Frank K. (fchk)]

Niklas G. schrieb:

> Unglücklicherweise braucht eines der Eval-Boards viel Strom, bis zu 2A
> in kurzen Peaks (für ein Mobilfunkmodem). Das Board hat eine
> MikroUSB-Buchse (deren Spezifikation hier natürlich total überschritten
> wird). Auf dem Board befindet sich ein Step-Down auf 3.8V für das Modem.
> Dämlicherweise ist zwischen USB und Step-Down noch eine BAT60J-Diode,
> die bei diesem Strom laut Spec 1V Spannungsabfall haben kann. Wenn die
> Spannung am USB also auch nur etwas einbricht geht das Evalboard ganz
> aus.

Lösung: diese Diode gegen eine Nexperia PMEG1030EJ,115 tauschen. Damit 
gewinnst Du ein halbes Volt.

Und nein, brücken solltest Du die Diode nicht. Sonst würde das Board bei 
externer Versorgung Spannung zurückspeisen, und das ist aus gutem Grund 
erst recht verboten.

> Wenn ich dieses Board per USB-C - MikroUSB-Adapterkabel am Laptop
> anschließe, funktioniert es. Über USB-Hubs hingegen nicht mehr. Ich habe
> einen USB-C-Hub besorgt welcher einen separaten Eingang für USB-C mit
> USB-PD hat (angeblich 100W), wo man ein USB-C-Ladegerät anschließen
> kann, was dann durchgeleitet wird zum Host/Laptop (wie Dockingstation),
> in der Hoffnung dass etwas dieser Leistung auch an den USB-Ports zur
> Verfügung steht (also die moderne Version vom Self-Powered-Hub). Damit
> funktioniert das Eval-Board aber nicht, die Spannung bricht ein.

Klar. Dein Mobilfunkmodem hat kein USB-PD und darf daher nur 900mA 
ziehen. Spendieren ihm einen STUSB4500, den Du so konfigurierst, dass er 
per PD-Protokoll 5V 3A anfordert. Die sollte er dann auch an diesem Port 
bekommen.

> Ja, ich könnte am Aufbau auch einen separaten Eingang für 5V vorsehen
> und ein Netzteil anschließen, und vielleicht auch die Diode überbrücken,
> aber das ist alles total unpraktisch. Am Besten wäre ein Hub dessen
> Ports genau so gut sind wie die vom Laptop. Ich kann doch nicht der
> einzige mit so einem Problem sein?

Das ist eben das typische Problem, wenn sich einzelne Geräte nicht exakt 
an die Spezifikationen halten. Es gibt halt zu viel Mist auf dem Markt.

fchk

[Niklas G. (erlkoenig)]

Frank K. schrieb:
> PMEG1030EJ,115

Guter Tip, danke.

Frank K. schrieb:
> Spendieren ihm einen STUSB4500,

Das geht auf dem vorhandenen Evalboard nicht. Und ein eigenes Board mit 
dem entsprechenden HF-Design schüttle ich nicht mal eben aus dem Ärmel.

Für 5V/3A braucht man übrigens kein USB-PD, das geht auch über USB-C 
Power ganz analog, aber man braucht so oder so eine Möglichkeit den 
hohen Strom erst freizuschalten. Das Evalboard kann ich nicht 
entsprechend modifizieren.

Frank K. schrieb:
> Das ist eben das typische Problem, wenn sich einzelne Geräte nicht exakt
> an die Spezifikationen halten

Ja, an dem Board ist einiges vermurkst, es ist eben Industriequalität. 
Es ist seit 2019 auf dem Markt, damals konnte natürlich noch keiner 
ahnen dass USB-C und USB-PD mal kommen würden.

Eine gehackte "saubere" Lösung wäre ein USB-PD-Trigger Board welches 
10V/3A anfordert und ein Schaltreglermodul auf 5V dahinter, dessen 
Ausgang direkt auf ein Pad auf dem Board löten, dann spielt auch der 
Spannungsabfall auf der Leitung keine Rolle. Aber muss das sein...

[Harald K. (kirnbichler)]

Niklas G. schrieb:
> aber man braucht so oder so eine Möglichkeit den
> hohen Strom erst freizuschalten.

Siehe

https://forum.digikey.com/t/simple-way-to-use-usb-type-c-to-get-5v-at-up-to-3a-15w/7016


Das geschieht mit Widerständen an den CC-Leitungen des USB-C-Steckers, 
die dürften in Deinem USB-C-auf-Micro-USB-Adapter drinstecken.

[Niklas G. (erlkoenig)]

Harald K. schrieb:
> Das geschieht mit Widerständen an den CC-Leitungen des USB-C-Steckers,
> die dürften in Deinem USB-C-auf-Micro-USB-Adapter drinstecken.

Ja ich weiß. Aber da fehlt dann noch ein Komparator und eine 
MOSFET-Schaltung (mit Treiber...) um die Spannung für das Board 
freizugeben. Solche Basteleien wollte ich mir ersparen.

PS: Sparkfun DEV-15801 wäre eine Möglichkeit, hätte den MOSFET 
integriert. Fehlt noch der Stepdown.

[Frank K. (fchk)]

Niklas G. schrieb:

> Eine gehackte "saubere" Lösung wäre ein USB-PD-Trigger Board welches
> 10V/3A anfordert

Wenn, dann 9V/3A oder 15V/3A. 10V ist keine vom Standard unterstützte 
Spannung.

fchk

[Niklas G. (erlkoenig)]

Frank K. schrieb:
> Wenn, dann 9V/3A oder 15V/3A. 10V ist keine vom Standard unterstützte
> Spannung.

Stimmt, außer über PPS, aber das macht keinen Sinn hier.