Wie erkennt USB-Gerät max. Leistung des Ladegeräts?

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Moin,

die USB-Schnittstelle wird ja heutzutage allerorts als Stromüberträger missbraucht, vor allem auch um Akkus von mobilen Geräten zu laden. Meist können mitgelieferte Netzteile weit mehr als 500 mA liefern. Woher aber „weiß“ dann die Ladeelektronik, wie viel Strom sie ziehen darf, ohne das Netzteil (oder die PC-interne USB-Spannungsquelle) zu überlasten? Am PC sind ja nur 500 mA erlaubt (bei USB 3.0 mögen es mehr sein). Die Erkennung mag ja über Datenaustausch möglich sein. Aber unter den rein zu Ladezwecken dienenden Netzteilen gibt es ja auch eine sehr große Leistungs-Spanne.

Übermittelt ein Netzteil über die Datenleitungen seine Leistungsfähigkeit oder wie funktioniert das? Mir ist jedenfalls aufgefallen, dass mein Handy am eigenen Netzteil wesentlich schneller lädt als am PC, was ja noch gut erklärlich ist, aber auch an 12 V-Kfz -> USB-Adaptern mit über 2 A Strom"angebot" dauert es ewig.

Wer weiß genaueres?

MfG,
Marius

#2

Hallo Marius,

die USB-Schnittstelle wird ja heutzutage allerorts als
Stromüberträger missbraucht, vor allem auch um Akkus von
mobilen Geräten zu laden. Meist können mitgelieferte Netzteile
weit mehr als 500 mA liefern. Woher aber „weiß“ dann die
Ladeelektronik, wie viel Strom sie ziehen darf, ohne das
Netzteil (oder die PC-interne USB-Spannungsquelle) zu
überlasten? Am PC sind ja nur 500 mA erlaubt (bei USB 3.0
mögen es mehr sein). Die Erkennung mag ja über Datenaustausch
möglich sein. Aber unter den rein zu Ladezwecken dienenden
Netzteilen gibt es ja auch eine sehr große Leistungs-Spanne.

Nach Norm steht am PC jedem Gerät zuerst einmal 100mA, bei USB 3.0 150mA zu.
Mehr wird dann über den Datenverkehr ausgehandelt (500mA, USB 3.0 900mA).

Die Stromverwaltung wurde für Notebooks usw. eingeführt, damit diese ihre Batterielaufzeit optimieren können. Geräte können auch durch den Host abgeschaltet werden.

Bei Desktop-Computern hat man oft das Strommanagement gar nicht implementiert um ein paar Bauteile einsparen zu können. Bei den ersten Mainboards wurden die +5V direkt am PC-Netzteil angeschlossen, was dann zu Kurzschlussströmen von 20", 30A oder mehr, und entsprechender Rauchentwicklung, führen konnte. Heute befindet sich meistens zumindest eine Schmelzsicherung dazwischen.

Übermittelt ein Netzteil über die Datenleitungen seine
Leistungsfähigkeit oder wie funktioniert das?

Die Netzteile haben normalerweise gar keinen Datenteil, sondern stellen nur die Spannung zur Verfügung.
Der Trick funktioniert dann so, dass die Datenleitungen mit Widerständen beschaltet werden. Leider ist dies nicht genormt, weshalb Geräte nur „ihr eigenes Ladegerät“ erkennen. In allen anderen Fällen gehen sie von einem normalen USB-Anschluss aus und laden dann mit maximal 500mA, manchmal auch nur mit 100nA …

MfG Peter(TOO)

#3

Hallo,
also prinzipiell „weiß“ die Ladeelektronik erst einmal gar nichts. Sonderfälle sind hier speziell aufeinander abgstimmte Systeme, wo die Ladeelektronik nur mit dem jeweils dazugehörigen Netzteil arbeitet, dies findet man aber eher bei spzial- oder besonders hochwertigen Geräten.
Das Spiel funktioniert i.d.R. so: die Ladelektronik „nimmt“ sich, soviel sie jeweils bekommen kann. Sie wird, wenn mehr Ladestrom zur Verfügung steht, aber immer nur soviel nehmen wie sie benötigt. Sollte der Ladestrom geringer sein (z.B. 100mA statt der erwarteten 500mA), dann kommt es wiederum auf die „intelligenz“ der Ladelektronik an: manche Schaltungen verweigern dann schlicht den Dienst, manche (die meisten) laden dann zwar aber das Laden dauert dann entsprechend viel länger als normal.
Vor allem im Handy Bereich kommen meist sehr einfache Netzteile zum Einsatz. Diese übermitteln keine Daten. Vielmehr ist es so, dass hier die Ladeelektronik des Handys alle Aufgaben übernimmt. Vermutlich ist das Netzteil des Handys und die Ladelektronik aufeinander optimiert. Daher erfolgt hier eine „optimale“ Aufladung. Steht nun zu wenig oder zu viel Ladestrom zur Verfügung, so kommt es auf die Ladelektronik an, was passiert. Viele Handy-Ladelektroniken berücksichtigen beim Aufladen auch die Temperatur der Akkus. Wird mit vollem Ladestrom geladen, wird der Akku sehr schnell warm. Dies „bemerkt“ die Ladeelektronik und drosselt dann den Aufladestrom um eine zu starke Erwärmung (welche zur Zerstörung des Akkus führen könnte) zu vermeiden. Dies erklärt dann den Effekt, warum am KFZ-Adapter trotz eines Überangebots an Ladestrom das Laden länger dauert als am PC oder am Netzteil.
Letzendlich bleiben aber gerade Ladelektroniken (insbesondere für Handys) ein gut gehütetes Geheimnis der Hersteller.
Viele Grüße

#4

und laden dann mit maximal 500mA, manchmal auch nur mit 100 nA

Ei der Daus, damit erklären sich nun wirklich lange Ladezeiten :wink:

SCNR
J~

#5

Hallo,

ich habe für mein Handy ein Reiseladegerät, welches deutlich schneller auflädt als das original mitgelieferte Netzteil des Handy.