USB und andere Netzteile

Werde gerade Fan von USB-PD Netzteilen und hab da ein wenig mit rumgespielt.

Warum ? Weil bei USB-PD halt eben nicht nur 5V durch gehen koennen, sondern eben auch mehrere hoehere Spannungen: 9V, 12V, 15V, 20V, 24V. Und damit dann halt auch mehr Leitungen. Und dadurch, das das ein Standard ist bekommt halt halt mehr und mehr Geraete mit denselben Netzteilen bespassen kann und deswegen weniger Netzteile wegschmeissen muss.

Hier z.b. die Erfahrung der Welt vor USB-PD:

Das faengt z.b. bei SBCs an. Raspberry PI ist z.b. die komplette Versagerserie in dieser Hinsicht, weil die exakt nur 5V kann. Bessere SBC wie die von RockPI haben USB-PD drin und verhandeln hoehere Spannungen, je nachdem, was das Netzteil hergibt. Wer schon mal probiert hat, einen RPI4 an einem 2Meter langen USB-Kabel zum Steckernetzteil zu betreiben, weil die Steckdose halt weiter weg ist, der weiss, was dann passiert: RPI schaltet sich ab, weil der Spannungsabfall am langen Kabel bei 5V zu gross ist - geht dann unter mehr Last (z.b. ueber 2A) leicht unter das Minimum fuer USB bei 5V erlaubte, aka: 4.8V. Was halt auch das Minimum fuer die 5V Elektronik auf dem SBC ist.

Wenn man ein gutes Geraet hat, was 12V macht (fast alle anderen SBC ausser RPI), dann ist das halt deutlich weniger jemals ein Problem: Bei 9V oder 12V ist das Problem mit den Kabeln und komplett gegessen. Nicht nur, weil der Spannungsabfall viel niedriger ist, sondern auch, weil der DC/DC im SBC halt beliebig viel Headroom hat: Da kann ja die gelieferte Spannung beliebig unter 12V gehen, quasi immer noch bis 4.8V runter. Also quasi kann man da wahrscheinlich problemlos ein 25 Meter USB Kabel nehmen, falls es das gaebe. Ok, Wirkungsgrade. Aber halt um das Prinzip zu verdeutlichen.

Die aus dieser Erkenntnis gewonnene Bastelei war dann, fuer die RPIs diese DC/DC Konverter [Anzeige] direkt vor den RPI (hinter der Glotze) zu setzen, und das ganze dann mehrere Meter entfernt von einem 24V Steckernetzteil versorgen zu lassen.

Aber ok. das war jetzt vor PD. Bei PD gibt es z.b. diese uGreen Steckernetzteile [Anzeige]. Das kleinste Modell mit 30W ist nicht viel grösser als ein alter Schukostecker zum selbst zusammenschrauben. Und weil sowas dann all die USB-PD Spannungen bis 20V kann, kann man damit eben nicht nur Telefone oder bessere SBC bespassen, sondern eben auch seine mini-PCs oder anderes Geraffel, weil eine der ueblichen Spannungen braucht.

Meine mini-PCs, brauchen z.b. entweder 12v oder 19v. Für 19v nimmt man dann halt z.b. so ein Adapterkabel [Anzeige]. Bei solchen Adapterkabeln ist dann tatsächlich im USB-C Stecker ein winziger Chip drin, der mit dem Steckernetzteil dann die Spannung aushandelt. Für die 19V halt die 20V ueber USB-PD. Das eine Volt mehr stört kein Gerät. Und wenn man halt irgendwo mehrere Geräte hat, die verschiedene Spannungen brauchen kann man trotzdem immer noch ein einzelnes grösseres USB-PD Steckernetzteil mit meheren Ausgängen nehmen. Schon genial.

Das kleine uGreen z.b. ist effektiv halb so gross pro Watt, wie das Brick-Netzteil was mit dem MiniPC mitkam. Das Netzteil war natürlich überdimensioniert: 65W, schafft bis über 80W, aber der MiniPC braucht nie mehr als 30W. Und das uGreen schafft dauerhaft knapp 40W. Und ist ein viertel so gross.

Messen tu ich die Netzteil jetzt mit diesem Trum.

Früher gab es ja diese ganzen PC Steckernetzteile mit proprietären Adaptern für die verschiedenen Spannungen. Letztendlich ist das jetzt alles ersetzt durch USB-PD und genau solche Adapterkabel und/oder Adapterstecker.

Das USB-PD Netzteile so flexibel sind hab ich auch erst kapiert, nachdem mein neues MacBook Pro ja auch mit einem USB-PD Netzteil kam, allerdings die USB-PD 3.1 Version mit bis zu 24V und 140W. Die 24V werden vorher (USB-PD <= 3.0) nicht unterstützt und halt auch nicht gebraucht, weil man die Spannung ja nur erhöht damit man mehr Leistung durch dieselben Kabel pumpen kann. Und für dieses Netzteil hat man halt auch USB-C auf alte MacBook/MagSafe Kabel bekommen. Die dann halt die 20V vom Steckernetzteil ziehen. Allerdings ist halt das original MacBook Pro Steckernetzteil mit nur einem USB-C Anschluss nicht sehr flexibel, weswegen im Rucksack jetzt das 140W uGreen Netzteil [Anzeige] ist, mit dem man dann gleich drei Geräte unterwegs bespassen kann. Notebook, Handy und Kopfhörer oder so.

Die ganzen neuen kleinen Steckernetzteil werben anscheinend mit "GaN". Also der Leistungselektronik aus einem neuen Material (Galliumnitrid), was im Vergleich zu Silizium geringer Verluste hat, Gerade bei höheren Frequenzen. Wobei das ja vom Militär für UHF/Ghz Funktechnik entwickelt wurde, und deswegen für 5G interessant ist. Die Möglichkeit, da vielleicht die Khz Frequenz bei Steckernetzteilen zu verdoppeln um dann die Grösse zu verringern oder so scheint mir eher Abfallprodukt zu sein.

Ist auch wohl so, als ob der Vorteil der GaN Technik bei den Steckernetzteilen nicht in größeren Leistungsgrad fließt, sondern eben nur in die Größe. Aka: Man kann wohl die Leistungselektronik kleiner bauen als mit Silizium, aber dann halt nicht mit besserem Wirkungsgrad. Hatte gerade mal das halb so doppelt so grosse (pro Watt) mini-PC Netzteil mit dem uGreen verglichen, indem ich die hinter einen Shelly geklemmt hatte und dann die Leistung am Trum mit der Leistung am Shelly genommen habe, um den Wirkungsgrad der Teile zu berechnen, und da waren dann beide gleich bei ca. 87%.

Vielleicht gibt es ja auch mal GaN HiFi Verstärker, wenn die es mal hinkriegen, optisch hübsche GaN Leistungstransistoren zu bauen, die dann aus dem Gerät herausragen und schön transparent sind, weil halt das Material transparent ist. So wie halt die High-End Röhrenverstärker. Das wär doch mal was.

Und dann gibt es natürlich noch die dongles, die man in die USB Leitung klemmt, damit man sieht welche Leistung da durchgeht. Ich hatte da ewig lange bloß die 5V fähigen Teile, b.z. nicht USB-C Teil, und habe mir jetzt dieses POWER-Z KM003C besorgt (man kann nie genug Meßgeräte haben), um auch die Details von USB-PD usw. zu verstehen.

Das Teil kann alles mögliche, muß da noch einiges mit rumspielen. Ganz einfach aber ist es, das Teil an ein Steckernetzteil zu stecken und prüfen zu lassen, welchen von ich glaube 7 Charging Standards das Steckernetzteil kann. Und mit welchen Spannungen.

Gibt ja neben USB-PD auch noch andere historisch relevante Standards, die man z.b. für existierendes Equipment braucht (ich hab z.b. Huawei Telefone, die die 4.5V brauchen), oder die tatsächlich besser für spezifische Anwendungen sind, als PD. Wenn man z.b. ein möglichst kleines Mobilgerät ohne viel Leistungselektronik laden will, dann will man z.b. keine konstante Spannung, sondern einen konstanten Strom um den Akku zu laden. Wo dann je nach Ladezustand die Spannung sich ändert. Das gibt es wohl auch als Standard über USB. Weiß allerdings noch nicht all diese Standardnamen auswendig...

USB PD ist ja auch von der neuen 2022'er EU Richtlinie gefordert - auf alle Geräte die mehr als 5V wollen (die 5V sind wohl über frühere Richtlinien abgedeckt). Ab Seite 11 ist die Spezifikation der Anforderungen. Interessant fand ich das dann in den Abnehmerprodukten (aka: Telefone, notebooks, etc..) auf der Verpackung ein symbolisiertes USB-PD Ladegerät aufgezeichnet sein muß mit der minimalen Leistung XX mit der das Laden anfangen kann und der maximalen Leistung YY die das Gerät zur maximal Ladegeschwindigkeit braucht. Nicht schlecht.

Klar. Werden sich sicherlich Probleme in der Richtlinie finden lassen, aber so blöde sind die in Brüssel am Ende doch nicht. Allerdings sollten die dort alle schon sehr zufrieden sein, das wir alle immer auf sie einprügeln: Dafür verdienen ja alle deutlich besser als in vergleichbaren nationalen Gremien

Weiß jetzt leider nicht, wie das mit dem Prozess aussieht, die Richtlinie in nationale Gesetze umzusetzen. Aber hoffe mal, das das auch so schon reicht um die Industrie voranzutreiben. Sieht ja schon mal alles sehr gut aus.

Gerade mal das KM003C an den PC angeschlossen und mal kurz angefangen rumzuspielen. Das sieht dann z.b. so aus:

Da schreibt er live mit, wie mein Mate 9 Pro laedt. Hatte vorher mal das uGreen mit der Analysefunktion durchgemessen, und da hat es gesagt, das das auch die Huawei FastCharge Funktion unterstuetzt. Aber als ich dann das Telefon wirklich zum laden angeschlossen habe, da hat es das wohl nicht erkannt, sondern, stattdessen mit 9V (spannung gruen) geladen. hab noch nicht rausgefunden, wie ich jetzt sehen koennte, welches Protokoll das isst. Das sind die Bloecke links und rechts im Diagramm.

Wenn ich dann den original Huawei Charger nehme, das ist der Block in der Mitte, dann sieht man, wie er erst mit 5V anfaengt, dann auf die niedrigere FastCharge Spanning "4.5V" umschaltet, und dann mehr Strom saugt.

Wusste gar nicht, das das Telefon also die nicht-Huawei Schnelladefunktion mit 9V kann, aber mal gegoogled, und da dann gefunden das das Qualcom QuickCharge sein muss.

Bin im Moment noch nicht mit dem Laden mit dem original Huawei Netzteil zufrieden, weil das auch bloss 15W sind, angeblich sollen da ja 25W oder mehr drin sein. Also mit dem Ersatzhandy gemessen, gleiches Modell. Da geht es schneller. Theorie: Aeltere Batterie im primaeren Geraete, hoeherer Inennenwiderstand -> langsameres Laden. Jaja, im Alter.. Laedt jetzt wohl hmm... 30% langsamer als das batterie-juengere.

So eine USB Anzeige zum reinstecken ist natuerlich immer Bastelei. Auch ohne PC Verbindung gibts ja viele, und viele billige (billig wie in "schlecht"). Und da muss man sich immer wundern, ob dann eine billige Anzeige halt ueberhaupt die ganzen Fast-Charge Protkolle durchleitet oder ob dann das Telefon langsam/schlecht ladt wegen dieses dongles.

Von daher auch sinnvoll, gleich einen USB Charger zu kaufen, der Anzeige hat. ich hab seit drei Jahren so eine Art Teil hier [Anzeige]. Finde das Original nicht mehr. Marke Tschung Tschung Wong oder so, aka: die Namen der Firmen aendern sich ja dauernd. Ist aber ziemlich wahrscheinlich ueberall dasselbe drin. Nachdem es das schon seit hmm 2019 gibt, ist es halt noch nicht minimal klein, GaN, aber fuer zuhause ist das ja nicht so wichtig. Kann auch alle wichtigenProtokolle einschliesslich PD bis 30W.

Damit kommt auch der Rest der Familie klar. Geraet mit Kabel reinstecken, gucken ob Spannung/Strom stimmen. Prima. Mussten ja schon mal Tablets usw. reparieren lassen, weil bei denen Stecker, Elektronik etc. kaputt waren weswegen sie dann nicht richtig geladen haben.