Welcher USB-Ausgangsstrom ist erreichbar?

März 23, 2019 3 Minuten Lesedauer

Welcher USB-Ausgangsstrom ist erreichbar?

Der APPCON liefert an der USB-Buchse einen Ausgangsstrom von bis zu 2 Ampere.

Da die USB-Spannung nominal 5 Volt beträgt, ergibt sich eine maximale Ausgangsleistung von 5 V • 2 A = 10 Watt. Diese Ausgangsleistung erreicht der APPCON zuverlässig, wenn man einen ohmschen Verbraucher anschließt. In unserer App kann man sich die momentane Leistung am USB-Port anzeigen lassen. 

Als Anwender schließt man aber keine ohmsche Lasten aus dem Meßlabor an, sondern möchte Smartphones oder Navigationsgeräte während der Radtour laden. Bei diesen Geräten wird oft die maximale Ladeleistung von 10 Watt nicht erreicht, sondern bleibt deutlich darunter. Woran liegt das?

Der naheliegendste Grund ist, dass der USB-Verbraucher keine 10 Watt aufnehmen will oder kann. Geräte mit kleinem internen Akku wie z.B. viele Navigationsgeräte können keine 10 Watt aufnehmen, ohne ihren internen Akku zu überlasten. Auch Geräte mit großem, schnellladefähigem Akku reduzieren die Leistungsaufnahme erheblich, wenn ihr interner Akku einen Füllstand von 80% überschreitet. Dies ist der Physik des Li-Ion Akkus geschuldet. Diese Reduktion des Ladestroms ist zuhause am USB-Steckernetzteil nicht wahrnehmbar, weil die mit dem Smartphone mitgelieferten USB-Netzteile die aktuelle USB-Leistung nicht anzeigen.
Nicht ganz so naheliegend ist der Sachverhalt, wenn man ein schnellladefähiges Smartphone mit leerem internen Akku anschliesst. In den Datenblättern dieser Handys findet man Spezifikationen für Ladeströme von 2 Ampere und darüber. Auch hier kann man in vielen Fällen beobachten, dass die Ladeleistung des APPCON deutlich unter 10 Watt bleibt. Woran liegt das? Als vor langer, langer Zeit USB entwickelt wurde, dachte niemand daran, hohe Ströme über die dünnen Adern eines USB-Kabels zu führen, bei 500 mA war definitiv Schluss. Heutige Smartphones brauchen aber deutlich mehr. Es gab eine ganze Reihe von USB-Weiterentwicklungen, die sich dieses Problems annahmen***. Damit man aber beliebige USB-Ladegeräte mit beliebigen Smartphones kombinieren kann, ohne dass bei ungeeigneten Kombinationen das Ladegerät in Brand gerät, müssen USB-Verbraucher, die mehr als 2,5 Watt beziehen wollen, feinfühlig die USB-Spannung an ihrem Eingang messen. Sinkt die Spannung ab, könnte dies ein Zeichen dafür sein, dass das Ladegerät überlastet ist. Der USB-Verbraucher hat dann die Pflicht, seine Stromaufnahme zu reduzieren und so die Überlastung des Ladegeräts zu vermeiden. Dieser Regelmechanismus funktioniert sehr gut, eine Überlastung des Ladegeräts wird sicher vermieden. Allerdings reagiert dieser Mechanismus unterschiedslos auch auf andere Gründe, die zu einem Abfall der USB-Spannung am Eingang des USB-Verbrauchers führen können. Dies betrifft vor allem den Spannungsabfall auf dem USB-Kabel. Je länger und dünner das Kabel, desto geringer ist die maximal erzielbare Ladeleistung. Um es noch komplizierter zu machen, sind die verschiedenen Smartphones auch noch unterschiedlich sensitiv auf den Spannungsabfall auf dem Kabel. Manche Smartphones reagieren schon bei einem leichten Abfall auf 4,8 V, während andere Smartphones noch mit 4,5 V zufrieden sind. Ach ja, auch die Temperatur hat einen Einfluss. Die gute Nachricht aber ist: Auch im ungünstigen Fall ist die Ladeleistung immer noch so hoch, dass der momentane Eigenverbrauch des Smartphones und zusätzlich das Laden seines internen Akkus gestemmt werden kann. Ich empfehle deshalb, nicht so intensiv über den aktuellen Zahlenwert der USB-Ladeleistung nachzudenken. Einfach das Smartphone an den APPCON anschliessen und mit dem Rad losfahren.

***Die definitive Lösung..

wurde erst mit "USB-C Power Delivery“ erreicht. Hier können Ladegerät und Verbraucher eine höhere Spannung auf dem USB-Kabel vereinbaren und so Ladeleistungen bis 100 Watt erreichen. Heutige Smartphones implementieren aber noch nicht den Teil des Power-Delivery Protokolls, bei dem die USB-Spannung hochgesetzt wird, das machen im Moment nur Großverbraucher wie Notebooks oder Monitore. Auf das Smartphone, das sich in 10 Minuten von 0% auf 100% laden lässt, müssen wir also noch warten.


Schreibe einen Kommentar

Kommentare werden vor der Veröffentlichung genehmigt.

Newsletter