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Hallo,

ich arbeite momentan an meiner Bachelorarbeit, im Laufe derer ich eine Begrenzung des USB-Ladestroms für Smartphones realisieren muss. Das klappt soweit auch, ich habe die VBUS-Leitung des USB-Kabels getrennt und eine Diode (IN4007) in Laufrichtung zwischen die beiden Enden eingebaut. Außerdem noch ein Relais, das die Diode überbrückt, wenn der Ladestrom nicht begrenzt werden soll.

Mein Problem ist jetzt, dass ich auf diese Lösung eher durch Ausprobieren gekommen bin und leider keine Ahnung habe, warum sie funktioniert. Hat da jemand einen Ansatz?

Wird die Diode überbrückt, lädt das Smartphone mit ca. 700 mA, wird sie nicht überbrückt mit ca. 90 mA.
Mir ist klar, dass die Diode die Spannung verringert (von 5,2V auf 4,5V), aber ich verstehe nicht, wieso der Strom so stark absinkt.

Nach dem Ohmschen Gesetz würde ich bei der Stromverringerung eigentlich auf ungefähr 600 mA kommen, statt auf 90 mA:

Berechnung des Akku-Innenwiderstands:
U = R * I
R = U / I
R = 5,2V / 0,7 = 7,43R

Verringerung der Spannung bei gleichem Akku-Innenwiderstand:
I = U / R
I = 4,5V / 7,43R = 606 mA


Danke für eure Hilfe.

» ich arbeite momentan an meiner Bachelorarbeit

Was studierst du wo?


» Mein Problem ist jetzt, dass ich auf diese Lösung eher durch Ausprobieren
» gekommen bin und leider keine Ahnung habe, warum sie funktioniert. Hat da
» jemand einen Ansatz?

Battery Charging Specification V_1.2 von USB Implementers Forum Inc. lesen.

» » ich arbeite momentan an meiner Bachelorarbeit
»
» Was studierst du wo?

Ich studiere Informationstechnik.

»
» » Mein Problem ist jetzt, dass ich auf diese Lösung eher durch
» Ausprobieren
» » gekommen bin und leider keine Ahnung habe, warum sie funktioniert. Hat
» da
» » jemand einen Ansatz?
»
» Battery Charging Specification V_1.2 von USB Implementers Forum Inc. lesen.

Da stehen ja leider nur Testfälle drin, die teilweise auch bestimmte Test-Hardware voraussetzen, die ich nicht habe.

» Ich studiere Informationstechnik.

Und dann so ein elektrotechnisches Problem für die Studienarbeit?


» Da stehen ja leider nur Testfälle drin, die teilweise auch bestimmte
» Test-Hardware voraussetzen, die ich nicht habe.

Lies dir das umfangreiche Dokument erst mal richtig durch. Achte dabei auf Diagramme U/I.

» Hallo,
»
» ich arbeite momentan an meiner Bachelorarbeit, im Laufe derer ich eine
» Begrenzung des USB-Ladestroms für Smartphones realisieren muss. Das klappt
» soweit auch, ich habe die VBUS-Leitung des USB-Kabels getrennt und eine
» Diode (IN4007) in Laufrichtung zwischen die beiden Enden eingebaut.
» Außerdem noch ein Relais, das die Diode überbrückt, wenn der Ladestrom
» nicht begrenzt werden soll.
»
» Mein Problem ist jetzt, dass ich auf diese Lösung eher durch Ausprobieren
» gekommen bin und leider keine Ahnung habe, warum sie funktioniert. Hat da
» jemand einen Ansatz?
»
Im letzten (oder vorletzten) Elektor war ein Artikel welcher Hersteller
welchen "Trick" anwendet um die Ladung zu begrenzen und/oder die Schnellladung zu erlauben.
Im wesentlichen hängt es davon ab welche Spannungen auf die Datenleitungen gelegt werden.
Ist leider gar nicht einheitlich.

» Im letzten (oder vorletzten) Elektor war ein Artikel welcher Hersteller
» welchen "Trick" anwendet um die Ladung zu begrenzen und/oder die
» Schnellladung zu erlauben.
» Im wesentlichen hängt es davon ab welche Spannungen auf die Datenleitungen
» gelegt werden.
» Ist leider gar nicht einheitlich.

An den Datenleitungen kann ich leider nichts manipulieren, da ich die den ganzen Zeitraum über für die Datenübertragung brauche.

» Und dann so ein elektrotechnisches Problem für die Studienarbeit?

Das Thema hat sich mit der Zeit ein bisschen in die Richtung entwickelt.

» Lies dir das umfangreiche Dokument erst mal richtig durch. Achte dabei auf
» Diagramme U/I.

Ich habe mir das Dokument jetzt angeschaut (ich hatte vorher aus Versehen den USB Charging Compliance Plan angeschaut) und auch auf die Diagramme geachtet. Allerdings ist dort ja jeweils, wenn ich es richtig verstehe, gefordert, dass immer mit mindestens 1,5 A geladen wird (S. 37, S. 39). Das kann ja aber eigentlich gar nicht sein, die wenigsten Ladegeräte stellen ja mehr als 1 A zur Verfügung.

» An den Datenleitungen kann ich leider nichts manipulieren, da ich die den
» ganzen Zeitraum über für die Datenübertragung brauche.

Du lädst über einen normalen USB-Anschluss? Nicht über ein USB-Ladegerät?

» Ich habe mir das Dokument jetzt angeschaut (ich hatte vorher aus Versehen
» den USB Charging Compliance Plan angeschaut) und auch auf die Diagramme
» geachtet. Allerdings ist dort ja jeweils, wenn ich es richtig verstehe,
» gefordert, dass immer mit mindestens 1,5 A geladen wird (S. 37, S. 39). Das
» kann ja aber eigentlich gar nicht sein, die wenigsten Ladegeräte stellen ja
» mehr als 1 A zur Verfügung.

Das hast du falsch verstanden, es ist aber auch etwas komplizierter.

» Das kann ja aber eigentlich gar nicht sein, die wenigsten Ladegeräte stellen ja mehr als 1 A zur Verfügung.

Eine Behauptung, dessen Beweis aus bleibt. Es gibt mehr solcher Ladegeräte, als man evtl. denkt.

Hi,

Du machst einen typischen Anfängerfehler.
Du gehst bei der Last von R=konst aus.
Hinter der Ladeeinrichtung steckt aber mehr oder weniger intelligente Technik die u.a. auch die Ladespannung auswertet.
Ausgehend von den USB-Spezifikationen muss die Elektronik bei zu geringer USB-Spannung annehmen, dass die Spannungsquelle möglicherweise bereits überlastet oder sie Spannungsfälle sich auf ein max zulässiges Maß addiert haben.

Weiterhin solltest Du beachten, dass die Durchlassspannung einer Diode nicht konstant und temperaturabhängig ist.
Zusammen mit den zulässigen Toleranzen war es wohl einfach Zufall, dass Dein Aufbau zunächst funktioniert.

Und zu guterletzt:

SCHALTPLAN (möglichst mit Ersatzwiderständen, Abbleitwiderständen, Spannungsfällen, Strömen etc.) zeichnen und hier posten. Da wird manchmal viel klarer.

Gruß
Ralf

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» Mein Problem ist jetzt, dass ich auf diese Lösung eher durch Ausprobieren
» gekommen bin und leider keine Ahnung habe, warum sie funktioniert. Hat da
» jemand einen Ansatz?
»
» Wird die Diode überbrückt, lädt das Smartphone mit ca. 700 mA, wird sie
» nicht überbrückt mit ca. 90 mA.
» Mir ist klar, dass die Diode die Spannung verringert (von 5,2V auf 4,5V),
» aber ich verstehe nicht, wieso der Strom so stark absinkt.
»
» Nach dem Ohmschen Gesetz würde ich bei der Stromverringerung eigentlich auf
» ungefähr 600 mA kommen, statt auf 90 mA:
»
» Berechnung des Akku-Innenwiderstands:
» U = R * I
» R = U / I
» R = 5,2V / 0,7 = 7,43R
»
» Verringerung der Spannung bei gleichem Akku-Innenwiderstand:
» I = U / R
» I = 4,5V / 7,43R = 606 mA
»
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» Danke für eure Hilfe.

» » An den Datenleitungen kann ich leider nichts manipulieren, da ich die
» den
» » ganzen Zeitraum über für die Datenübertragung brauche.
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» Du lädst über einen normalen USB-Anschluss? Nicht über ein USB-Ladegerät?

Genau, das Smartphone hängt an einem aktiven USB-Hub, der 2 A zur Verfügung stellt. Die VBUS-Leitung ist während der Entladung (also dann, wenn der Strom reduziert wird) nur verbunden, damit das Gerät die Datenleitungen weiterhin bespielt. Wird VBUS getrennt, muss das Gerät die Pull-Up-Widerstände an den Datenleitungen entfernen (s. USB 2.0 Specification, Seite 17).

» Hi,
»
» Du machst einen typischen Anfängerfehler.
» Du gehst bei der Last von R=konst aus.
» Hinter der Ladeeinrichtung steckt aber mehr oder weniger intelligente
» Technik die u.a. auch die Ladespannung auswertet.
» Ausgehend von den USB-Spezifikationen muss die Elektronik bei zu geringer
» USB-Spannung annehmen, dass die Spannungsquelle möglicherweise bereits
» überlastet oder sie Spannungsfälle sich auf ein max zulässiges Maß addiert
» haben.
»
» Weiterhin solltest Du beachten, dass die Durchlassspannung einer Diode
» nicht konstant und temperaturabhängig ist.
» Zusammen mit den zulässigen Toleranzen war es wohl einfach Zufall, dass
» Dein Aufbau zunächst funktioniert.
»
» Und zu guterletzt:
»
» SCHALTPLAN (möglichst mit Ersatzwiderständen, Abbleitwiderständen,
» Spannungsfällen, Strömen etc.) zeichnen und hier posten. Da wird manchmal
» viel klarer.

Ich dachte mir schon, dass das mehr Zufall war, dass die Lösung funktioniert hat. Allerdings habe ich wirklich keine Ahnung, wie ich jetzt weiter vorgehen kann.
Hat jemand eine Idee, wo ich da jetzt ansetzen könnte?
Ich habe auch schon verschiedene Dioden ausprobiert, aber ohne irgendeinen Anhaltspunkt, nach was ich die aussuchen kann, bringt das leider auch keine Ergebnisse.

Ich habe meinen bisherigen Aufbau angehängt.