Projekt: Adapter für die USB-C-Stromversorgung

Es gibt manche Geräte, die haben eine USB-C-Buchse über die sie mit Strom versorgt oder sogar geladen werden, sofern ein mobiler Betrieb mit Akku vorgesehen ist. Viele Anwender erwarten, dass sich ein Gerät mit USB-C-Buchse an jedem USB-C-Netzteil mit einem USB-C-Kabel betreiben oder laden lässt. Doch leider ist das nicht der Fall. Oft liegt diesen Geräten ein USB-Kabel bei, dass auf der einen Seite einen USB-C-Stecker und auf der anderen Seite einen USB-A-Stecker hat. Das ist häufig ein Hinweis darauf, dass das Gerät die USB-C-Schnittstelle nicht vollständig implementiert und das Laden über ein USB-C-Netzteil nicht möglich ist.
Eine USB-C-Buchse allein scheint nichts darüber auszusagen, welche Funktionen tatsächlich implementiert wurden.

Es drängt sich die Frage auf, warum lassen sich manche Geräte nicht über ein USB-C-Kabel mit einem USB-C-Netzteil laden? Was stimmt da nicht. Das Gerät mit dem USB-C-Anschluss, das Kabel mit den USB-C-Steckern oder das Netzteil? Tatsächlich handelt es sich um eine unvollständige oder nicht normgerechte Implementierung der USB-C-Steckverbindung.

Damit eine USB-C-Buchse an einem Gerät zur Stromversorgung genutzt werden kann, benötigt der USB-C-Geräte-Anschluss integrierte Pull-Down-Widerstände von den beiden CC-Pins nach GND. Und auf der Netzteil-Seite Pull-Up-Widerstände von den beiden CC-Pins nach VBUS (+5V). Erst wenn das Netzteil über die CC-Leitungen einen Spannungsteiler und dadurch einen gültigen Verbraucher erkennt, schaltet es eine Spannung auf den VBUS-Pin (+5V) frei.

Aber, warum funktioniert es mit einem USB-A-Kabel problemlos? Bei einer USB-A-Buchse liegt die Versorgungsspannung auf VBUS immer an. Eine Erkennung über CC-Leitungen gibt es dort nicht. Deshalb funktionieren solche Geräte häufig mit einem USB-A-auf-USB-C-Kabel, obwohl sie an einem USB-C-Netzteil mit einem USB-C-Kabel keine Spannung erhalten.

Wenn eine USB-C-Netzteil wegen den fehlenden CC-Pull-Down-Widerständen auf der Endgeräte-Seite keine Spannung liefert, dann kann man sich einen USB-C-Adapter bauen, der für die Endgeräte-Seite die Pull-Down-Widerstände nachrüstet.
In diesem Projekt bauen wir aus einem aktiven USB-C-Adapter mit integrierten Pull-Down-Widerständen und einem passiven USB-C-Adapter (ohne Widerstände) einen USB-C-Adapter, mit dem man ein Gerät mit unvollständig implementierten USB-C-Anschluss an einem USB-C-Netzteil laden oder betreiben kann.

Bauteile: Aktiver und passiver USB-C-Adapter

Ein aktiver USB-C-Adapter führt die +5 Volt vom VBUS-Pin der USB-Versorgung auf der roten Ader heraus. Der Pin für Ground (GND) bzw. Masse wird über die schwarze Ader herausgeführt. Die Besonderheit dieses USB-C-Adapters ist, dass er über die CC-Leitungen dem USB-C-Netzteil anzeigt, dass er ein Verbraucher ist. Das erkennt man an der leuchtenden LED im Adapter-Gehäuse. In diesem Fall liegen 5 Volt an den Adern-Enden an.

Ein passiver USB-C-Adapter führt die +5 Volt vom VBUS-Pin der USB-Versorgung auf der roten Ader heraus. Der Pin für Ground (GND) bzw. Masse wird über die schwarze Ader herausgeführt. Hier wird der passive Adapter dazu verwendet, die beiden Leitungen des aktiven Adapters zur Steckverbindung durchzureichen.

• USB-C-Adapter mit Stecker für 5 Volt

Gehäuse

Die roten und schwarzen Adern der USB-C-Adapter müssen elektrisch und mechanisch verbunden werden. Zum Schutz der Kontakte und der mechanisch stabilen Befestigung der Buchsen ist ein Gehäuse zu empfehlen.