Einbaufähige USB-Tankstelle im Eigenbau

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Die Idee:

Ich will eine Schaltung bauen, die es mir ermöglicht in diversen Möbelstücken USB-Ports einzubauen, die dem Laden dienen. Zur Zeit habe ich 2 iPods, ein Huawei Mediapad S7, ein Huawei Y300 Mobiltelefon und ein Samsung Galaxy S Plus im Haushalt und die Geräte werden nicht weniger, die Strom aus dem USB-Port ziehen wollen. Ich finde es extrem unschön, wenn ich eine Mehrfachsteckdose mit Netzteil und Kabel hängen habe. Viel schicker wäre es doch , wenn ich nur das Kabel hätte und das Netzteil, bzw. die Elektronik im Möbelstück verschwinden würden.

Grundgedanken

Vor der eigentlichen Planung (im Sinne von Schaltplänen oder ähnlichem) und Umsetzung wollte ich erst mal so die wichtigsten Parameter festlegen:

  • Alle Geräte ladbar (also auch iPod und Co.)
  • Schutz vor Überspannung und Stromschwankungen
  • Verschiedene Stromstärken (Schnelladen, Langsamladen usw.)
  • mindestens 6 Buchsen (zum Beispiel drei an jedem Nachttisch oder Werkbankseite in der Werkstatt)

Im Prinzip also eine Art aktiver Hub. Da diese Geräte recht teuer sind, zumindest wenn man 1A aufwärts an den Ports abzweigen will, und zweitens auch nicht gut zu verstecken sind und drittens es völlig meinem Bastlergedanken widerspricht (ok… eigentlich das Hauptargument), kommt ein solcher nicht in Frage.

Erste Pläne

Im Prinzip braucht es ja nicht mehr, als ein Netzteil das 5V bei 6A liefern kann:

Version 1Allerdings ist hier noch einiges sehr unschön:  An jedem Port liegen im Prinzip ja 6A voll an und die Datenleitungen liegen einfach so offen rum. Laut dem USB Charging Standard müssen die Datenleitungen aber mit einem Widerstand < 200 Ohm „kurzgeschlossen“ werden. Einige Geräte würden sonst nicht arbeiten.

Aber es wird noch spannender… einige Geräte benötigen nicht nur einen Widerstand, sondern erwarten eine bestimmte Spannung an den Dataports um zu wissen, wie viel Ampere sie ziehen „dürfen“. Ohne diese Spannung würden sie 100 oder 500 mA ziehen, egal wie viel tatsächlich verfügbar wäre. Das war auch der Punkt an dem ich mich an das Mikrocontrollerforum gewendet habe.  Hier wurde mir gut geholfen.

Zum Einen der Beitrag in dem es um ein Projekt für ein Notfallladegerät für „Apfel“geräte geht und dann noch einige Anpassungen, die ich in Verbindung mit meinem Post dort hinzugefügt habe. (Danke für die tolle Unterstützung auch für einen Nicht-Elektroniker wie mich, der nur ganz am Rande Ahnung von der Materie hat).

Aufgrund der Diskussion und der Erfahrung dort habe ich eine Erste Schaltung skizziert, mit der es funktionieren sollte:

Zweiter EntwurfNeben den Stromteilern, die dem Gerät signalisieren können, wie viel Ampere sie ziehen dürfen (in zwei Varianten) ist auch gut die Supressordiode und das PTC zu erkennen. Die vier noch nicht verbundenen Ports können entweder direkt an das Netzteil angebunden werden, oder aber auch über Stromteiler angeschlossen werden (also für jeden Port eigene Stromteiler). Dabei immer die im Auge behalten, dass das Netzteil auch die notwendige Leistung liefern kann! Gängige Netzteile liefern so zwischen 6-8 Ampere.

Der zur Zeit akuelle Entwurf ist nochmals verfeinert worden. Der Überspannungsschutz ist auf 2,5A festgelegt und wird für jeden Stromstärkenzweig separat eingebaut.

Update 14. Oktober 2014:
Es wird jetzt einen 2,1A Port, zwei 1A Ports und einen Universalport geben, der aber auch bei 2.5 A „abgeriegelt“ wird. Dieser wird für Geräte benötigt, die mit den Spannungsteilern nicht zurecht kommen und dort maximal 500mA ziehen würden (einige ältere Geräte wie beispielsweise meinem HTC Mozart). Einen separaten 0,5A Port habe ich erst mal nicht mehr vorgesehen.
Dafür habe ich zwei kleinere Keramikkondensatoren mit 100nF für die Funkentstörung eingebaut,  sowie einen Elektrolytkondensator mit 1000pF, der der zusätzlichen Spannungsstabilisierung dienen soll. Zusätzlich habe ich in die Skizze die Widerstandswerte für die einzelnen Ampere eingetragen.

Schaltskizze Version 2.0
Schaltskizze Version 2.0

— to be continued —

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Macht's gut und danke für den Fisch! (Douglas Adams)