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USB Power Delivery (USB PD)

Was ist USB Power Delivery?

USB Power Delivery (PD) ist eine Spezifikation zur Stromübertragung über die USB Schnittstelle, die Leistungen von bis zu 100 Watt ermöglicht. Die Spezifikation ist von dem eigentlichen USB Standard unabhängig bzw. baut auf diesem auf und wird ab dem Standard USB 2.0 z. B. von den Steckern Typ A und B unterstützt.
USB hat sich längst von einem Standard zur reinen Datenübertragung zu einer omnipräsenten und multifunktionalen Schnittstelle entwickelt. USB Ports sind weitverbreitet, z.B. in Laptops, Autos, Flugzeugen oder an zahlreichen Orten als Wanddosen. Gleichzeitig benötigen elektronische Geräte für den Betrieb oder zum Laden immer mehr Energie und greifen dabei zur Übertragung häufig auf den USB Standard zurück. USB Power Delivery ermöglich die größtmögliche Funktionalität von USB durch mehr Flexibilität bei der Stromübertragung bei zeitgleicher Datenübertragung über ein Kabel.

Wie funktioniert USB Power Delivery?

Bei Power Delivery verständigen sich Quelle, Empfänger und Kabel untereinander, um die maximale elektrische Leistung zu ermitteln. Standardmäßig stellt USB nur eine Spannung von 5Volt und je nach Spezifikation eine Stromstärke von 0,5 Ampere bis 5A (USB 2.0 bis 3.1 Gen2 nur über den Typ C Stecker) zur Verfügung. Damit lässt sich eine maximale Leistung bei USB 3.1 Gen2 von 25 Watt erzielen. USB Power Delivery stellt hingegen insgesamt 5 Protokolle mit unterschiedlichen Stromstärken und vor allem zwei weiteren Spannungen von 12 und 20 Volt zur Verfügung, die durch die Interaktion von Quelle, Empfänger und Kabel aktiviert werden können (Siehe Tabelle). So können über den USB Typ C Stecker und USB 3.1 Gen2 bei einer Spannung von 20 Volt maximale Leistungen von 100 Watt erzielt werden. Durch USB Power Delivery sind auch bei USB 2.0 oder 3.0 höhere Leistungen möglich. Dabei ist die Richtung des Stromflusses nicht mehr festgelegt. So kann das Gerät mit der Energie den Strom zur Verfügung stellen, unabhängig davon ob es Host oder Peripheriegerät ist. Beispielsweise kann ein Bildschirm mit einer externen Stromversorgung ein per USB angeschlossenes Tablet laden.

Damit man auch ausgeschaltete Geräte laden kann oder sich ein Smartphone an einem Laptop auflädt (und nicht umgekehrt), und nicht umgekehrt, gibt es zunächst eine definierte Flussrichtung, die unabhängig vom Betriebssystem und Betriebszustand funktioniert. Hierfür definiert USB Power Delivery Stromkonsumenten, Lieferanten (Provider) und Kombigeräte. Durch die Interaktion der einzelnen Komponenten über ein Kabel werden dann die Ladeflussrichtung und die Maximalleistung pro Profil ausgehandelt, d.h. die Richtung des Stromflusses sowie Lieferanten und Konsumenten können in einem USB-Baum beliebig definiert werden. USB Power Delivery stellt also gerade an Kabel besondere Ansprüche. Solche Kabel sind aktive Kabel mit einem integrierten Chipsatz, der zwischen den Geräten aushandelt, wie viel Strom über das Kabel zur Verfügung gestellt wird. Die Stromquelle nennt mögliche Strom- und Spannungswerte und der Stromempfänger sucht sich davon eine passende Kombination aus und fordert diese über das Kabel an. Das Kabel wird so zur zentralen Kommunikationsstelle. Wird zu viel Strom über das Kabel zur Verfügung gestellt, z. B. weil noch das letzte Protokoll aktiviert ist, kann dies den Defekt des Gerätes bedeuten. Speziell bei USB Kabeln mit PD sollten Sie nichts riskieren und auf die bewährte InLine Qualität setzen.

Damit das Gebilde auch mit älteren Geräten funktioniert, sind USB-A-Buchsen zuerst Provider und USB-B-Buchsen Consumer. Sofern nichts dagegen spricht, stellt sich die Ladeflussrichtung automatisch um. Zu beachten gilt, dass der Stromfluss auch über die Stecker determiniert wird. Über Micro-USB-Steckverbinder gehen maximal 3 Ampere (bei 5 Volt) und über normalgroße Steckverbinder (A- und B-Stecker) 5 Ampere (bei 5 Volt). USB Power Delivery setzt im hohen Leistungsbereich eine USB-C-Steckverbindung bei beiden Kabelenden voraus.
Das optimierte Energiemanagement bei USB Power Delivery erlaubt es, über mehrere Peripheriegerät hinweg, jedem Gerät nur die Energie zu beziehen, die es in dem Moment benötigt und je nach Anwendung mehr Energie zu beziehen. Das betrifft auch die Kommunikation zwischen einem PC und einem Hub oder Geräte mit einem sehr geringen Strombedarf wie z. B. Headsets.

Was bedeutet das in der Praxis?

Konkret bedeutet dies z. B., dass ein Bildschirm mit einem externen Stromanschluss (z. B. ein Netzteil) die Stromversorgung eines Laptops über eine USB-Verbindung übernehmen kann oder dass Drucker und Laufwerke keine zusätzliche Stromversorgung mehr benötigen. Ebenso können USB Powerbanks oder Netzteile die Stromversorgung von elektronischen Geräten wie Laptops über einen USB Port übernehmen. Umgekehrt können USB Ladegeräte oder Laptops höhere Energie beim Laden von USB Akkus (z. B. von einem Smartphone) zur Verfügung stellen und das Gerät somit schneller aufladen. Aktuell gibt es nur wenige Geräte und Zubehör mit USB Power Delivery auf dem Markt. Erste Smartphones, Tablets und Notebooks mit einem Typ C Anschluss wie das One Plus 2, Microsoft Lumia 950 und 950 XL, das Google Nexus 5x und 6P oder das neue MacBook von Apple sowie einige Ladegeräte und Powerbanks unterstützen die Technologie.

USB 3.0 Power Delivery

Inzwischen wurde die USB Power Delivery Spezifikation mehrmals mit so genannten Revisions (Rev. 3.0, 2.0, 1.3) überarbeitet. Bitte beachten Sie, dass diese Überarbeitungen nichts mit den USB Standards 2.0, 3.0 etc. zu tun hat. Die grundsätzlichen Funktionen von USB Power Delivery sind unabhängig von den Überarbeitungen gleich. Die neueste Revision 3.0 ergänzt die Spezifikation nur um zusätzlichen Eigenschaften, die z. B. die Authentifizierung betreffen. InLine Kabel mit der Bezeichnung USB 3.1 PD 2.0 bedienen entsprechend den Power Delivery Revisionsstandard 2.0, erfüllen aber den allgemeinen USB 3.1 Standard mit einer Datenübertragung von SuperSpeed+.

USB Power Delivery 3.0 ist abwärtskompatibel zur Revision 2.0, d. h. Hosts, Peripheriegeräte und Kabel der Spezifikation 3.0 funktionieren auch mit den jeweiligen Geräten und Kabeln der Spezifikation 2.0. USB spezifiziert aus diesem Grund auch häufig bei PD nicht, um welche PD Version es sich bei dem Produkt handelt, es sind PD Produkte. Die Zusatzfunktionen der Revision 3.0 können Sie auf der folgenden externen Seite bei Texas Instruments einsehen.

USB Power Delivery (USB PD)

Was ist USB Power Delivery?

USB Power Delivery (PD) ist eine Spezifikation zur Stromübertragung über die USB Schnittstelle, die Leistungen von bis zu 100 Watt ermöglicht. Die Spezifikation ist von dem eigentlichen USB Standard unabhängig bzw. baut auf diesem auf und wird ab dem Standard USB 2.0 z. B. von den Steckern Typ A und B unterstützt.
USB hat sich längst von einem Standard zur reinen Datenübertragung zu einer omnipräsenten und multifunktionalen Schnittstelle entwickelt. USB Ports sind weitverbreitet, z.B. in Laptops, Autos, Flugzeugen oder an zahlreichen Orten als Wanddosen. Gleichzeitig benötigen elektronische Geräte für den Betrieb oder zum Laden immer mehr Energie und greifen dabei zur Übertragung häufig auf den USB Standard zurück. USB Power Delivery ermöglich die größtmögliche Funktionalität von USB durch mehr Flexibilität bei der Stromübertragung bei zeitgleicher Datenübertragung über ein Kabel.

Wie funktioniert USB Power Delivery?

Bei Power Delivery verständigen sich Quelle, Empfänger und Kabel untereinander, um die maximale elektrische Leistung zu ermitteln. Standardmäßig stellt USB nur eine Spannung von 5Volt und je nach Spezifikation eine Stromstärke von 0,5 Ampere bis 5A (USB 2.0 bis 3.1 Gen2 nur über den Typ C Stecker) zur Verfügung. Damit lässt sich eine maximale Leistung bei USB 3.1 Gen2 von 25 Watt erzielen. USB Power Delivery stellt hingegen insgesamt 5 Protokolle mit unterschiedlichen Stromstärken und vor allem zwei weiteren Spannungen von 12 und 20 Volt zur Verfügung, die durch die Interaktion von Quelle, Empfänger und Kabel aktiviert werden können (Siehe Tabelle). So können über den USB Typ C Stecker und USB 3.1 Gen2 bei einer Spannung von 20 Volt maximale Leistungen von 100 Watt erzielt werden. Durch USB Power Delivery sind auch bei USB 2.0 oder 3.0 höhere Leistungen möglich. Dabei ist die Richtung des Stromflusses nicht mehr festgelegt. So kann das Gerät mit der Energie den Strom zur Verfügung stellen, unabhängig davon ob es Host oder Peripheriegerät ist. Beispielsweise kann ein Bildschirm mit einer externen Stromversorgung ein per USB angeschlossenes Tablet laden.

Damit man auch ausgeschaltete Geräte laden kann oder sich ein Smartphone an einem Laptop auflädt (und nicht umgekehrt), und nicht umgekehrt, gibt es zunächst eine definierte Flussrichtung, die unabhängig vom Betriebssystem und Betriebszustand funktioniert. Hierfür definiert USB Power Delivery Stromkonsumenten, Lieferanten (Provider) und Kombigeräte. Durch die Interaktion der einzelnen Komponenten über ein Kabel werden dann die Ladeflussrichtung und die Maximalleistung pro Profil ausgehandelt, d.h. die Richtung des Stromflusses sowie Lieferanten und Konsumenten können in einem USB-Baum beliebig definiert werden. USB Power Delivery stellt also gerade an Kabel besondere Ansprüche. Solche Kabel sind aktive Kabel mit einem integrierten Chipsatz, der zwischen den Geräten aushandelt, wie viel Strom über das Kabel zur Verfügung gestellt wird. Die Stromquelle nennt mögliche Strom- und Spannungswerte und der Stromempfänger sucht sich davon eine passende Kombination aus und fordert diese über das Kabel an. Das Kabel wird so zur zentralen Kommunikationsstelle. Wird zu viel Strom über das Kabel zur Verfügung gestellt, z. B. weil noch das letzte Protokoll aktiviert ist, kann dies den Defekt des Gerätes bedeuten. Speziell bei USB Kabeln mit PD sollten Sie nichts riskieren und auf die bewährte InLine Qualität setzen.

Damit das Gebilde auch mit älteren Geräten funktioniert, sind USB-A-Buchsen zuerst Provider und USB-B-Buchsen Consumer. Sofern nichts dagegen spricht, stellt sich die Ladeflussrichtung automatisch um. Zu beachten gilt, dass der Stromfluss auch über die Stecker determiniert wird. Über Micro-USB-Steckverbinder gehen maximal 3 Ampere (bei 5 Volt) und über normalgroße Steckverbinder (A- und B-Stecker) 5 Ampere (bei 5 Volt). USB Power Delivery setzt im hohen Leistungsbereich eine USB-C-Steckverbindung bei beiden Kabelenden voraus.
Das optimierte Energiemanagement bei USB Power Delivery erlaubt es, über mehrere Peripheriegerät hinweg, jedem Gerät nur die Energie zu beziehen, die es in dem Moment benötigt und je nach Anwendung mehr Energie zu beziehen. Das betrifft auch die Kommunikation zwischen einem PC und einem Hub oder Geräte mit einem sehr geringen Strombedarf wie z. B. Headsets.

Was bedeutet das in der Praxis?

Konkret bedeutet dies z. B., dass ein Bildschirm mit einem externen Stromanschluss (z. B. ein Netzteil) die Stromversorgung eines Laptops über eine USB-Verbindung übernehmen kann oder dass Drucker und Laufwerke keine zusätzliche Stromversorgung mehr benötigen. Ebenso können USB Powerbanks oder Netzteile die Stromversorgung von elektronischen Geräten wie Laptops über einen USB Port übernehmen. Umgekehrt können USB Ladegeräte oder Laptops höhere Energie beim Laden von USB Akkus (z. B. von einem Smartphone) zur Verfügung stellen und das Gerät somit schneller aufladen. Aktuell gibt es nur wenige Geräte und Zubehör mit USB Power Delivery auf dem Markt. Erste Smartphones, Tablets und Notebooks mit einem Typ C Anschluss wie das One Plus 2, Microsoft Lumia 950 und 950 XL, das Google Nexus 5x und 6P oder das neue MacBook von Apple sowie einige Ladegeräte und Powerbanks unterstützen die Technologie.

USB 3.0 Power Delivery

Inzwischen wurde die USB Power Delivery Spezifikation mehrmals mit so genannten Revisions (Rev. 3.0, 2.0, 1.3) überarbeitet. Bitte beachten Sie, dass diese Überarbeitungen nichts mit den USB Standards 2.0, 3.0 etc. zu tun hat. Die grundsätzlichen Funktionen von USB Power Delivery sind unabhängig von den Überarbeitungen gleich. Die neueste Revision 3.0 ergänzt die Spezifikation nur um zusätzlichen Eigenschaften, die z. B. die Authentifizierung betreffen. InLine Kabel mit der Bezeichnung USB 3.1 PD 2.0 bedienen entsprechend den Power Delivery Revisionsstandard 2.0, erfüllen aber den allgemeinen USB 3.1 Standard mit einer Datenübertragung von SuperSpeed+.

USB Power Delivery 3.0 ist abwärtskompatibel zur Revision 2.0, d. h. Hosts, Peripheriegeräte und Kabel der Spezifikation 3.0 funktionieren auch mit den jeweiligen Geräten und Kabeln der Spezifikation 2.0. USB spezifiziert aus diesem Grund auch häufig bei PD nicht, um welche PD Version es sich bei dem Produkt handelt, es sind PD Produkte. Die Zusatzfunktionen der Revision 3.0 können Sie auf der folgenden externen Seite bei Texas Instruments einsehen.

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