Schaltungsschutz

Wie Sie mit koordinierten ESD- und Überstromschutz-Strategien Schäden an USB-Ladesystemen vermeiden

24.02.2010 | Autor / Redakteur: Kedar Bhatawadekar * / Thomas Kuther

Viele portable Geräte lassen sich inzwischen via USB-Schnittstelle laden — ESD- und Überstromschutz werden dabei immer wichtiger
Viele portable Geräte lassen sich inzwischen via USB-Schnittstelle laden — ESD- und Überstromschutz werden dabei immer wichtiger

Mit der Weiterentwicklung der USB-Schnittstelle steigt die Nachfrage nach robusteren und zuverlässigeren Schaltungsschutztechniken. Denn je höher der Nennstrom ist, umso wichtiger werden Überstrom-Schutzlösungen und wegen der höheren Datenraten bei USB 3.0 etwa ist zur Sicherung der Datenintegrität ein ESD-Schutz mit niedriger Kapazität erforderlich.

Die zunehmende Nutzung der Stromversorgungsfunktion von USB-Schnittstellen zum Laden von Akkumulatoren in tragbaren Geräten erfordert vor allem den Einsatz standardisierter Konzepte. Infolgedessen hat das USB-IF (USB Implementers Forum) neue Spezifikationen veröffentlicht.

Kürzere Ladezeiten und universelle Ladevorgänge für USB-ladbare Geräte

Für Entwickler und Hersteller tragbarer Geräte ist dies mit Herausforderungen und Chancen verbunden. Die Herausforderung besteht in der Notwendigkeit, alle neuen USB-Spezifikationen in einem engen Kostenrahmen zu erfüllen. Die Chance liegt in der Gelegenheit, die Benutzung durch kürzere Ladezeiten und universelle Ladevorgänge zu optimieren.

Zwei verschiedene Arten von Ladesystemen nach USB 2.0

Für das Laden von Batterien unterscheidet die Spezifikation USB 2.0 zwischen zwei Arten von Stromquellen: das dedizierte Ladegerät oder Steckernetzteil und den Host- oder Hub-Lader. Host- und Hub-Ladegeräte nutzen zum Laden und zur Daten-Enumeration ähnliche Schaltungstechnik. Da diese beiden Spannungsquellen trotz unterschiedlicher charakteristischer Leistungswerte mechanisch den gleichen Anschluss verwenden, ist die Erkennung der Spannungsquelle ein entscheidendes Designkriterium.

Die Stromaufnahme muss an die jeweilige USB-Schnittstelle angepasst werden

USB-1.0- und USB-2.0-Geräte verwenden vier Anschlusspins: VBUS (+5V), Masse, Data- und Data+. VBUS und Masse liefern die Stromversorgung für den Betrieb oder den benötigten Strom/die benötigte Spannung zum Aufladen des angeschlossenen Gerätes. D- und D+ sind die Kommunikationsleitungen, die sehr genaue Prozeduren für die Daten-Enumeration erfüllen müssen. Nach dem Anschluss an einen Host, Hub oder ein USB-Ladegerät ermittelt das portable Gerät eine Spannung am Anschluss VBUS. Dann muss das Gerät erkennen, an welchen Typ von Einheit es angeschlossen ist und seinen Strom entsprechend begrenzen.

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