USB-C PD: Neuer Controller ebnet den Weg zum Universalnetzteil

Ein Netzteil für (fast) alle Elektronikgeräte: Mit nur einem Controller könnten Gerätehersteller ihre Geräte schnell auf den USB-C-Anschluss umstellen. Damit würden sie helfen, weniger Elektroschrott zu produzieren – und könnten noch Geld sparen.

Eine neue Lösung für USB-C Power Delivery (PD) hat das Potenzial, viel unnötigen Elektroschrott zu vermeiden. Der EZ-PD-BCR-Controller (Barrel Connector Replacement) von Cypress erlaubt es Entwicklern, Produkte mit nur wenigen externen Bauteilen schnell auf die Spannungsversorgung per USB-C umzustellen. Mithilfe des zugehörigen EZ-PD-BCR-Kits sollen sich lauf Hersteller in kurzer Zeit Prototypen erstellen lassen, ohne Firmware entwickeln zu müssen.

Rund 1 Millionen Tonnen Netzteile werden jährlich produziert, schätzt „The Global e-Waste Monitor 2017“. Viele davon werden nie oder nur selten benutzt, verstopfen Schubladen und landen letztlich (hoffentlich) beim Recycling. Ebenso wenig sinnvoll ist es, wenn Hersteller zu jedem neuen Smartphone ein neues Netzteil mitliefern, obwohl sich das Gerät doch genauso gut mit einem vorhandenen laden lässt.

„Viele kennen die Situation: Kauft man ein mit DC-Niederspannung betriebenes Elektronikgerät, ist fast immer ein separates Netzteil dabei. Mit der Zeit sammeln sich dutzende Adapter an, die sehr häufig unterschiedliche Steckerformate haben“, sagt Ajay Srikrishna, Vizepräsident des Geschäftsbereichs Drahtgebundene Konnektivität bei Cypress. Schon nach einigen Monaten wüsste man oft nicht mehr, welcher Adapter zu welchem Gerät gehört. Ebenfalls lästig: Auf Reisen muss man häufig mehrere Netzteile mitnehmen, um etwa Smartphone, Laptop und Kamera laden zu können.

Ein USB-C-Controller gegen überbordenden Stecker-Wirrwarr

Das ließe sich vermeiden, wenn alle Geräte über einen einheitlichen Stecker mit Energie versorgt würden. Dann könnte ein Netzteil beispielsweise zum Aufladen unterschiedlicher Produkte dienen. Das Problem dabei: Die Geräte arbeiten in der Regel mit unterschiedlichen Spannungs- und Leistungswerten. Beispielsweise stellen Netzteile mit Micro-USB-Anschluss maximal nur 7,5 W bereit. Diese Leistung reicht für viele Consumer-Produkte und schon gar nicht für moderne Akku-betriebene Werkzeuge oder Produkte für den industriellen Bereich ausreicht.

Die Lösung aus diesem Dilemma könnte der USB-C-Anschluss sein: In seiner aktuellen Version liefert er bis zu 100 W – sofern das Netzteil ausreichend dimensioniert ist. Der 2,4 mm hohe USB-C-Stecker ist deutlich kleiner als ein aktueller 4,5 mm großer USB Typ-A-Stecker. Bereits heute kommt USB-C in immer mehr Applikationen zum Einsatz und hat sich in einigen Bereichen bereits zum Quasi-Standard entwickelt.

Damit eignet sich die Technik prinzipiell als universeller Standard zur Spannungsversorgung. Hersteller müssen keine speziellen Ladegeräte mehr produzieren und die Ladegeräte lassen sich für andere elektronische Geräte wie IoT-Geräte, intelligente Lautsprecher, Elektrowerkzeuge, Elektrorasierer, Drohnen und andere wiederaufladbare Geräte nutzen.

USB-C kann bis zu 100 W übertragen

Moderne Schaltnetzteile sind in der Lage, mehrere Spannungen und Leistungen bereitzustellen. Die richtigen Werte können sie mit dem jeweiligen Endgerät aushandeln – sofern dieses die Funktion unterstützt. Diese Aufgabe übernimmt der EZ-PD-BCR-Controller von Cypress. Er enthält einen kompletten UCB-C-PD-Transceiver, einen Schaltregler mit Soft-Start, alle für einen USB-C-Port erforderlichen Abschlusswiderstände und einen ESD-Schutz auf Systemebene. Laut Cypress erfüllt der BCR-Controller die aktuellen Standards für USB-C und USB PD 3.0.

Ebenso an Bord sind Fehlerverstärker für Konstantspannungs-, Konstantstrom- und PPS-Anwendungen, ein 30-V-Regler für den direkten Betrieb am VBUS, VBUS-Kurzschlussschutz an den Anschlüssen des Konfigurationskanals (CC), Gatetreiber für Hochspannungs-Leistungs-FET, einen Low-Side-Stromsensorverstärker, dedizierte Hardware für Legacy-Protokolle zur Ladegerät-Erkennung und Schutz gegen elektrostatische Entladungen (ESD) auf der Systemebene. Schaltungen gegen Überspannung und Überstrom schützen die Systeme vor Überlastung und anderen Fehlerzuständen.

Gut für die Umwelt, gut für die Bilanz

„Der Einsatz von USB-C mit Power Delivery als universelle Lösung zur Spannungsversorgung ist in jeder Hinsicht sinnvoll“, erklärte Srikrishna. Keine Frage: Für den Verbraucher ist es sehr viel praktischer, nur ein Ladegerät für mehrere Geräte zu haben. Doch auch Hersteller können mit unserer BCR-Lösung langfristig ihre Kosten senken“, sagt Srikrishna. Schließlich müssten nicht mehr mit jedem Produkt ein eigenes Ladegerät geliefert werden muss. Auch die Umwelt würde davon profitieren, wenn durch Wiederverwenden und gemeinsames Nutzen eines Universal-Ladegeräts für mehrere Geräte weniger Elektronikschrott anfällt.

Mit dem EZ-PD-BCR Kit könnten die Produktentwickler in kurzer Zeit Prototypen für die Umstellung ihrer Produkte von herkömmlichen Netzteilen auf USB PD erstellen, erklärt Srikrishna. Dazu sind drei Schritte nötig:

• 1. Auswahl eines im Handel erhältlichen USB-PD-Netzteils mit dem gewünschten Leistungsprofil.

• 2. Einrichten des gewünschten USB-PD-Leistungsprofils mit dem EZ-PD-BCR-Kit und Entwickeln eines Prototypen, ohne dass Firmware entwickelt werden muss

• 3. Integration des EZ-PD-BCR-Controllers in das Produkt und Ersatz der Koaxialbuchse zur Spannungsversorgung durch eine USB-C-Buchse.

Das Produkt kann laut Cypress anschließend mit jedem beliebigen USB-C-Netzteil betrieben werden, das das gewünschte USB-Power-Delivery-Profil unterstützt. Dadurch können die Hersteller darauf verzichten, ein Netzteil mitzuliefern, und es den Kunden erlauben, ihre eigenen USB-C-Netzteile zu verwenden.

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