USB-Stromversorgung – Die Grundlagen

Ich bin neu darin, etwas zu entwerfen, das über USB mit Strom versorgt wird. Idealerweise kann es entweder an einen Adapter an eine UK-Wandsteckdose oder an einen USB-Anschluss mit eigener Stromversorgung an einem anderen Gerät angeschlossen werden. Ich habe das Schaltungsdesign mit Kicad erstellt, aber ich habe noch nie ein Gerät über USB mit Strom versorgt.

Ist es einfach, V + an die Bits anzuschließen, die Strom benötigen, Masse an die Bits, die Masse benötigen, und einen 1uF-Kondensatoranschluss zwischen den beiden (wenn ja, auf welche Weise sollten sie angeschlossen werden)? Oder ist das grob falsch? Ich brauche keine Datenübertragung zu D+ und D- wurden offen gelassen. Müssen diese mit Pulldown-Widerständen oder ähnlichem an Masse angeschlossen werden? Ich möchte dies richtig machen, damit ich es beim Entwerfen anderer Produkte tun kann.

Ich treibe eine Attiny und einige 5-mm-LEDs an

Laut USB-Spezifikation ist es technisch nicht korrekt, aber es gibt Tausende von Geräten, die genau das tun. Solange Sie nicht versuchen, zu viel Strom zu ziehen, wird es Ihnen gut gehen.
Zum Kondensator: Wenn sich Ihre Schaltung nicht wirklich um eine stabile Versorgung kümmert oder ihre eigene Spannungsregelung durchführt, können Sie ihn weglassen (oder ihn durch den im Datenblatt Ihres Spannungsreglers empfohlenen Kondensator ersetzen). Bei Keramikkondensatoren (am häufigsten im 1μF-Bereich) spielt die Polarität keine Rolle, bei Tantal oder Elektrolyt ist normalerweise die +-Seite gekennzeichnet.
Wenn Sie sich keine USB-Bus-Aushandlung leisten können, entscheiden Sie sich nicht für einen USB-Stecker. So einfach ist das.

Antworten (6)

USB-Geräte können bis zu 100 mA verbrauchen, um die anfängliche Aushandlung, Enumeration genannt , mit dem Host durchzuführen. Dabei können sie bis zu 500 mA anfordern. Der Host entscheidet dann, ob er die zusätzliche Leistung gewährt oder das Gerät herunterfährt.

In einigen Fällen kann der Host einem Gerät mitteilen, in den Energiesparmodus zu wechseln.

Die meisten wandbetriebenen Computer verbinden die USB-Stromversorgung einfach über eine Mehrfachsicherung mit ihrer 5-V-Versorgung und versuchen nicht, den Strom zu steuern oder gar zu überwachen. Batteriebetriebene Geräte verwalten die USB-Stromversorgung oft sorgfältig. Bei Anschluss an einen Desktop-Rechner kommt man daher vielleicht ohne Nachfrage nur mit Strom, aber möglicherweise nicht bei Anschluss an einen Laptop.

Das steht natürlich alles in der USB-Spezifikation.

Ist das noch korrekt für USB3+?
Das Einstecken von Dingen in den USB-Anschluss kann den Computer nicht beschädigen, wenn er zu viel Strom zieht oder irgendwie kurzschließt. Ich habe einen Computer durch USB-Experimente ruiniert ... das ist vielleicht anders, aber.
@EvanCarslake ja, aber das ist auch die Schuld des Computers, an den Sie es angeschlossen haben - aus genau diesem Grund sollen sie selbstrückstellende Sicherungen an den USB-Stromleitungen haben. Aber einige Hersteller schneiden Ecken ab.

Es hängt davon ab, wie viel Strom Sie benötigen. Standardmäßig erhalten Sie einen Energiesparmodus, der bis zu 100 mA liefern kann, was für viele Dinge ausreicht. Sie können bis zu 500 mA erreichen, wenn Sie den Hochleistungsmodus mit dem Host aushandeln. Dies wurde in anderen Fragen behandelt .

Wie andere bereits gesagt haben, können Sie so ziemlich immer 100 mA von jedem USB-Host ziehen.

Wenn Sie mehr Leistung wollen/benötigen (ohne die USB-Spezifikationen zu verletzen und etwas zu machen, das Ihren Host-Geräten möglicherweise schaden könnte), können Sie entweder:

  1. Verbinden Sie einen MCU/CPU-Pin mit den Datenpins, damit Sie mit dem Host höhere Laderaten aushandeln können

oder

  1. Erfassen Sie die D+/D- Pins aktiv. Beim Anschluss an ein (spezifikationskonformes) Ladegerät werden die D+/D--Pins im Ladegerät kurzgeschlossen, sodass Ihr Gerät wissen kann, dass es „erlaubt“ ist, Strom mit hoher Rate ohne Verhandlung aufzunehmen. Wenn sie mit einem Host verbunden sind, werden diese Pins nicht kurzgeschlossen, daher muss sich Ihr Gerät auf 100 mA begrenzen.

Es gibt die Theorie und es gibt die Praxis.

Die Theorie besagt, dass Sie vor der Aufzählung nur 100 mA zeichnen dürfen. Darüber hinaus gibt es Zeitlimits, nach denen Sie, wenn die Aufzählung fehlschlägt, auf einen sehr niedrigen Energiezustand herunterfallen müssen. USB-Wandwarzen ("Batterielade"-Spezifikation) schließen die D+- und D--Leitungen kurz, um anzuzeigen, dass es sich nicht um einen normalen USB-Host handelt.

Die Praxis ist, dass Hosts (sogar Laptops) normalerweise nur eine dumme Strombegrenzung mit einem festen Schwellenwert haben. Wenn es Ihnen also egal ist, Ihr Gerät als USB-konform zu zertifizieren, können Sie einfach sofort 500 mA (oder sogar etwas mehr) ziehen, und es funktioniert mit der überwiegenden Mehrheit der Hosts problemlos.

Ich glaube, dass USB 3.0-Geräte bis zu 1000 mA ziehen können, sofern der Host dies zulässt.

Das ist nur nach erfolgreicher Initialisierung und Verhandlung zwischen Host und Client. Ich erinnere mich nicht mehr genau an die Menge, aber ohne Initialisierung darfst du nur eine sehr geringe Ziehungsrate haben. So etwas wie 100mA, IIRC
@RobhercKV5ROB danke für den Kommentar, ich bin neu auf dieser Seite.

Bleiben Sie bei oder unter 100 mA und Sie müssen sich keine Gedanken über die Aufzählung machen. Wenn Sie ein Einzelstück bauen, würde ich mir auch ohne Aufzählung keine Gedanken darüber machen, bis zu 500 mA hochzuziehen. Wenn Sie ein Produkt bauen, werfen Sie eine 50-Cent-MCU hinein, um den Bus aufzuzählen und um mehr Strom zu bitten.

USB-Stromversorgung – Die Grundlagen
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