Wie erstelle ich ein USB-Kabel mit einem Inline-Kondensator?

Der Versuch, die geregelte 5-V-Leitung mit einem Kondensator hochzuhalten, ist der falsche Weg, um dieses Problem anzugehen. Die USB-Stromversorgung wird etwas durchhängen, und es wird ein sehr großer Kondensator benötigt, um sie nicht zu stark durchhängen zu lassen.

Rechne nach. USB-Geräte können bis zu 500 mA ziehen. Angenommen, Sie möchten nicht, dass die Versorgungsspannung um mehr als 500 mV abfällt, und Sie möchten in der Lage sein, ein Anlassereignis von mindestens 2 Sekunden zu überstehen.

  (500 mA)(2 s)/(500 mV) = 2 F

Beachten Sie, dass die Versorgungsspannung immer absackt und dass die Spezifikation von 500 mV willkürlich war, da wir nicht wissen, wie nahe Sie sich bereits an der gültigen Untergrenze der USB-Spannungsversorgung befinden.

Eine bessere Antwort ist, die Eingangsspannung hochzuhalten. Schalten Sie eine Schottky-Diode in Reihe mit den 12 V und dann einen Kondensator auf Masse vor dem USB-Stromversorgungseingang. Diese kleinen USB-Netzteile sind Umschalter und arbeiten mit einer niedrigeren Eingangsspannung. Sie wissen nicht, wie niedrig, aber das ist etwas, das Sie messen können, während Sie den Ausgang mit dem Strom laden, den Ihr Gerät benötigt.

Mit den gleichen Parametern wie oben möchten Sie eine 2-sekündige Unterbrechung des 12-V-Eingangs aushalten, während Sie 500 mA aus dem USB ziehen. Das ergibt 5 J Energieabgabe ohne entsprechende Eingabe. Nehmen wir an, das Netzteil hat einen Wirkungsgrad von 85 %, also müssen Sie es mit 5,9 J speisen. Nehmen wir zum Beispiel an, das Netzteil erzeugt immer noch 5 V Ausgang mit 8 V Eingang. Nachrechnen ergibt 150 mF.

Das ist auch ein großer Kondensator. In jedem Fall muss der Kondensator genügend Energie speichern, um die Last zu betreiben, während die 12-V-Stromversorgung ausgeschaltet ist. Der Vorteil ist jedoch, dass die USB-Stromversorgungsspannung niemals einbricht. Das Gerät läuft garantiert weiter.

Dies weist auch darauf hin, warum Batterien normalerweise für Geräte verwendet werden, die an die Autostromversorgung angeschlossen sind, aber während des Startens weiterlaufen müssen. Es ist einfach zu viel Energie, die ein vernünftiger Kondensator speichern kann. Beachten Sie, dass in den obigen Beispielen nur 2 Sekunden für die 12-V-Ausschaltzeit verwendet wurden. Das reicht wahrscheinlich für die meisten Fälle aus, aber manchmal dauert es länger und Ihr Gerät wird ausgeschaltet.

Toms Antwort sagt Ihnen, wie Sie tun, was Sie gefragt haben, aber ich bin mir nicht sicher, ob Sie das brauchen. Nach Ihren Kommentaren dient dies dazu, die Leistung beim Anlassen eines Automotors aufrechtzuerhalten. Abhängig von der genauen Situation funktioniert ein Kondensator möglicherweise nicht für das, was Sie möchten. Sie haben nicht gesagt, wie viel Strom das Gerät benötigt oder wie lange Sie es benötigen, um es am Laufen zu halten.
Wenn es bei einem Gerät mit geringem Stromverbrauch nur wenige ms sind, reicht wahrscheinlich ein Kondensator aus. Wenn es länger oder ein Gerät mit höherer Leistung ist, dann möglicherweise nicht.

Persönlich würde ich sagen, gehen Sie mit der Betrugslösung von der Stange. Holen Sie sich den kleinsten USB-Akkupack, den Sie finden können, Akkus mit geringer Kapazität sind billig, ich habe sogar gesehen, dass sie in Werbeaktionen verschenkt werden. Laden Sie den Akku aus dem Auto auf und schließen Sie Ihr Gerät an den Akku an.

Es ist völlig übertrieben, es hält Ihr USB-Gerät für Minuten oder sogar Stunden statt ein paar Sekunden am Laufen und es ist größer. Aber es ist viel weniger Aufwand und vermeidet das Aufschneiden von Kabeln.

Der sauberste Weg, dies zu tun, wäre, einen Kondensator an den Schaltkreis zu löten, an den Sie das USB-Kabel anschließen. Der Grund dafür ist, dass Sie das Kabel dann nicht modifizieren müssen und nicht auf die Verwendung des spezifischen Kabels beschränkt sind, das Sie modifiziert haben. Außerdem besteht ein geringeres Risiko, dass etwas im Kabel kurzgeschlossen wird und Ihren USB-Anschluss beschädigt.

Wenn Sie einen Kondensator in das Kabel einfügen möchten, würde ich es wie folgt tun:

1. Entfernen Sie vorsichtig mit einem Messer einen kleinen Teil der äußeren Isolierung. Rollen Sie das Kabel vorsichtig gegen das Messer, um einen Schnitt um etwa die Hälfte des Umfangs des Kabels zu machen. Wiederholen Sie dies ein zweites Mal im Abstand von etwa 2 cm. Schneiden Sie dann in Längsrichtung entlang des Kabels, um die beiden Schnitte zu verbinden und entfernen Sie einen Teil der Isolierung. Stellen Sie sicher, dass Sie keine internen Kabel schneiden.

   Der Zweck, nicht ganz um das Kabel herum zu schneiden (nur die Isolierung von einer Seite zu entfernen), besteht darin, dass die verbleibende Isolierung dazu beiträgt, die Struktur des Kabels aufrechtzuerhalten, indem sie mechanische Unterstützung und Zugentlastung bietet.

   1b. Wenn Sie ein abgeschirmtes Kabel haben, müssen Sie dann auch die Abschirmung mit einem Messer oder einer Drahtschere vom selben Abschnitt entfernen.

2. Identifizieren Sie mit den jetzt freigelegten Innenkabeln die Strom- und Erdungsstifte - normalerweise rot und schwarz. Wenn es keine roten und schwarzen Kabel gibt, entsorgen Sie das Kabel und kaufen Sie eines von einer seriösen Quelle.

   Schneiden Sie entweder diese Drähte ab und entfernen Sie etwa 1 mm der geschnittenen Enden, oder schneiden Sie die Isolierung vorzugsweise auf einer kurzen Länge (etwa 2 mm ) ab, ohne das Kupfer im Inneren zu schneiden. Wenn Sie die Schnitte vornehmen oder die Isolierung entfernen, führen Sie nicht beide Drähte an derselben Stelle aus, sondern versetzen Sie sie etwa 1 cm voneinander entfernt. Dadurch wird sichergestellt, dass das freigelegte Kupfer jedes Drahts nicht gegeneinander kurzschließen kann.

3. Verzinnen Sie entweder die abgeschnittenen Enden oder den freigelegten Kupferbereich des Kabels mit Lötzinn. Dies erleichtert das Anlöten der Kabel. Wenn Sie die Kabel durchtrennen, löten Sie an dieser Stelle auch die beiden Enden wieder zusammen.

4. Löten Sie Ihren Kondensator zwischen den beiden Lötstellen. An dieser Stelle werden Sie mir danken, dass Sie die Drähte nicht durchtrennt haben, da es einfacher ist, den Kondensator anzulöten, wenn Sie nicht gleichzeitig versuchen, die beiden abgeschnittenen Enden vor dem Auslöten und Auseinanderfallen zu bewahren.

5. Zum Schluss, wenn möglich, mit etwas Schrumpfschlauch aufräumen - sollte bei einem USB-Mini- oder Micro-Kabel einfach genug sein, da Sie den Schlauch über den Stecker schieben können, um ihn auf das Kabel zu bekommen, und dann über den Punkt schrumpfen, an dem der Kondensator angeschlossen ist. Sie könnten dies mit Isolierband tun, aber Schrumpfschlauch wird viel sauberer sein.

   Da die Verbindungen in Schritt (2) versetzt wurden, müssen Sie außerdem keinen Schrumpfschlauch auf die einzelnen Drähte legen, da sie aufgrund der Trennung des freiliegenden Kupfers nicht kurzschließen können. Lediglich eine äußere Abdeckung ist erforderlich, um alles zu schützen.

Stellen Sie sicher, dass es keine Kurzschlüsse zwischen Strom und Masse gibt. Sie können dies mit einem DMM im Durchgangsmodus tun, indem Sie den USB-A-Anschluss prüfen – die beiden äußeren Stifte am Anschluss sind Strom und Masse.

Wenn Sie bereits einen 12-V-zu-5-V-Konverter haben, würde ich Ihnen vorschlagen, ihn zu öffnen und direkt einen Kondensator hinzuzufügen. Sicherlich wird der Konverter einen oder mehrere Ausgangskondensatoren parallel von der 5-V-Leitung zu GND in der Nähe des Ausgangs haben. Versuchen Sie, dort einen anderen Kondensator parallel hinzuzufügen, um die Gesamtausgangskapazität zu erhöhen.

Fügen Sie Kondensatoren hinzu, bis Sie den kurzen Schalter vermeiden, wenn das Auto startet, aber fügen Sie nicht zu viel Kapazität hinzu, da Sie sonst riskieren, den Wandler beim Start zu sprengen, da der hohe Ausgangsstrom zum Laden der Kondensatoren erforderlich ist. Erhöhen Sie es in kleinen Schritten (~30%).

In Anbetracht der Tatsache, dass Sie den Stromkreis in Ihrem Auto platzieren müssen, würde ich stattdessen eine versiegelte 12-V-Blei-Säure-Batterie verwenden. LiPo wird gefährlich, wenn es zu heiß wird.

V1 ist die Spannung von Ihrem Ziggystecker und wird mit einer eingebauten 1A-Sicherung geliefert. Sie möchten keinen großen Kondensator hinzufügen, da der hohe Stoßstrom die Sicherung durchbrennt.

R1 10 Ohm (vielleicht 5 W) wird zum Laden Ihres Bat1 verwendet, Sie benötigen kein zusätzliches Ladegerät, da Ihre Lichtmaschine dies tun kann. D1 und D2 sind Schottky-Dioden mit einer Durchlassspannung von 0,2 V; versuchen, den Leistungsverlust zu reduzieren.

Wenn die V1-Versorgung unterbrochen wird, versorgt Bat1 Ihren DC-DC, um sicherzustellen, dass Ihre 5 V noch vorhanden sind.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}