USB Power Delivery: Der Standard, der die Wattzahl festlegt

 

 

USB Power Delivery ist ein Standard, der vom USB Implementers Forum veröffentlicht wird, der Organisation, die die USB-Spezifikationen festlegt. Er regelt eine ganz bestimmte Sache: wie sich zwei über ein USB-C-Kabel verbundene Geräte auf die Spannung und den Strom einigen, die zwischen ihnen fließen. Ohne diesen Standard liefert ein USB-Anschluss 5 Volt und nichts anderes. Mit ihm kann derselbe Anschluss bis zu 48 Volt und 240 Watt erreichen. Im Folgenden werden die Leistungsstufen des Standards, seine beiden Leistungsbereiche und die Abkürzungen erläutert, die auf technischen Datenblättern zu finden sind.

Was der Standard zu USB hinzufügt

Der ursprüngliche USB-Standard gibt die Spannung vor. Der Anschluss liefert 5 Volt, das angeschlossene Gerät passt sich daran an, und die verfügbare Leistung liegt bei wenigen Watt. Das reicht für eine Maus oder einen USB-Speicher, aber nicht für einen Laptop.

Power Delivery ersetzt diese feste Vorgabe durch eine Aushandlung. Die Stromquelle gibt an, welche Kombinationen aus Spannung und Strom sie bereitstellen kann. Das versorgte Gerät fordert die für es passende Kombination an. Beide einigen sich, und die Energieübertragung erfolgt mit diesem Wert. Wenn keine Kombination geeignet ist, bleibt die Verbindung bei den ursprünglichen 5 Volt: Sie fällt nicht aus, sondern lädt einfach mit der geringstmöglichen Leistung.

Diese Aushandlung erklärt, warum zwei Monitore, die beide mit Power Delivery beworben werden, nicht immer mit der erwarteten Leistung laden. Der Standard garantiert das Aushandlungsprotokoll, nicht den Wert, auf den sich die Geräte am Ende einigen.

Der Standardbereich bis 100 Watt

Der erste vom Standard definierte Bereich wird als Standard Power Range bezeichnet, abgekürzt SPR. Er umfasst die gängigsten Werte.

• Bis zu 2 Ampere bei 5 Volt.

• Danach 3 Ampere oder 5 Ampere bei 12 Volt oder 20 Volt.

Die Obergrenze dieses Bereichs liegt bei 100 Watt, erreicht durch die Kombination aus 20 Volt und 5 Ampere. Dieser Wert deckt die große Mehrheit der Laptops und Desktop-Monitore ab. Die 65 Watt, die viele Monitore angeben, liegen innerhalb dieses Bereichs.

Der erweiterte Bereich bis 240 Watt

Die Revision 3.1 des Standards fügt einen zweiten Bereich hinzu, den Extended Power Range, abgekürzt EPR. Er führt drei zusätzliche Spannungen und die entsprechenden Leistungswerte ein.

• 28 Volt für 140 Watt.

• 36 Volt für 180 Watt.

• 48 Volt für 240 Watt.

Diese Werte richten sich an Geräte, deren Leistungsbedarf über das hinausgeht, was ein 100-Watt-Ladegerät liefern kann: mobile Workstations, professionelle Geräte und Geräte mit einer dedizierten Grafikkarte. Ein Desktop-Monitor benötigt diesen Bereich nicht, um einen Office-Laptop mit Strom zu versorgen.

Feste oder einstellbare Spannung

Die oben beschriebenen Stufen sind feste Spannungen: Die Stromquelle bietet sie so an, wie sie definiert sind, und das Gerät wählt eine davon aus. Der Standard sieht außerdem eine einstellbare Spannung vor, die als AVS für Adjustable Voltage Supply bezeichnet wird.

In diesem Modus wird der Wert nicht mehr aus einer Liste ausgewählt, sondern kontinuierlich von 15 bis 48 Volt in Schritten von 100 Millivolt eingestellt. Derselbe Mechanismus reicht innerhalb des Standardbereichs bis hinunter zu 9 Volt. Der Vorteil besteht darin, die Spannung möglichst genau an den tatsächlichen Bedarf des Akkus anzupassen, anstatt auf die nächstgelegene Stufe aufzurunden. Dadurch wird die beim Laden entstehende Wärme begrenzt.

Die Abkürzungen auf dem Datenblatt

Vier Abkürzungen tauchen auf technischen Datenblättern regelmäßig auf, und jede steht für etwas anderes.

• PD bedeutet, dass das Gerät nach dem Standard eine Leistungsvereinbarung aushandeln kann. Für sich allein sagt diese Abkürzung nichts über die Leistung aus.

• SPR bezeichnet den Standard Power Range, der bei 100 Watt endet.

• EPR bezeichnet den Extended Power Range, der bis zu 240 Watt reicht.

• AVS bezeichnet die einstellbare Spannung in Schritten von 100 Millivolt.

Eine aussagekräftige Angabe kombiniert immer die Abkürzung mit einem Wert in Watt. „PD“ ohne Zahl lässt die Leistung offen. Bei Desktop-Monitoren steht der Wert neben dem Anschluss: der 27-Zoll-Desktop-Monitor mit 2560x1440 gibt auf seinem Datenblatt neben der Auflösung auch seine Ladeleistung an. Die vollständige Monitor-Reihe enthält diese Information für jedes Modell.

Das Kabel ist Teil des Standards

Der Standard beschränkt sich nicht auf die beiden Geräte: Er legt auch fest, welche Leistung das Kabel übertragen können muss. Ein gewöhnliches USB-C-Kabel ist für 3 Ampere ausgelegt. Darüber hinaus verlangt der Standard ein elektronisch gekennzeichnetes Kabel, also ein Kabel mit einem integrierten Chip, der seine eigenen Fähigkeiten angibt und für 5 Ampere ausgelegt ist.

Diese Anforderung bestimmt den Zugang zu höheren Leistungsstufen. Der erweiterte Bereich mit 140, 180 und 240 Watt ist nur mit einem solchen Kabel verfügbar. Ein unterdimensioniertes Kabel führt nicht zu einem Ausfall: Die Aushandlung fällt auf eine Kombination zurück, die das Kabel sicher übertragen kann, und der Ladevorgang dauert einfach länger.

Aus diesem Grund sollte die von einem Gerät angegebene Leistung nie isoliert betrachtet werden. Sie beschreibt, was das Gerät anbieten kann, während das tatsächliche Ergebnis von den drei Gliedern der Kette abhängt: der Stromquelle, dem Kabel und dem versorgten Gerät.