Frage an die Elektrotechniker zu Ladecontrollern?
Moinsen,
Ich möchte eine Ladestation bauen für bis zu 20 handys. Mit den fertigen USB Ladestationen von Amazon hatte ich bisher eher schlechte Erfahrungen. hat auch noch andere Gründe, aber darum geht es hier nicht.
Meine ursprüngliche Idee war es, den Controller mit den Chips TPS2513A und TPS2561A von Texas Instruments komplett selber auf zu bauen. Ich habe allerdings nicht die Möglichkeit den TPS2561 Chip zuhause anständig zu verlöten. Daher meine Idee:
Ich nehme mehrere fertige Step-Down Converter, und nutze nur noch den TSP2513A zum steuern der Ladeleistung.
Ist das grundsätzlich eine Sinnvolle Idee? Die Frage wäre in dem Fall natürlich auch, wie man das Rippeln reduzieren kann. Reichen da 4,7uF Elkos parallel zum Ausgang der Step-Down Module?
4 Antworten
Ich würds eher mit USB-C machen da brauchst du 2 Widerstände and dann lädt jedes Handy mit maximal 15W. Dann kannst du den Controller weglassen.
Du musst nur aufpassen, dass dein DCDC auch genug Leistung zur Verfügung stellt.
Eine Polyfuse wäre zudem nicht schlecht um den Ausgang zu begrenzen, noch besser eine EFuse aber da hast du oft wieder das Problem mit dem Löten.
And dieser Stelle eine Warnung vorweg:
Du solltest sowas nicht selber basteln. Die Stromstärken, die da auftreten können, sind schon beachtlich. Wenn da was schief geht und dadurch ein (Brand-)schaden passiert, hast du ein Problem. Das muss fachmännisch gemacht werden, ausreichend Leiterquerschnitte, Kurzschlusssicherheit an allen Stellen der Schaltung etc. Auch kann es im ungünstigen Fall passieren, dass du z.B. den Funkverkehr massiv störst (siehe weiter unten, wieso). Es gibt auch gute Ladegeräte, die zwar teurer sind, aber nicht explodieren. Wenn du 20 Ladebuchsen brauchst, kannst du ja entsprechend mehrere davon kaufen.
Zum Thema:
Datenblatt TPS2513A (Controller): https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps2514a-q1.pdf?ts=1748466145767
Datenblatt TPS2561A (Wandler): https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps2561a-q1.pdf?ts=1748489116468&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
Da gibt es vielleicht noch ein "Problem", das dir die Suppe versalzen kann und das du vielleicht nicht auf der Kappe hast: Das sind Schaltwandler. Schaltwandler arbeiten mit hohen Schaltfrequenzen. Wenn man da nicht aufpasst, wird sowas schnell ein Funkstörsender oder umgekehrt ein Ladegerät, das von Funkwellen aus dem Takt geraten kann und das angeschlossene Handy killt.
Daher ist das Platinenlayout, das du mit deinen vorhandenen Möglichkeiten nicht umsetzen kannst, schon so wichtig, dass der Hersteller hierfür Vorgaben und auch eine Empfehlung ins Datenblatt reingetan hat, um die kritischen Strompfade, wo die hohem Frequenzen sind, kurz zu halten.
Wenn das Layout bereits Mist ist (weil du irgendeine andere Platine mit den ICs leergelötet und zweckentfremdet hast), helfen dir Entstördrosseln, -Kondensatoren etc. auch nicht wirklich weiter, wenn es dann in den angestückelten Leitern zwischen IC und den Entstörbauteilen oder aus den ehemaligen Leiterbahnen der geleerten Platine, die wunderbare Antennen sein können, hochfrequent und mit relativ viel "Funkleistung" rausdampft.
Oder anders: EMV-Tauglichkeit kann zum Problem werden. Und das Thema ist ziemlich schwierig, wenn man als Bastler gar nicht die Möglichkeiten hat, Störabstrahlungen etc. zu messen.
Wenn du wirklich 20 Ladebuchsen brauchst, könnte man auch mehrere fertige Module (aus 12V-Autoladesteckern?) eingangsseitig parallel nehmen und an einem gemeinsamen GUTEN(!) Schaltnetzteil betreiben.
Aber auch hier kann es EMV-Probleme geben, wenn 20 Stück davon auf engem Raum an derselben Versorgung ohne jede zusätzliche Entstörung auf Last laufen.
Ich würde dann sowieso in Betracht ziehen, 12V als Versorgung anzustreben (mit eigenem Step-Down auf 5V pro Modul), evtl. sogar mehrere Netzteile, weil bei 5V die Stromlast bei 20 gleichzeitig nutzbare Buchsen kaum zu händeln wäre (incl. Verluste mehr als 20A auf der Versorgungsleitung, wenn je Busche 1A entnommen wird!!).
Wenn man einfach Autoladestecker schlachtest, hätte man das nötige in "fertig" für 12V. Auch hier weißt du möglicherweise nicht, inwieweit die wirksam Entstört worden ist.
Netzteile baut man auch nicht selber, wenn das nicht zwingend notwendig ist, weil auch hier Schaltwandler und noch dazu die Sicherheitsaspekte wegen 230V.
Müssen nur noch diese Komponenten zusammen.
Die Schwachstellen bei diesen ganzen USB-Ladesteckern sind übigens die meist billigen Netzteilkomponenten, weniger der Ladekreis. ;)
Ein Netzteil wollte ich übrigens nie selber bauen, das ist mir schon klar das das unnötig und ein bisschen dämlich ist
Hi, danke dir für die ausführliche Antwort. Ich habe den Plan nochmal geändert. Ich benutze jetzt 20 fertige Module wie von dir beschrieben. Das hatte mir hier irgendein anderer Nutzer empfohlen. Ich würde behaupten mit Elektrotechnik an sich kenne ich mich ganz gut aus, daher habe ich auch dinge wie Kabelquerschnitt etc. berücksichtigt. Der aktuelle Plan wurde so auch von einem Elektrotechniker abgesegnet. Momentan ist es so geplant, das ein 24V 62,5A Schaltnetzteil 20 dieser Lademodule betreibt (In der Praxis werden vermutlich wesentlich niedrigere Ströme fließen, die Module können bis zu 65W, das kann aber kaum ein Handy, insbesondere nicht in dem Bereich wo es zum Einsatz kommen soll). Zusätzlich verbaut sind noch ausreichend große Elkos welche über einen NTC schonend aufgeladen werden um das Netzteil nicht zu überlasten. kurz danach wird dieser dann durch ein Relais überbrückt. Außerdem wird das System noch durch TVS-Dioden und jeweils eine Sicherung vor den einzelnen Modulen und eine vor dem Netzteil abgesichert. Die Module selber werden erst ein par sekunden nach Netzteilstart durch ein Relais dazugeschaltet, damit das Netzteil sich anständig einpendeln kann. Außerdem kommt vor jedes Modul noch ein kleiner Keramikkondensator zur Filterung
Das Problem war, weshalb meine Frage vermutlich auch etwas dumm klang, das ich wenig Ahnung von Handyladeprotokollen hatte bzw habe, aber das Thema ist mit den Modulen ja gegessen
bevor du da selbst was baust und eventuell das Ganze wegen nicht ausreichender Kühlung schrottest, wäre zu überlegen, etwas mehr Geld zu investieren um dann besseres Gerät zu haben
https://www.bechtle.com/shop/i-tec-usb-ladestation-20port-schwarz--4833476--p
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Eine USB-Ladestation ist optimal, um mehrere Geräte wie Smartphones oder Tablets gleichzeitig zu laden. Diese bietet die Möglichkeit 20 Geräte über USB Typ C zu laden. Zudem hat sie einen weiteren USB Typ C Port über den man einen PC/Laptop anschließen kann, der dann auf alle angeschlossenen Geräte zugreifen kann. Mit dem Ein-/Ausschalter kann die Stromzufuhr auch aus- und eingeschalten werden. Außerdem hat die Ladestation noch einen Überspannungs- und Stromschutz.
Lädt bei USB Typ C: 5 V 3 A 15 W
Battery Charging Standard 1.2 unterstützt schnelles Laden
Gesamt-Leistungsabgabe: 300 W
Datenübertragungsraten bei 2 Ports: 5 Gbit/s, bei 18 Ports: 480 Mbit/s
Mit Überstrom-, Überspannungs- und Kurzschlussschutz
Schalter zur Steuerung der Lüfter (Modi: AUTO, Always ON)
Mit LED Anzeige
Internes Netzteil mit 360 W
Kompatibel mit Windows 10/11, macOS, Linux, ChromeOS
Anschlüsse: 1 x USB Typ C Buchse, 20 x USB Typ C Buchse, 1 x Stromanschluss
Im Lieferumfang: Netzkabel, USB Kabel Typ C Stecker - Stecker 1 m, USB Kabel Typ C Stecker - Typ A Stecker 1 m, Metallhalterungen für Tischmonatage
Ohne USB power delivery würde ich nicht Machen, da dauert das laden ewig...
Aber wenn dir die Geschwindigkeit egal ist, brauchst du eigentlich garkeinen Ladecontroller, einfach 5V anzubieten reicht den Smartphones aus. Dann laden die mit 900mA, also 4.5 watt, in der Regel.
USB BC ist leider immer etwas Glückspiel ob es am Ende geht auch mit solchen Chips.
Der unterstützt kein USB-PD, nur USB DCP. USB DCP ist nur minimal schneller als ohen DCP.
Das ist dann wieder etwas anderes. Da die USB A auf C Kabel oftmals auf 500mA eingestellt sind.
Ob das Handy dann die BC Schaltung erkennt ist nicht zwingend gegeben aber möglich. Was sicher geht ist QC aber das erfordert aktive Kommunikation.
Naja, steht halt 500mAh gegen bis zu 2Ah laden. Man könnte auch einen Widerstand z.B. 220Ohm zwischen D+ und D- löten, am ende des Tages erkennen das aber nicht alle Geräte. Und es werden sehr viele verschiedene Geräte geladen
Das Problem ist, dass du auch bei solchen Geräten nicht garantieren kannst dass sie mit dem Chip gut laden.
Vor USB C war das Laden und das genaue Protokoll ein Wildwuchs den viele Hersteller anders gelöst haben, das ist genau der Grund warum solche Ladegeräte nicht gut funktionieren.
Neue Ladegeräte verwenden hier USB QC und USB PD weil hier das Laden genau standartisiert ist.
deswegen ja der TPS2513