Herstellung von Schnellladegeräten für Telefone/Laptops mit USB-C

Ich mache gerne Ausflüge mit dem Auto und gehe campen. Aber ich muss auch arbeiten, und dazu brauche ich Strom. Ich benutze eine gewöhnliche Autobatterie als Stromquelle, und mit dieser Batterie muss ich meine Powerbank, mein Telefon oder meinen Laptop aufladen. Das Aufladen einer Powerbank kann relativ einfach sein. Das Aufladen eines Telefons, wenn es schnell gehen soll, ist komplizierter. Wenn Sie einen Laptop aufladen müssen, müssen Sie schon darüber nachdenken, und in diesem Artikel werde ich beschreiben, wie man ein effizientes Ladegerät für Autobatterien herstellt.

Zunächst einmal sollten wir uns über die Begriffe im Klaren sein. Ich verwende in der Einleitung das Wort Ladegerät, aber das, was Sie mit Ihrem Telefon haben, ist kein Ladegerät. Es ist ein USB-Netzteil. Was den Akku des Telefons tatsächlich auflädt, ist die Elektronik, die sich direkt im Telefon befindet. Das kleine Kästchen mit dem USB-Anschluss ist das Gerät, das den erforderlichen Strom und die erforderliche Spannung liefern kann.

Ein wenig Geschichte

Früher hatte jedes Telefon einen anderen Anschluss, und wenn man die Parameter des Netzteils herausfand, konnte man sein eigenes Netzteil bauen. Dazu brauchte man allerdings eine Kiste voller solcher Netzteile sowie eine Handvoll Stecker und Reduzierstücke.

USB wurde zu einem relativen Standardstecker. Nach und nach nutzten Telefone den USB-Anschluss daher als Ladeanschluss. Sogar mein erstes Smartphone Open Moko Neo FreeRunner wurde über einen USB-Mini-Anschluss geladen. Es war eines der ersten Handys, das ausschließlich über USB geladen wurde, bevor die Europäische Union dies zum Standard machte. Tatsächlich hatten die ersten Telefone zwar USB, aber immer noch einen Stromanschluss. Später wurde USB mehr oder weniger zum Standard für das Aufladen. Und die Europäische Union führte Micro-USB als Standard-Stromanschluss ein. Heute wird der USB-C-Stecker verwendet, der unter anderem den Vorteil hat, dass man ihn in beliebiger Ausrichtung stecken kann.

Allerdings haben die heutigen Handys einen viel höheren Stromverbrauch und auch ihre Akkus haben eine höhere Kapazität. Das bedeutet, dass man sie häufiger aufladen muss und dass man sie schnell wieder aufladen möchte, damit man das Telefon sofort benutzen kann. Die Folge ist, dass Sie Ihrem Telefon viel mehr Energie in viel kürzerer Zeit zuführen müssen. Es ist nicht mehr trivial, das Telefon mit ausreichend Strom zu versorgen, und ein einfaches USB-Netzteil reicht nicht mehr aus.

Wenn Sie etwas über USB mit Strom versorgen müssen, ist jeder 5-V-Stabilisator ausreichend. Ein normaler Stabilisator hat jedoch einen hohen Stromverbrauch und wird heiß. Besser ist es, einen Step-up- oder Step-down-Impulsstabilisator zu verwenden, der viel effizienter ist. Ein Impulsstabilisator ist auch in diesem Auto-Steckdosen-Netzteil enthalten. Als gelernter Elektrotechniker habe ich das betreffende Gerät so modifiziert, dass es 5 V ausgibt, und den USB-Anschluss mit dem Kabel verbunden.

Der Impulsregler befindet sich auch in diesem Spezialnetzteil mit Reduktion, das ich selbst entworfen und umgesetzt habe. Danach habe ich noch ein paar Exemplare für Freunde gebaut.

Als ich noch Lenovo ThinkPad X1 Carbon Laptops oder das TUXEDO Pulse 15, Ich habe ein Kabel angefertigt, das ich an eine 12V-Autobatterie mit einem Anschluss für den Laptop klemmen kann. Die Spannung von 12 V auf 19 V wurde von einem Pulse-Aufwärtsregler bereitgestellt. Die ganze Lösung ist klein und sehr effizient. Es macht keinen Sinn, einen Wechselrichter von 12V auf 230V zu verwenden und dann ein Laptop-Netzteil anzuschließen, denn das ist eine ineffiziente Lösung.

Hier ist ein impulsgesteuerter Aufwärtswandler mit Laptopanschluss. Kühlerseite:

Pulse einstellbarer Step-up Stabilisator. Seite mit Elektronik und Potentiometer zur Einstellung der Ausgangsspannung:

Neuer Laptop

Ich habe jetzt einen neuen Laptop für die Arbeit, der nur USB-C für die Stromversorgung hat und Power Delivery benötigt. Daher kann ich kein normales Netzteil mehr verwenden. Also habe ich mir Gedanken gemacht, wie ich diesen neuen Arbeitsrechner alternativ z.B. über einen Akku mit Strom versorgen kann.

Was ist Power Delivery (PD)

Power Delivery (PD) ist der Standard für schnelles Laden über USB-C. Er ermöglicht höhere Leistung (Spannung und Strom) als herkömmliches USB-Laden und intelligente Kommunikation zwischen Ladegerät und Gerät.

Hauptmerkmale von Power Delivery:

• 📶 Bidirektionale Kommunikation: USB-Netzteil und Gerät "sprechen" miteinander und vereinbaren die ideale Leistung.
• ⚡ Höhere Leistung: Unterstützt bis zu 240 W (ursprünglich 100 W) - auch für Laptops geeignet.
• 🔄 Bidirektionale Leistung: Strom kann vom Laptop zum Telefon und umgekehrt fließen.
• 🔌 Universalität: Ein USB-C-Kabel kann Phones, Tablets, Laptops, Monitore und andere Geräte.

Hinweis: USB PD wird hauptsächlich mit dem USB-C-Stecker verwendet, kann aber auch über andere Stecker funktionieren, wenn spezifische Implementierung.

Wofür wird Power Delivery verwendet:

• Aufladen von Phones und Laptops (z.B. MacBook, Dell XPS, Lenovo Thinkpad).
• Stromversorgung von Monitoren und Dockingstationen über USB-C.
• Reduzieren Sie die Anzahl der Ladegeräte und Kabel - ein Adapter für alles.

In der Praxis bedeutet das, dass ich meinen Laptop über den Monitor mit Strom versorge, wenn ich zu Hause arbeite, und ich benutze nicht das Originalnetzteil für den Laptop. Auf Reisen verwende ich das leistungsstarke USB-Netzteil meines Telefons, um meinen Laptop mit Strom zu versorgen, denn dieses Netzteil ist klein und leicht und hat ausreichend Leistung.

Was das USB-Netzteil unterstützt, steht in der Dokumentation und ist oft auch auf dem Etikett des USB-Netzteils angegeben. Achten Sie auf "USB-C PD", "Power Delivery", und achten Sie auf die maximale Nennleistung des USB-Netzteils (Ladegerät), zum Beispiel 65W PD. Die Spannung, die es liefern kann, ist ebenfalls eine wichtige Information, denn Laptops brauchen 19 V - geeignete USB-Netzteile sind meist mit 20 V angegeben.

Leistungsbeispiele:

Spannung	Strom	Leistung
5 V	3 A	15 W
9 V	3 A	27 W
20 V	5 A	100 W
48 V	5 A	240 W (USB PD 3.1 Extended)

Ein Handy-Netzteil, das keinen Laptop mit Strom versorgen kann, aber ein Telefon schnell aufladen kann:

Ein Handy-Netzteil, das auch einen Laptop mit Strom versorgen kann. Denn es kann sogar 20 V am Ausgang liefern.

Original-Netzteil für Lenovo Thinkpad Notebook:

Vielseitige USB Power Delivery (USB PD)

Glaubenssätze	Jahr der Ausgabe	Maximale Leistung	Hauptmerkmale
USB PD 1.0	2012	10 W - 100 W (5 V bis 20 V, 2 A bis 5 A)	Basisspannungsschaltung; eingeschränkte Kompatibilität
USB PD 2.0	2014	100 W	Integration mit USB Typ-C; Einführung von Spannungs- und Stromprofilen
USB PD 3.0	2015	100 W	Einführung von PPS (Programmable Power Supply), besseres Lademanagement
USB PD 3.1	2021	240 W (Erweiterter Leistungsbereich - EPR)	Erweiterte Leistung (48V, 5A), Unterstützung für größere Geräte wie Laptops

Was ist Quick Charge

Es gibt noch die Quick Charge Technologie. Quick Charge ist eine Schnellladetechnik von Qualcomm, die vor allem für für Geräte mit deren Prozessoren (z.B. Snapdragon). Sie ermöglicht es Ihnen, die Ladezeit Ihres Telefons oder Tablets zu verkürzen, indem Sie indem man die Spannung oder den Strom erhöht.

Hauptmerkmale:

• ⚡ Schnelleres Laden als über Standard-USB
• 🔌 Funktioniert über Standard USB-A oder USB-C (je nach Version)
• 📱 Am häufigsten in Handys mit Qualcomm Snapdragon Chips
• 🔋 Kompatible Geräte sprechen mit dem Ladegerät und wählen die ideale Spannung

Quick Charge Version im Überblick:

Glaubenssätze	Maximale Leistung	Anmerkungen
QC 1.0	10 W	Nur höherer Strom
QC 2.0	18 W	Einführung einer höheren Spannung (5V, 9V, 12V)
QC 3.0	18 W	Dynamische Spannung (3,6V-20V)
QC 4.0 / 4+	27 W und mehr	USB Power Delivery Unterstützung
QC 5.0	100 W+	Sehr schnelles Laden, USB PD-Unterstützung, mehrere Zellen gleichzeitig

Vergleich Schnellladung vs. Power Delivery

• Quick Charge ist der geschlossene Standard von Qualcomm
• Power Delivery ist offen und vielseitiger
• Beide Technologien können zusammenarbeiten - QC 4.0+ unterstützt auch USB PD

Notebook-Stromanschluss

Ein typischer Laptop-Stromanschluss hat eine runde Form und eine Spannung von 19 V. Er wird meist als Gleichstromstecker 🔌 bezeichnet. Allerdings ist er nicht immer gleich und auch nicht rund. Viele Laptops von HP, Asus und Acer hatten den gleichen Anschluss mit der gleichen Polarität und Spannung von 19 V. So konnte ich die Netzteile dieser Laptops in meinem compal FL90 Laptop verwenden.
Allerdings sind die gleich aussehenden Stecker möglicherweise nicht kompatibel - sie können sich in Größe und Polarität unterscheiden. Einige Stecker enthalten einen Smart Chip oder einen dritten Kontakt (z.B. Dell).

🧾 Grundlegende Informationen:

• Wird in Notebook-Netzteilen verwendet, oft mit einer Spannung von 19 V.
• Typische Bezeichnung: DC-Stecker oder Fassstecker.
• Besteht aus zylindrischem Außengehäuse und innenliegendem Stift.
• Die Abmessungen werden als Innendurchmesser × Außendurchmesser angegeben - z.B. 5,5 × 2,5 mm.

📦 Beispiele für Abmessungen (nach Hersteller):

Hersteller	Anschlussmaße (mm)	Hinweis
HP	4,8 × 1,7 oder 7,4 × 5,0	Neuere Modelle haben eine blaue Mitte
Lenovo	5,5×2,5/USB-C	Ältere Modelle haben einen Schaft, neuere USB-C
Dell	7,4×5,0	Mit Mittelstift
ASUS/Acer	5,5 × 2,5 oder 4,0 × 1,35	Abhängig vom Modell
Toshiba	5,5 × 2,5	Standardgröße

Lenovo ThinkPad Stromanschlüsse

Das Unternehmen mit dem größten Durcheinander bei den Steckern ist IBM, später Lenovo, die fast immer eine besondere Art von Steckern verwendeten. Lenovo ThinkPad Laptops haben in den verschiedenen Generationen verschiedene Arten von Stromanschlüssen verwendet. Im Folgenden finden Sie eine grundlegende Übersicht.

1. 🔌 Runder Gleichstromanschluss (barrel connector)

In alten Laptops hatte er einen großen gelben Rundstecker.

• Zeitraum: bis etwa 2013 (z.B. ThinkPad T410, T420, T530)
• Abmessung: 7,9 mm Außen- / 5,5 mm Innendurchmesser mit Mittelstift
• Spannung: 20 V
• Hinweis: Aussehen ähnlich wie bei anderen Marken, aber möglicherweise nicht kompatibel

2. 🟨 Rechteckiger "Slim Tip" (gelber Stecker)

Danach wechselte sie zu einem sehr untypischen quadratischen Stecker.

• Zeitraum: ab ca. 2013 (z.B. T440, T460, T480, X260, L580)
• Form: rechteckig, innen gelber Kunststoff
• Spannung: 20 V
• Bezeichnung: Lenovo Slim Tip / Rechteckige Spitze
• Wattleistung: 45W, 65W, 90W, 135W Adapter

3. ⚡ USB-C (Power Delivery)

Erfreulicherweise ist man heute auf den Standard USB-C umgestiegen.

• Zeitraum: ab ca. 2018-2019 (z.B. T490, T14, X1 Carbon Gen 6+)
• Standard: USB-C Power Delivery (PD)
• Vorteil: Universell für mehrere Geräte (Laptop, Telefon, Tablet)
• Leistung: typischerweise 65W oder 100W PD-Adapter

Wichtig für die richtige Stromversorgung des Laptops

Um den Laptop richtig mit Strom zu versorgen, ist es wichtig sicherzustellen, dass das Netzteil den Anforderungen des Geräts entspricht. Die wichtigsten Parameter sind Spannung (V), Stromstärke (A) und Anschlusstyp. Die Spannung muss gleich mit den Anforderungen des Notebooks sein, der Strom kann niedriger sein als auf dem mitgelieferten Original-Netzteil, aber dann muss das Notebook nicht nachgeladen werden, wenn das Notebook mit maximaler Leistung betrieben wird. Zu beachten ist auch die richtige Steckerpolarität - die meisten Laptops haben innen Plus und außen Minus außen. Die Verwendung eines falschen Adapters kann zu Nichtfunktionalität, Beschädigung des Akkus oder des Gerätes selbst führen. Es wird empfohlen, Original- oder zertifizierte Ersatznetzteile zu verwenden. Aber der Fachmann kann mit nicht zertifizierten Netzteilen umgehen.

Betreiben Sie Ihren Laptop unterwegs mit einer Blei-Akku-Autobatterie

Auf Reisen ist die Stromversorgung eines Laptops oft eine Herausforderung, insbesondere wenn keine herkömmliche Steckdose zur Verfügung steht. Eine ältere Bleisäure-Autobatterie ist eine effektive Lösung für die Stromversorgung eines Laptops. Da die Spannung einer Blei-Säure-Batterie jedoch in der Regel niedriger ist (12 V), muss ein Gleichspannungswandler verwendet werden, der die Spannung umwandelt auf die für den Laptop benötigten Werte umwandelt, in der Regel 19 V oder 20 V, je nach Modell des Geräts.

Als nächstes ist es wichtig, das richtige Kabel und den richtigen Stecker auszuwählen, der zum Stromeingang des Laptops passt, und darauf achten, dass der Wechselrichter eine ausreichende Leistung liefert (z. B. 60 W, 90 W oder mehr, je nach Anforderungen des Laptops). Wechselrichter sollten auch Überlast-, Überspannungs- und Kurzschlussschutz für einen sicheren Gebrauch haben.

Mit einem hochwertigen DC-DC-Wandler und einem passenden Akku kann der Laptop auch auf langen Reisen abseits der Zivilisation mit Strom versorgt werden, Aber man sollte immer bedenken, dass Bleiakkus schwer sind und eine begrenzte Kapazität haben, deshalb ist es wichtig Daher ist es wichtig, das Aufladen und die Ausdauer so zu planen, dass der weitere Betrieb des Geräts nicht beeinträchtigt wird.

Betreiben Sie Ihren Laptop mit einer Batterie für unterwegs

Wenn Ihr Laptop über USB-C. mit Strom versorgt wird, ist eine Powerbank mit ausreichender Kapazität und Leistung benötigt. Um Kompatibilität zu gewährleisten, ist es wichtig, dass die Powerbank eine Ausgangsspannung unterstützt, die den Anforderungen des Laptop - typischerweise 20V über USB-C Power Delivery oder spannungs-umschaltbarer Gleichstromausgang. Ein geeignetes Kabel muss ebenfalls vorhanden sein. Ein beliebiges USB-C-Kabel kann nicht verwendet werden.

Ich habe eine spezielle Platte mit einer Elektronik gekauft, die als Step-up-Step-down-Pulser für diese Zellen funktioniert Stabilisator und unterstützt Power Delivery, dank des XPM52C-Chips. So mit einem min 20V Eingangsspannung, sollte es bis zu 65W Leistung für den Betrieb oder das Aufladen bieten.

Platte auf Aliexpress gekauft:

Wenn ich es an eine 12V-Batterie anschließe, kann es meinen neuen Lenovo Thinkpad P14S Arbeitslaptop ohne Probleme mit Strom versorgen.

Kundenindividuelle Lösung

Auch Sie können ein Netzteil für Ihre Bedürfnisse herstellen. Dazu müssen Sie etwas Elektrotechnik studieren und die Dokumentation lesen.

Ja, ich habe an der CTU, Fakultät für Elektrotechnik, studiert und beschäftige mich seit Jahren mit Elektrotechnik. Allerdings biete ich keine Entwicklung von elektrotechnischen Projekten an. Ich biete jetzt hauptsächlich Dienstleistungen im IT-Bereich an. Wenn Sie also ein elektrotechnisches Projekt in Angriff nehmen wollen, kann ich aus der Perspektive der Architektur und Softwareentwicklung mitwirken. Für die Elektronikentwicklung biete ich nur Beratung an. Sie können mich über E-Mail oder Kontaktformular kontaktieren.