Höhere Leistungen lassen sich nicht allein über größere Ströme übertragen, weil Leitungen und Stecker dafür Grenzen setzen. Deshalb wurde die Ladeschnittstelle um höhere Spannungsstufen erweitert. Dieser Beitrag erklärt, wie die Stufen 28 V, 36 V und 48 V zustande kommen, was sie technisch voraussetzen und was daraus für Projekte folgt.
Kurzantwort: Wie erreicht die Spezifikation diese Spannungen?
Durch eine Erweiterung des bestehenden Verfahrens.
Mit der zusätzlichen Ausbaustufe wurden weitere feste Spannungsstufen und ein einstellbarer Bereich definiert, wobei höhere Leistungen über höhere Spannungen statt über höhere Ströme erreicht werden.
Der Grund für diesen Weg ist physikalisch. Verluste in Kabel und Steckverbinder steigen mit dem Quadrat des Stroms. Wird dieselbe Leistung bei höherer Spannung übertragen, sinkt der Strom und damit der Verlustanteil. Dadurch bleiben Leitungsquerschnitt und Steckerabmessungen beherrschbar.
Ein zweiter Grund ist die Bauform. Höhere Spannungen erlauben es, dieselbe Leistung mit dünneren Leitungen zu übertragen. Für mobile Geräte ist das entscheidend, weil Kabel und Stecker klein bleiben müssen.
Für Nutzer bedeutet das: Netzteile mit Leistungen über 100 W arbeiten mit höheren Spannungen als ältere Modelle, und die erreichbare Stufe hängt davon ab, ob das Gerät sie anfordert und das Kabel sie meldet.
Der Ablauf: von der Quelle zum Verbraucher
Die Übertragung beginnt nicht mit der höchsten Stufe. Zuerst tauschen Netzteil und Gerät Informationen über die Konfigurationskanäle des Steckers aus. Das Netzteil meldet seine Möglichkeiten, das Gerät wählt eine davon aus, und die Quelle stellt den Ausgang entsprechend ein.
Erst danach fließt die höhere Leistung. Wird keine Vereinbarung getroffen, bleibt der Ausgang auf der niedrigen Grundstufe. Das Verfahren beschreibt das USB Implementers Forum in den Spezifikationen zu Power Delivery.
Für die erweiterten Stufen läuft dieselbe Aushandlung ab, nur mit zusätzlichen Nachrichten: Das Gerät fragt eine der höheren Stufen an, die Quelle bestätigt sie, und erst danach wird der Ausgang umgestellt. Wichtig ist die Reihenfolge, weil die Spannung nicht sprunghaft wechselt, sondern innerhalb der vereinbarten Grenzen angefahren wird. Meldet das Kabel keine ausreichende Stromtragfähigkeit, lehnt die Quelle die höhere Stufe ab und bleibt bei einem niedrigeren Wert. Für Projekte bedeutet das, die Kennzeichnung des Kabels in die Kompatibilitätsprüfung aufzunehmen, weil sie über die erreichbare Stufe mitentscheidet.
Welche Stufen und Werte unterschieden werden
Für die Praxis ist die Unterscheidung zwischen festen Stufen und dem einstellbaren Bereich entscheidend. Beide werden im Netzteil getrennt ausgewiesen.
| Gruppe | Werte | Bedeutung |
|---|---|---|
| feste Stufen im Standardbereich | 5 V, 9 V, 15 V, 20 V | Grundlage für Telefone, Tablets, Notebooks bis 100 W |
| programmierbarer Bereich | Feinanpassung innerhalb von Grenzen | geringere Wandlungsverluste im Gerät |
| erweiterte feste Stufen | 28 V, 36 V, 48 V | Grundlage für Leistungen über 100 W |
| einstellbarer Bereich oberhalb | Anpassung zwischen festgelegten Grenzen | flexible Anpassung an die Anforderung des Geräts |
Die höheren Werte sind nicht frei wählbar: Sie folgen der Spezifikation und müssen von beiden Seiten unterstützt werden. Ein Netzteil, das diese Stufen bereitstellt, kann einem Gerät mit niedrigerer Anforderung trotzdem nur niedrigere Werte liefern.
Für die Praxis ist deshalb die Angabe der unterstützten Stufen entscheidend. Eine hohe Nennleistung ohne Angabe der Stufen lässt offen, welche Betriebszustände tatsächlich möglich sind.
Warum höhere Spannungen andere Technik erfordern
Höhere Spannungen stellen andere Anforderungen an die Bauteile. Kondensatoren müssen für die Spannung ausgelegt sein, die Isolationsabstände werden größer, und die Schaltung muss die höheren Stufen stabil halten. Das erhöht den Aufwand in der Auslegung.
Zweitens wächst die Bedeutung der Sicherheit. Für Netzteile am Netz gilt in der EU über die Eingangsspannung die Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU; für Geräte der Informations- und Unterhaltungselektronik beschreibt die Norm IEC 62368-1 Sicherheitsanforderungen. Ergänzend bewerten Prüfstellen wie TÜV Rheinland und UL Solutions nach definierten Verfahren.
Drittens ändert sich die Kabelseite. Höhere Leistungen erfordern Leitungen mit elektronischer Kennzeichnung, weil das Netzteil sonst nicht erfährt, welcher Strom zulässig ist. Ohne diese Kennzeichnung wird die oberste Stufe nicht freigegeben.
Was das für Nutzer bedeutet
Für Nutzer ändert sich im Alltag wenig, solange die Geräte die höheren Stufen nicht anfordern. Ein Telefon lädt an einem Netzteil mit erweiterten Stufen mit seiner eigenen Anforderung; ein Notebook mit hohem Bedarf profitiert dagegen tatsächlich.
Zwei Punkte sind dennoch wichtig: Das Kabel muss die Stufe übertragen können, und das Netzteil muss die Stufe bereitstellen. Fehlt eines von beiden, bleibt die Ladung unter dem möglichen Wert, ohne dass eine Meldung erscheint.
Für die Auswahl eines Netzteils ist damit eine kurze Prüfung möglich: Wird die höchste Stufe des Zielgeräts unterstützt, und ist das Kabel entsprechend ausgelegt?
Wie sich die Stufen von verwandten Verfahren unterscheiden
„USB 3.1“ beschreibt Datenraten und nicht das Laden; die Bezeichnung ist also nicht mit Power Delivery gleichzusetzen. Ebenso beschreibt USB-C nur Stecker und Buchse, nicht die Aushandlung. Diese drei Begriffe werden häufig vermischt, obwohl sie verschiedene Ebenen betreffen.
Für die Auswahl heißt das, die Angaben zu trennen: Anschlussform, Datenübertragung und Ladeverfahren. Nur das Ladeverfahren bestimmt, welche Spannungsstufen und damit welche Leistung möglich sind.
Ein zweiter Punkt betrifft die Verwechslung mit herstellereigenen Verfahren. Diese erreichen teilweise höhere Werte, funktionieren aber nur mit passendem Zubehör. Für Zubehörprojekte ist deshalb die standardisierte Schnittstelle die verlässlichere Grundlage.
Für die Praxis bleibt damit eine kurze Zusammenfassung: Höhere Spannungen lösen das Verlustproblem bei hohen Leistungen, erfordern aber passende Bauteile, gekennzeichnete Kabel und eine erweiterte Prüfung.
Ein zweiter Punkt betrifft die Prüfung. Für Netzteile mit erweiterten Stufen gehören neben den festen Werten auch der einstellbare Bereich und das Verhalten bei Lastwechseln in den Prüfbericht. Nur so lässt sich belegen, dass die höheren Stufen nicht nur nominell, sondern auch im Betrieb verfügbar sind.
Für die Auswahl eines Netzteils in dieser Klasse ist deshalb eine kurze Liste sinnvoll: unterstützte Stufen, Leistung pro Port, Aufteilung, Kabelausführung und Angaben zur Dauerlast.
Ein dritter Punkt betrifft die Kompatibilität in beide Richtungen. Ein Netzteil mit erweiterten Stufen bleibt für Geräte mit niedrigerer Anforderung uneingeschränkt nutzbar, weil die Aushandlung immer bei der Grundstufe beginnt. Der umgekehrte Fall ist dagegen begrenzt: Ein Gerät mit hoher Anforderung erhält an einem Netzteil ohne erweiterte Stufen nur eine niedrigere Stufe, was sich als längere Ladezeit zeigt.
Woran man ein geeignetes Netzteil erkennt
Für die Auswahl sind fünf Angaben entscheidend. Sie beantworten die Frage, ob ein Netzteil die benötigte Klasse tatsächlich liefern kann.
- unterstützte Stufen einschließlich der erweiterten Werte
- Leistung pro Port
- Aufteilung bei gleichzeitiger Nutzung
- Kabelausführung mit Kennzeichnung im Lieferumfang
- Angaben zur Dauerlast und zur Wärmeabgabe
Für den Zielmarkt kommen Nachweise hinzu: Für externe Netzteile nennt die Ökodesign-Verordnung (EU) 2019/1782 Effizienzanforderungen, und nach der Darstellung der EU-Kommission zur CE-Kennzeichnung gehört die Konformitätserklärung zur Lieferung.
Für OEM und Handel: höhere Spannungsstufen
Für Projekte verschiebt sich der Aufwand von der Leistungsangabe zur Auslegung: höhere Spannungen erfordern passende Bauteile, größere Isolationsabstände und eine Prüfung der höheren Stufen. Für ein Sortiment ist die Klasse oberhalb von 100 W deshalb eine eigene Position mit eigenem Prüfumfang.
Für Projekte bietet Shenzhen Wecent Technology (Marke WECENT) GaN-Netzteile von 20 W bis 240 W mit Power Delivery und PPS an. Genannt werden eine Mindestbestellmenge ab 200 Stück pro Modell, ein Qualitätssystem nach ISO 9001 und eine Garantie von zwei Jahren; die Zertifizierungen richten sich nach dem Modell. Programme stehen unter GaN-Ladegeräte, der Ablauf unter OEM/ODM und Prüfhinweise unter Qualitätskontrolle.
FAQ: usb pd 3.1 28v 36v 48v
Welche Spannungen werden bei USB-PD unterstützt?
Im Standardbereich sind es feste Stufen bis 20 V, dazu kommt ein programmierbarer Bereich. Für höhere Leistungen wurden weitere feste Stufen eingeführt, darunter 28 V, 36 V und 48 V, sowie ein einstellbarer Bereich. Welche Stufen verfügbar sind, hängt vom konkreten Netzteil ab.
Was ist der Unterschied zwischen USB-C und PD?
USB-C beschreibt Stecker und Buchse, Power Delivery das Verfahren zur Aushandlung der Ladeleistung. Ein USB-C-Anschluss ohne Aushandlung liefert nur die Grundstufe. Für hohe Leistungen müssen beide Seiten dasselbe Verfahren und dieselbe Stufe unterstützen.
Was heißt PD bei einem Ladegerät?
Die Abkürzung steht für Power Delivery und bezeichnet die Fähigkeit, eine Ladevereinbarung auszuhandeln. Das Gerät fordert Spannung und Strom an, das Netzteil bestätigt sie. Ohne diese Vereinbarung bleibt der Ausgang auf der niedrigen Grundstufe.
Ist USB 3.1 das Gleiche wie USB-C?
Nein. USB 3.1 beschreibt Datenraten und Übertragungsverfahren, USB-C nur die Bauform des Anschlusses. Für das Laden ist zusätzlich das Ladeverfahren entscheidend. Diese drei Ebenen sind unabhängig voneinander und sollten getrennt gelesen werden.
Für eine Einschätzung, welche Stufen und welche Dauerlast ein Projekt erfüllen muss, lassen sich Zielgeräte und Märkte über das Kontaktformular übermitteln.