USB: Strom und Spannung messen (Volt und Ampere) - ganz einfach

Johannes Kneussel 6

Wie viel Volt und Ampere stellt eigentlich ein USB-Anschluss zur Verfügung? Welche Unterschiede gibt es zwischen reinen Ladegeräten und USB-Ports an einem PC? Und wie genau kann man Spannung und Stromstärke nachmessen? Gibt es dafür einfache Hilfsmittel? Antworten auf diese Fragen gibts im Artikel.

USB 2.0 und 3.0 - Alles Wichtige zu den Standards.

USB-Strom und -Spannung: Wie viel Volt und Ampere gibts über USB?

Die Volt, mit deinen ein Gerät über USB geladen wird, sind immer gleich: So wie eine Steckdose 230 V hat, kommt ein USB-Ladegerät oder -Anschluss mit einer Spannung von 5 Volt daher. Natürlich gibt es leichte Schwankungen, in den USB-Spezifikationen findet man eine Toleranz von 4,75 bis 5,25 Volt. Größere Schwankungen sind aber nicht vorgesehen und können zu schweren Schäden an den Geräten führen (siehe weiter unten).

Die Ampere, also die Stromstärke, die über eine USB-Leitung fließen kann, ist wesentlich flexibler. Sie geht im Prinzip bei 0 los (wenn gar nicht geladen wird). Schließt man ein Smartphone an einen PC an, werden in der Regel zunächst höchstens 100 mA, also 0,1 A übertragen, maximal 0,5 A  nach einer Kommunikation zwischen den Geräten.

Mehr unterstützt ein „normaler“ USB-Anschluss nicht. Bei USB 3.0 sind es immerhin zuerst 150 mA und schließlich 0,9 A. Zum Laden heutiger Smartphones ist das allerdings immer noch recht wenig. Schließt ihr euer Smartphone also an den PC zum Laden an, dauert es in der Regel deutlich länger, bis das Gerät voll geladen ist.

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Mehr Ampere mit Charging Port

Es gibt, noch gar nicht so lange, einen Standard für USB-Ladegeräte (seit 2007). Das sind solche, die aus einem Adapter und einem USB-Kabel bestehen, die man daran anschließt. Der Standard heißt Charging Port und er ermöglicht es Smartphones, mehr als 500 bzw. 900 mA aus dem USB-Kabel bzw -Port zu ziehen.

Das Ladegerät besitzt dafür eine komplexe Erkennungsmechanik (stark vereinfacht ausgedrückt), das Smartphone erkennt beim Anschließen, dass es an einen Charging Port angeschlossen ist und mehr Ampere ziehen kann. Offiziell zugelassen ist der Standard mittlerweile bis 5 A bei entsprechender Hardware (mehr Infos im nächsten Abschnitt). Die Mindeststromstärke liegt bei 500 mA.

Der Einfachheit halber sprechen wir hier nur von Charging Port, obwohl es streng genommen noch Unterschiede hinsichtlich dieses Ports gibt und Apple, Sony und Samsung hier teilweise sogar eigene Erkennungsmechanismen implementieren. Da aktuelle, gute Ladegeräte diese Standards oftmals unterstützen, sprechen wir nur von Charging Port.

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Übrigens:

  • Es macht nichts, wenn das Ladegerät mehr Ampere anbietet, als das Smartphone oder ein anderes Gerät benötigt: Das Smartphone holt sich maximal so viel Ampere, wie es verarbeiten kann. Allerdings: Mit je mehr Ampere man lädt, desto schneller verschleißt der Akku.
  • Zu wenig Ampere von einem Ladegerät können andererseits zu Problemen führen. Man sollte immer darauf achten, dass dieses auch so viel Strom liefern kann, wie ein Smartphone oder anderes mobiles Gerät benötigt. Sonst kann es passieren, dass nicht geladen wird oder im schlimmsten Fall auch zu Defekten und Brandgefahr – vor allem bei Billig-Geräten. Im Zweifelsfall also immer beim Hersteller des Ladegerätes nachfragen, ob man auch Geräte laden kann, die eigentlich mehr Ampere ziehen als geboten. Vor allem bei älteren Ladegeräten kann es hier zu Problemen kommen, da diese oft noch sehr wenig Leistung boten.

Zum Thema:

Welche Stromstärke unterstützt ein USB-Kabel maximal?

Charging Ports können maximal 5 A bieten. Alte USB-Kabel und  vor allem Stecker können hier eine „Engstelle“ darstellen, da sie eigentlich nur auf eine maximale Stromstärke von 1,5 A ausgelegt sind. Habt ihr also Ladegeräte, die mehr als 1,5 A liefern, nutzt nur das Original-Ladekabel (wie beim iPad Air) oder versichert euch beim Hersteller anderer USB-Kabel, ob diese höhere Amperestärken auch unterstützen. Im Zweifelsfall also immer nachfragen, bevor es zu Kabelbrand kommt. Alte Kabel sollte man prinzipiell nicht für Ladevorgänge mit hoher Stromstärke nutzen.

Noch mehr Strom mit USB Typ-C und Power Delivery

Noch mehr Strom gibt es übrigens auch mit dem neuen Stecker-Typ C, neben 500 und 900 mA sind bis zu 3 Ampere möglich, über die Power-Delivery-Spezifikation sogar bis zu fünf Ampere bei 20 Volt und damit hohe 100 Watt.

usb-spannung

  • USB 2.0 und USB 3.1 liefern mit 500 bzw. 900 mA am wenigsten Strom (die typischen Ports am PC).
  • Charging Ports (hier unter BC 1.2) können bis zu 1,5 Ampere, mit entsprechender Hardware (Ladegerät, Kabel) auch bis zu 5 A liefern. Besonders USB-Mehrfachladegeräte unterstützen häufig Stromstärken bis zu 2,4 Ampere pro Port, mehr Leistung ist sehr selten.
  • USB-Kabel des Typs C können (müssen aber nicht) zusützlich 1,5 oder 3 A bereitstellen,
  • während mit der ebenfalls mit USB 3.1 eingeführten Spezifikation Power Delivery bis zu 100 Watt (5 A + 20 V) möglich sind.
  • Da ein Kabel mit Stecker-Typ C auch mit USB-2.0-Spezifikationen ausgeliefert werden kann, sind hier Unterschiede von 2,5 Watt (0,5 A * 5 V) bis zu 100 Watt (5 A * 20 V) möglich.
  • Typ-C-Kabel sind (mit kleineren Ausnahmen) für 3 A (und teilweise mehr) ausgelegt.

Hier seht ihr die verschiedenen Stromstärken und Spannungen noch einmal sortiert nach ihrer Höhe:

usb-spannung-power-delivery

Und in welchem Bereich liegt die Spannung? Immer bei 5 Volt?

Jein, die Spannung liegt generell bei 5 Volt, aber es gibt Abweichungen von +/- 5 Prozent und mehr. Vereinfacht gesagt variiert die Spannung bei USB-Anschlüssen von 4,4 bis 5,25 Volt (hängt auch vom Anschluss-Typ ab), nach den neuesten Spezifikationen sogar bis 5,5 Volt. Dazu kommt ein Spannungsverlust im USB-Kabel.

5,5 Volt sind überraschend, da die Geräte ja auf 5  Volt ausgelegt sind, und man davon ausgehen kann, dass 5,5 Volt hier zu Schäden führen können. Tatsächlich ist es so, dass sich die USB IF (die Kooperation verantwortlich für den Standard) dieser Tatsache bewusst ist und schreibt, dass man sich über die Konsequenzen für Geräte nicht ganz im Klaren ist.

Mehr Volt Gefahr für mobile Geräte?

Das sei aber nur halb so wild, da einiges an Spannung durch das Kabel verloren geht, so der Zusammenschluss aus verschiedenen Unternehmen. Tatsache ist, dass es bis jetzt kaum Anschlüsse gibt, die wirklich 5,5 Volt liefern. Falls dies in der Zukunft der Fall ist, wovon wir ausgehen, ist es fraglich, ob ältere Geräte hier Probleme bekommen werden.

Der Grund für die Anhebung ist übrigens der, dass USB Typ C (der Stecker, der in beide Richtungen reingeht) diese Spannung unterstützt. Um die beiden Spezifikationen (Typ C und USB 2.0) anzugleichen, wird auch bei USB 2.0 die Spannung angehoben. Es wird auch Typ-C-Kabel für USB 2.0 geben (mit weniger Adern), obwohl dieser Anschlusstyp eigentlich für USB 3.1 gedacht ist und dieses als einziger Typ voll unterstützen.

Die Erhöhung bei Typ C beruht wiederum auf der Tatsache, dass Kabel und Stecker hier mindestens 3 A unterstützen müssen und die Spannung erhöht werden soll, um ein befriedigendes Ladeergebnis zu erzielen.

Strom und Spannung messen: So gehts

Die aktuelle Stromstärke am Smartphone zu messen, ist gar kein Problem. Egal, ob das Handy gerade geladen wird oder nicht, mit diversen Apps kann man sich den Verbrauch oder die Lademenge in mA anzeigen lassen.

Das geht beispielsweise mit der kostenlosen App Akku – Battery:

Akku - Battery
Entwickler:
Tomas Hubalek
Preis: Kostenlos

Die App hat allerdings das Problem, dass sie alle mA-Angaben in Grün anzeigt, auch wenn aktuell kein Ladegerät angeschlossen ist und die mA, die in Grün angezeigt werden, den aktuellen Verbrauch anzeigen.

Eine Alternative ist Battery Monitor Widget Pro. Die App ist zwar recht hässlich und kostet knapp drei Euro, dafür auch wesentlich umfangreicher und zeigt den aktuellen mA-Verbrauch auch korrekt in Rot an. Außerdem kann man einsehen, ob das Smartphone über USB oder AC geladen wird.

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3C Battery Monitor Widget Pro
Entwickler:
GSam Labs
Preis: 1,99 €

Strom und Spannung mit Messgeräten messen

Wenn ihr nicht nur den mA-Einfang am Smartphone messen möchtet, sondern direkt messen möchtet, wie viel Spannung und Stromstärke ein Ladegerät oder ein externer Akku zur Verfügung stellen bzw. wie viel dann auch wirklich ankommen, dann könnt ihr dies auch mit speziellen USB-Messgeräten tun. Diese sind nicht einmal wirklich teuer.

Handy-Akkus richtig laden: Tipps zur Akkupflege

Mit diesem Gerät könnt ihr messen, wie viel Spannung und Strom durch ein Kabel fließen: .

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Das zweite Gerät unterstützt auch den Anschluss von Micro-USB-Kabel. Das kann praktisch sein, wenn man sehen möchte, wie viel Ampere und Volt durch ein Ladekabel für ein Smartphone verloren gehen: . (Beachtet bitte, dass beide Artikel unter der gleichen URL bei Amazon gespeichert sind, obwohl es unterschiedliche Geräte sind, der zweite Tester ist über den Button „White 3V-7V“ erreichbar.)

Das macht Sinn, da USB-Kabel nicht gleich USB-Kabel ist – hier gibt es große Qualitätsunterschiede. Außerdem kann das Gerät auch die mAh eines Akkus messen, den dieser zur Verfügung stellen kann. Äußerst praktisch, wie wir finden.

messgerät

Der Preis für die Geräte beträgt unter 10 Euro.

Beachtet allerdings, dass diese Geräte keine eigene Energieversorgung haben und deswegen etwas am Ladestrom knabbern. Deswegen und weil es ohnehin nicht die aller genausten sind, empfehlen wir ein Messgerät mit einer eigenen Energieversorgung und höherer Messgenauigkeit:

messgerät

 

Dieses feine Teil , bietet dafür aber auch eine Messgenauigkeit von 0.0001 A und 0.0001 V, zusätzlich bringt es eine eigene, wiederaufladbare Batterie mit. Wir hatten das Gerät selbst schon in Verwendung und sind angetan, zeigt es neben A und V auch mAh und Wattzahlen an und hat ein beleuchtetes Display.

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