Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stromzufuhr für USB-Geräte per Schaltung steuern


von Markus A. (mabam)


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Hallo liebes Forum!

Ich habe einen unbenutzten Lüfteranschluss im BIOS auf eine konstante 
Geschwindigkeit eingestellt, was zur Folge hat, dass er stabil 6,2 V 
liefert. Wenn der Lüfteranschluss Strom liefert, sollen auch zwei 
externe USB-Geräte (eine Maus [max. 100 mA] und eine Webcam [max. 200 
mA]) Strom haben. Ansonsten soll dieser automatisch unterbrochen werden, 
also bei ausgeschaltetem Rechner und im Standby.

Ich habe mir überlegt, den beiden Geräten an den entsprechenden 
USB-Anschlüssen kurze USB-2-Verlängerungskabel vorzuschalten, deren rote 
Spannungsdrähte von einer kleinen Schaltung unterbrochen sind. Diese 
soll dafür sorgen, dass Strom fließen kann oder eben nicht, abhängig 
davon, ob Spannung am Lüfteranschluss anliegt, mit dem die Schaltung 
ihrerseits dann wieder verbunden ist.

Ich habe über die Monate schon mehrere Anläufe für dieses Projekt 
unternommen, komme mit den online gefundenen Infos aber einfach nicht 
weiter, weil ich kaum Ahnung von Schaltungen/elektronischen Bauteilen 
und den ganzen zugehörigen Bezeichnungen habe. Die Bauteile zu besorgen 
und letztendlich alles zusammenzulöten ist wiederum nicht das Problem.

Wenn ich nicht ganz falsch liege, brauche ich einen MOSFET, oder? Aber 
was sonst noch und wie muss eine komplette Schaltung aussehen?

Es wäre sehr nett, wenn mir da jemand helfen könnte.

Markus

: Bearbeitet durch User
von Εrnst B. (ernst)


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Markus A. schrieb:
> Ansonsten soll dieser automatisch unterbrochen werden,
> also bei ausgeschaltetem Rechner und im Standby.

-> Kannst du das nicht einfach für die entsprechenden Geräte selber 
einstellen?
Gerätemanager -> Gerät -> ... -> "Darf Computer aus Standby wecken"=Nein 
oder so.

Und evtl. (das kann aber auch im Bios sein): "USB-Buchse (als 
Ladegerät-Ersatz) dauerhaft mit Strom Versorgen" auf Nein.

von DAVID B. (bastler-david)


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Soweit ich weis werden NICHT alle USB Anschlüsse mit stromversorgt wenn 
der PC aus ist oder im Standby.

Gucke mal was das uefi/Bios hergibt,
Um welches Mainboard geht es überhaupt?
Windows ?

Und nur mal am Rand wenn du USB Geräten den Strom klauen willst die 
Daten Leitungen aber verbunden bleiben KÖNNTE das zu Problemen führen.

von Markus A. (mabam)


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Vielen Dank für eure schnellen Reaktionen.

Auf der Kiste läuft macOS, da lässt sich nichts entsprechendes 
einstellen. Auch im BIOS finde ich keine entsprechenden Optionen. Das 
Mainboard ist ein Gigabyte H370M D3H.

Die USB-Anschlüsse habe ich bei ausgeschaltetem Rechner allesamt 
durchprobiert. Sie geben alle Strom.

DAVID B. schrieb:
> Und nur mal am Rand wenn du USB Geräten den Strom klauen willst die
> Daten Leitungen aber verbunden bleiben KÖNNTE das zu Problemen führen.

Danke für den Hinweis! Das heißt dann wohl, die Schaltung muss etwas 
umfangreicher werden, um auch noch die Datenleitungen zu unterbrechen, 
oder?

von Stefan F. (Gast)


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Markus A. schrieb:
> Ich habe einen unbenutzten Lüfteranschluss im BIOS auf eine konstante
> Geschwindigkeit eingestellt, was zur Folge hat, dass er stabil 6,2 V
> liefert

Bist du sicher dass ein keine pulsierende Spannung ist?

von Markus A. (mabam)


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Gute Frage … Nein, da bin ich nicht sicher.

Ich habe diesbezüglich gerade eine Frage an den Gigabyte Support 
gesendet. Aber es kann wohl eine Woche dauern, bis die antworten.

Gibt es eine Möglichkeit, das selbst schneller herauszufinden?

Notfalls müsste ich das im BIOS auf die maximale Drehzahl setzen (was 
dann 12 V ungepulst entsprechen dürfte).


P.S.: Um genau zu sein, handelt es sich bei meinem Mainboard um das 
„Gigabyte H370M D3H GSM“, aber ich kann meinen letzten Beitrag leider 
nicht mehr editieren.

: Bearbeitet durch User
von Stefan F. (Gast)


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Markus A. schrieb:
> Gibt es eine Möglichkeit, das selbst schneller herauszufinden?

Mit einem Oszilloskop.

Wenn du nur ein Multimeter hast teste ob es geeignet ist:
Stelle es auf AC 20 Volt und halte es an eine stabile DC Quelle mit mehr 
als 3 Volt. Wenn es dabei (annähernd) Null Volt anzeigt, taugt es für 
die folgende Messung:

Stelle dein Multimeter auf AC 20 Volt und messe die Spannung am 
Lüfterausgang. Wenn es (annähernd)  Null Volt anzeigt, hast du wirklich 
DC. Wenn es mehr als ein paar mV anzeigt, hast du eine pulsierende 
Spannung.

von Helge (Gast)


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Bios: CEC 2019 gesetzt und dann geschaut?

Plan B: NMOS nehmen, Gate an +12V. Mit je einem die +5V der USB2.x Ports 
schalten.

von Markus A. (mabam)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Wenn du nur ein Multimeter hast teste ob es geeignet ist:
> Stelle es auf AC 20 Volt und halte es an eine stabile DC Quelle mit mehr
> als 3 Volt.

Ich habe nur ein sehr einfaches Multimeter, bei dem ich das nicht 
einstellen kann.

Ich bin aber auf folgenden Link gestoßen: 
https://www.wer-weiss-was.de/t/pulsierende-gleichspannung-nachweisen/6384507/3

Dort wird vorgeschlagen, es mittels eines Lautsprechers zu testen. Ich 
habe hier noch einen alten, den ich zuerst mit dem Ausgang eines 
6V-Netzteils verbunden habe, um ein „Vergleichsgeräusch“ zu haben. Nur 
wenn die Drähte des Lautsprechers sich am Ausgang des Netzteils etwas 
bewegt haben, gab es ein Knacken. Ansonsten Stille. Hielt ich sie dann 
an den Lüfterausgang war es genau das gleiche Knacken und Stille, sobald 
ich sie dann ganz ruhig hielt.

Die Spannung an meinem Lüfterausgang scheint also nicht gepulst zu sein. 
Oder hältst du diesen Test für nicht sicher genug?

von Stefan F. (Gast)


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Markus A. schrieb:
> Die Spannung an meinem Lüfterausgang scheint also nicht gepulst zu sein.
> Oder hältst du diesen Test für nicht sicher genug?

Wenn die Pulsfrequenz über 15 kHz liegt kannst du nichts hören. Leider 
kennen wir die Frequenz nicht. Also nein, das reicht nicht.

von Frank K. (fchk)


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Markus A. schrieb:

> Wenn ich nicht ganz falsch liege, brauche ich einen MOSFET, oder? Aber
> was sonst noch und wie muss eine komplette Schaltung aussehen?

Du nimmst am Besten einen sogenannten Load Switch. Z.B. einen TI 
TPS2052.

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps2052.pdf

Der Chip hat
1. einen Spannungseingang. Da kommen 5V rein. 100nF direkt zwichen dem 
Pin und den GND-Pin unter Minimierung der Leiterbahnlänge.
2. Zwei Spannungsausgänge für Deine beiden USB-Ports. Die haben eine 
Strombegrenzung drin, d.h. bei mehr wie 500mA wird abgeschaltet, um 
nichts zu beschädigen. Mach da auch einen 100n und einen 47uF 
KOndensator als Puffer dran.
3. Zwei OC-Überstrom-Fehlerausgänge. Die werden aktiv, wenn ein Ausgang 
wegen Überstrom abgeschaltet wurde.
4. Zwei Schalteingänge. Eine Spannung zwischen 2 und 5.5V (mehr verträgt 
der Chip nicht) schaltet den jeweiligen Ausgang ein.

Die 5V kannst Du sicher vom Laufwerks-Stromkkabel abgreifen. Die 5V dort 
sollten auch im Standby ausgeschaltet sein. Nimm auch GND von dort, 
damit der Betriebsstrom Strom möglichst auf dem gleichen Weg 
zurückfließen kann, wo er hergekommen ist.

Im Prinzip bräuchtest Du bei Verwendung der 5V von der 
Festplattenversorgung keine weitere Elektronik, aber eine 
Überstromabschaltung ist aus Sicherheitsgründen schon sehr 
empfehlenswert.

fchk

von Peter (Gast)


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Beispiel USB-Stick Stromvesorgung in Software schalten unter Linux:

udiskctl power-off -b /dev/sdX

von Markus A. (mabam)


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Helge schrieb:
> Bios: CEC 2019 gesetzt und dann geschaut?
Dafür ist mein BIOS etwas zu alt. Und ich will es lieber nicht updaten, 
weil Hackintosh-Installationen da u. U. sensibel reagieren können.

> Plan B: NMOS nehmen, Gate an +12V. Mit je einem die +5V der USB2.x Ports
> schalten.
Die NMOS-Logik habe ich mir mal auf Wikipedia angeschaut. Aber zum einen 
blicke ich da nicht durch (weil ich, wie eingangs erwähnt, kaum Ahnung 
von Schaltungen und Bauteilen habe) und zum anderen bleibt dann trotzdem 
das von David genannte Problem:
Markus A. schrieb:
> DAVID B. schrieb:
>> Und nur mal am Rand wenn du USB Geräten den Strom klauen willst die
>> Daten Leitungen aber verbunden bleiben KÖNNTE das zu Problemen führen.
>
> Danke für den Hinweis! Das heißt dann wohl, die Schaltung muss etwas
> umfangreicher werden, um auch noch die Datenleitungen zu unterbrechen, …

von Markus A. (mabam)


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Peter schrieb:
> Beispiel USB-Stick Stromvesorgung in Software schalten unter Linux:
>
> udiskctl power-off -b /dev/sdX

Ja, man kann unter macOS uhubctl installieren. Aber das bringt nichts, 
wenn der Rechner ausgeschaltet ist. Und wenn er läuft (bzw. in Standby) 
muss das Mainboard das auch unterstützen.

von Markus A. (mabam)


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Frank K. schrieb:
> Du nimmst am Besten einen sogenannten Load Switch. Z.B. einen TI
> TPS2052.
>
> …
>
> Die 5V kannst Du sicher vom Laufwerks-Stromkkabel abgreifen. Die 5V dort
> sollten auch im Standby ausgeschaltet sein. Nimm auch GND von dort,
> damit der Betriebsstrom Strom möglichst auf dem gleichen Weg
> zurückfließen kann, wo er hergekommen ist.
>
> Im Prinzip bräuchtest Du bei Verwendung der 5V von der
> Festplattenversorgung keine weitere Elektronik, aber eine
> Überstromabschaltung ist aus Sicherheitsgründen schon sehr
> empfehlenswert.
>
> fchk

Vielen Dank für den Vorschlag. Die Schaltung müsste jedoch etwas 
umfangreicher ausfallen, um zeitgleich (oder sogar kurz vor dem Strom) 
auch die Datenleitungen zu unterbrechen.

Und leider bleiben auch die 5V von der Festplattenversorgung im Standby 
an, habe das gerade durchgemessen. Es scheint also doch auf den 
Lüfteranschluss hinauszulaufen.

von Markus A. (mabam)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Markus A. schrieb:
>> Die Spannung an meinem Lüfterausgang scheint also nicht gepulst zu sein.
>> Oder hältst du diesen Test für nicht sicher genug?
>
> Wenn die Pulsfrequenz über 15 kHz liegt kannst du nichts hören. Leider
> kennen wir die Frequenz nicht. Also nein, das reicht nicht.

Es ist wohl besser, ich warte doch erstmal auf die Antwort vom 
Gigabyte-Support. Sollte diese lauten, dass der Strom nicht gepulst ist, 
ist ja alles gut. Ansonsten muss ich im BIOS auf die volle Spannung 
erhöhen.

Soweit vielen Dank für eure Bemühungen!

von Helge (Gast)


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Standby haißt, alles ist unter Spannung? Da hat sich der Apfelmann aber 
ne helbe Sache einfallen lassen.

Wird denn das 'bunt' wenigstens ausgeschaltet? Das müßte ein 
gewöhnlicher npn-Ausgang sein, den man gut zum schalten hernehmen kann.

von Markus A. (mabam)


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Am SATA-Stromstecker hatte ich die roten 5V gemessen und die waren auch 
während des Sleeps noch vorhanden. Jetzt habe ich aber gerade auch noch 
die orangenen 3,3V gemessen, da die laut Wikipedia DevSlp heißen. Und 
siehe da: die sind während des Sleeps aus. Vermutlich war das von Frank 
K. auch so gedacht und ich hatte das nur nicht verstanden.

Damit ist also eine Schaltspannung vorhanden, die ich nutzen kann.

Kann ich dann die Lösung von Frank K. verwenden und zusätzlich etwas, um 
die Datenleitung zu unterbrechen? Oder ist es dann besser, wegen der 
Datenleitung eine insgesamt andere Lösung zu verwenden?

von Frank K. (fchk)


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Ich denke, Du brauchst die Datenleitungen nicht zu unterbrechen. 
Problere es mal so aus.

Ansonsten gibt es USB-Multiplexer wie den hier:

https://www.onsemi.com/products/interfaces/analog-switches/fsusb42

Das ist ein Unschalter, aber den benutzt Du dann eben nur als 
Ein-Schalter.

GND unterbrichst Du natürlich nicht.

fchk

von Markus A. (mabam)


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Okay, dann probiere ich es mit dem Load Switch. Zu deiner ersten 
Nachricht werde ich zur Verdeutlichung wohl noch ein paar Fragen haben. 
Aber da komme ich dann noch drauf zurück. Jetzt bin ich erstmal ein paar 
Tage unterwegs.

Nochmal vielen Dank soweit!

von Joachim B. (jar)


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Markus A. schrieb:
> Oder ist es dann besser, wegen der
> Datenleitung eine insgesamt andere Lösung zu verwenden?

ich würde evt. einen 100 Ohm zwischen D+ D- legen wenn kein Datenverkehr 
stattfinden soll, das signalisiert das mehr als 100mA zulässig sind wenn 
keine 500mA ausgehandelt werden. Einige USB Netzteile arbeiten so.

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/2212141.htm

von avr (Gast)


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Frank K. schrieb:
> Ich denke, Du brauchst die Datenleitungen nicht zu unterbrechen.
> Problere es mal so aus.

Kann möglicherweise funktionieren, ist aber Pfusch. Die Spec fordert, 
dass die Versorgungsleitungen vor den Datenleitungen verbunden werden. 
Sehr wahrscheinlich geht es auch ohne, aber im worst Case stirbt das USB 
Device.

von Frank K. (fchk)


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avr schrieb:
> Frank K. schrieb:
>> Ich denke, Du brauchst die Datenleitungen nicht zu unterbrechen.
>> Problere es mal so aus.
>
> Kann möglicherweise funktionieren, ist aber Pfusch. Die Spec fordert,
> dass die Versorgungsleitungen vor den Datenleitungen verbunden werden.
> Sehr wahrscheinlich geht es auch ohne, aber im worst Case stirbt das USB
> Device.

Das gilt nur für Steckverbinder.

Was ist aber mit einem Self-Powered Device wie einem Drucker oder einer 
3.5" Festplatte, das seine Versorgungsspannung von einer eigenen 
Stromversorgung bekommt und nicht von Host. Das kann man ja auch 
beliebig ein- und ausschalten, ohne dass die Datenleitungen getrennt 
werden.

fchk

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