USB Power Delivery PPS – Das kann der Lade-Standard!

USB Power Delivery ist vielen von euch sicherlich schon ein Begriff. Der mit PD abgekürzte Standard ist zum Beispiel am iPhone, aber auch am iPad und MacBook für hohe Ladeleistungen sowie für die Schnellladefunktion über USB-C verantwortlich. In der dritten Generation, Power Delivery 3, kamen weitere Spezifikationen dazu, unter anderem der Programmable Power Supply (PPS). Obwohl dieser schon seit ein paar Jahren dazugehört, wird er noch nicht so breitflächig angewendet. Das ändert sich aber Stück für Stück. Deshalb wird in diesem Beitrag geklärt: Was ist USB Power Delivery PPS und was kann der Lade-Standard?

USB Power Delivery (USB PD) kann durch PPS- und AVS-Protokolle individueller und effizienter genutzt werden. Details, Vorteile und Nachteile findet ihr in diesem Ratgeber.
USB Power Delivery (USB PD) kann durch PPS- und AVS-Protokolle individueller und effizienter genutzt werden. Details, Vorteile und Nachteile findet ihr in diesem Ratgeber.

Das kann USB Power Delivery PPS

Programmable Power Supply ist ein optionales Protokoll, das seit Power Delivery 3.0 zum Einsatz kommen kann. Das heißt, dass alle Ladegeräte und Powerbanks mit PPS über PD 3 verfügen. Aber nicht alle Lader und externen Akkus mit PD 3 haben automatisch PPS. Das aber nur als Hinweis zum Einstieg in die – mal wieder – leicht komplizierte Materie. 

Was kann nun aber das PPS-Protokoll? Es erlaubt feinere Justierungen der Spannung von 3,3 V bis 21 V in jeweils 20-mV-Schritten. Damit kann eine Echtzeit-Anpassung während des Aufladens vorgenommen und eine konstante Ladeleistung gehalten werden, auch bei steigender oder sinkender Stromstärke. 

Neben der konstanten Leistung können auch in kleineren Schritten steigende oder sinkende Ladeleistungen erreicht werden, je nach Ladestand des Akkus und anderen Faktoren – etwa kann die Akkutemperatur mit einbezogen werden, um das Bauteil nicht zu überhitzen.

Wichtig ist außerdem noch zu wissen, dass mit Power Delivery 3.1 in 2021 die Extended Power Range (EPR) zum PD-Standard hinzugefügt wurde. Diese erlaubt nicht nur bis zu 48 Volt bei bis zu 5 Ampere, also theoretisch bis zu 240 Watt. Auch kann die Spannung dank PPS und der Erweiterung namens Adjustable Voltage Supply (AVS) zwischen 15 V und 48 V in 100-mV-Schritten angepasst werden. 

Dies alles kommt ebenfalls den einzelnen Hardware-Elementen zugute, da für die von der Situation abhängige optimale Ladeleistung jederzeit feine Justierungen vorgenommen werden können. Durch das so erreichte effiziente Aufladen wird zudem die Wärmeentwicklung im Ladegerät verringert – es geht also, einfach ausgedrückt, mehr Strom ins Endgerät und nicht mehr so viel als abgestrahlte Wärme in die Luft.

Standard-Werte für Ladeleistung von 0,5 bis 240 Watt

Wie oben bereits beschrieben, so können PPS-Ladegeräte und die aufzuladenden Geräte individuelle Ladeleistungen aushandeln. Diese setzen sich dann je nach Bedarf mal aus höherer Spannung und niedrigerer Stromstärke oder andersherum zusammen. Für die Schnellladefunktion, dank der das iPhone aktuell z. B. nur 30 Minuten für 50% Akkuladung benötigt, muss natürlich schnell viel Strom fließen. Ab 80% wird das Ganze aber gedrosselt, damit der Akku nicht so schnell bei 100% landet und überlädt. Das passiert derzeit noch ohne PPS, wird damit in Zukunft aber noch effizienter.

Soweit, so bekannt. Interessant ist aber auch noch, welche Standardwerte eigentlich bei Power Delivery zum Einsatz kommen, auch wenn kein PPS genutzt wird. In der folgenden Tabelle findet ihr eine Übersicht, die im oberen Bereich die Standard Power Range (SPR) bis 100 W sowie im unteren Bereich die Extended Power Range (EPR) bis 240 W zeigt. Aufgezeigt wird von oben nach unten, wie 0,5 bis 240 W erreicht werden – von 5 V bis 48 V mit den jeweils variablen Stromstärken. Diese Tabelle kann sowohl ohne als auch mit PPS zum Einsatz kommen. Letzteres ist aber kein Muss, wie ihr in den darauf folgenden Ausführungen seht.

Zu erreichende Watt des Ladegeräts Stromstärke bei …
5 V 9 V 15 V 20 V 28 V 36 V 48 V
Standard Power Range (SPR) 0,5 – 15 W 0,1 – 3 A
15 – 27 W 1,67 – 3 A 
27 – 45 W 1,8 – 3 A
45 – 60 W 2,25 – 3 A
60 – 100 W 3 – 5 A
Extended Power Range (EPR) 100 – 140 W 3,57 – 5 A
140 – 180 W 3,89 – 5 A
180 – 240 W 3,75 – 5 A

Hinweis: Das sind nur Standardwerte, die ohne optionale Protokolle zum Einsatz kommen. Abweichende Lösungen sind möglich.

Variablere Werte bei PPS-Ladegeräten möglich

Mit der oben stehenden Tabelle erklärt sich wahrscheinlich für euch, warum auf einigen Ladegeräten so strikte Werte für die Stromausgabe festgeschrieben sind. Immer wieder findet man Angaben, dass z. B. bei 5 V ein Wert von bis zu 3 A gilt (15 W), dass für ein schnelleres Aufladen 9 V bei bis zu 3 A zum Einsatz kommen (27 W) oder dass 15 V bei bis zu 3 A für maximal 45 W eingesetzt werden. 

Auf PPS-fähigen Geräten werdet ihr allerdings eher bestimmte Volt-Spannweiten und variablere Ampere-Angaben finden, etwa 4,05 A für 3,3 bis 11 V (13,37 – 44,55 W). Auch können euch 2,8 A für 3,3 bis 16 V (44,8 – 52,8 W) begegnen. Gesehen habe ich zudem schon 2,1 A für einen Bereich von 3,3 bis 21 V (6,93 – 44,1 W). Wie oben bereits beschrieben, soll das Aufladen hier besser individualisiert und den jeweiligen Gegebenheiten in Echtzeit angepasst werden können.

PPS kann die Ladegerät-Auswahl komplizierter machen

Als Zwischenfazit können wir also festhalten, dass PPS das Aufladen über einen USB-C-Anschluss und den „Power Delivery“-Standard effizienter und insgesamt besser machen soll. Allerdings muss man sich bei den Ladegeräten oder Powerbanks mit USB Power Delivery PPS die jeweiligen Volt- und Ampere-Spannen genauer anschauen. Dann manche Ampere-Limitation für eine gewisse Volt-Spanne kann eine Maximalleistung unter der des fürs Schnellladen benötigten Leistung des Endgeräts bedeuten. Der Lader kann dann trotz variableren Werten nicht so viel leisten, wie das Smartphone oder Tablet benötigt.

Kurz an einem Beispiel erklärt bedeutet das: Ein Endgerät verlangt für die Schnellladefunktion und das schnelle Laden seines Akkus zum Beispiel 9,5 V bei 4 A (38 W). Die Spannung von 9,5 V soll dabei fix sein bzw. nur geringfügig angepasst werden. Wenn ein PPS-Ladegerät nun aber für die Volt-Spanne von 3,3 bis 21 V maximal eine Stromstärke von 3 A anbietet, dann werden bei 9,5 V maximal 28,5 W geliefert, also 9,5 W weniger als für die maximale Ladegeschwindigkeit benötigt. 

Ist der Ladeprozess also nicht so flexibel wie das Ladegerät bzw. ist das Ladegerät nicht anpassungsfähig genug für das Endgerät, dann passt die Technik nicht zufriedenstellend zusammen.

SPR- und EPR-Kabel – Darf’s noch etwas komplizierter sein?

Nachdem wir nun ungefähr wissen, was PPS-Ladegeräte so besonders macht und was Endgeräte im Zweifel davon halten, müssen wir noch einen Blick auf die Verbindungstechnik werfen. Denn natürlich kann man für die verschiedenen Standards (PD 2.0, PD 3.0 und PD 3.1) sowie für die einzelnen Protokolle (PPS, AVS, etc.) nicht einfach jedes x-beliebige USB-C-Kabel nutzen. Das wäre zu einfach. Rückwirkend wurden diese eher einfachen Kabel aus der Ramschkiste als „SPR-Kabel“ bezeichnet; nur als „EPR-Kabel“ bezeichnete Modelle kommen nämlich mit 5 Ampere und damit mit den höchsten Ladeleistungen zurecht.

Zusammenfassung zu USB Power Delivery PPS

Als ich im März 2021 den Vergleich von PD 2.0 und PD 3.0 zusammenfassen wollte, habe ich das bereits mit den Worten „Wenn man sich über USB informiert, dann fliegen einem die unterschiedlichsten Begriffe und Zahlen um die Ohren.“ versucht. Das war ein bisschen mit der Hoffnung verbunden, dass die darauf folgenden Updates des PD-Standards einfacher sein würden. Aber falsch gedacht. Letztlich können wir dies zusammenfassen: PPS sorgt für individuellere Ladeleistungen, die eine Echtzeit-Anpassung an bestimmte Faktoren und Gerätevorgaben ermöglichen soll. Zudem sollen dadurch die Ladegeräte effizienter werden. Es kann aber unter Umständen zu Kompatibilitätsproblemen kommen, wenn man nicht aufpasst.

Quellen: 1, 2

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