Kompaktes QC-3.0-Ladegerät / Netzteil

In letzter Zeit verbreiten sich immer mehr mobile Geräte mit Quick-Charge-Unterstützung. Deshalb wollte ich mir einmal ansehen, womit man diese "Lieblinge" füttert, also ein Ladegerät (Netzteil) mit QC 3.0. Das Ladegerät ist sehr kompakt, aber mehr dazu lest ihr am besten im Testbericht: wie immer mit Begutachtung, Tests, Zerlegung und Fazit.


Zunächst ein kleiner Exkurs. Genau genommen sind all diese „Ladegeräte“ Netzteile, denn ihnen fehlen die typischen Eigenschaften eines Ladegeräts. Da die meisten Nutzer sie aber als Ladegeräte bezeichnen, nenne ich sie heute der Einfachheit halber ebenfalls so.

Außerdem noch einmal kurz zur Erinnerung: Was ist QC beziehungsweise Quick Charge?
Geräte, die an einen USB-Anschluss angeschlossen werden, verwenden normalerweise eine Spannung von 5 V. Das ist auch logisch, denn das ist die Standardspannung des USB-Anschlusses. Nach und nach steigt die Kapazität der Akkus in Mobilgeräten, und die Nutzer möchten sie schneller laden – ebenfalls völlig logisch. Deshalb kamen mit der Zeit Ladegeräte mit einem Ausgangsstrom von bis zu 1, 2 und sogar 3 A auf den Markt. Doch letztlich stieß man an die Grenzen der Physik: Mit steigendem Strom fällt immer mehr Spannung an den Kabeln zu den Geräten ab. Auch die USB-Anschlüsse werden stark beansprucht. Und wenn man dann noch bedenkt, wie sehr bei den Kabeln am Draht gespart wird, kann man eigentlich gleich das Licht ausmachen – und zwar im wahrsten Sinne des Wortes.

Die Hersteller kratzten sich am Kopf und beschlossen, dass 5 V eindeutig zu wenig sind. Also entwickelten sie Ladegeräte mit anderen Spannungen, zum Beispiel 9, 12 oder sogar 20 V. Dazu kommt, dass sie sich nicht auf einen gemeinsamen Standard einigen konnten und manche Firmen deshalb ihr eigenes „Rad“ erfanden. Das Prinzip bleibt aber dasselbe: Wir erhöhen die Spannung, der Strom sinkt, und so lässt sich der Strom günstiger zum Gerät übertragen. Oder man lässt den Strom gleich, aber mit steigender Spannung nimmt auch die übertragene Leistung zu.
Eines der verbreiteten Schnellladeprotokolle ist Quick Charge, genauer gesagt eine der beiden gängigen Versionen QC 2.0 und 3.0.


Ein Ladegerät mit Schnellladefunktion ist im Grunde ein gewöhnliches Netzteil, dem ein kleiner Chip hinzugefügt wurde. Dieser wird von Signalen des Smartphones, Tablets, der Powerbank und ähnlicher Geräte gesteuert und greift in die Rückkopplung des Netzteils ein, um ihm den Befehl zu geben, die benötigte Spannung auszugeben.
Ein Smartphone kann zum Beispiel mit 9 V geladen werden. Zunächst startet es im Standardmodus. Wenn alles in Ordnung ist, legt es an den Datenleitungen des USB-Anschlusses eine bestimmte Spannungskombination an, und das Netzteil gibt die benötigte Spannung aus – sofern es dazu in der Lage ist.
Der Unterschied zwischen QC 2.0 und 3.0 ist eine Kleinigkeit: QC 2.0 kann am Ausgang 5, 9, 12 oder 20 V einstellen. QC 3.0 macht dasselbe, aber in Schritten von 0,2 V: 5, 5,2, 5,4, 5,6 … 19,6, 19,8, 20,0.
Tatsächlich unterstützt QC 3.0 auch Spannungen unter 5 V, sie werden aber deutlich seltener verwendet.


Im Großen und Ganzen ist der Unterschied zwischen 2.0 und 3.0 also nicht besonders groß, und in den meisten Fällen reicht 2.0 völlig aus.

Jedenfalls ist mir ein kleines Ladegerät mit QC-Funktion in die Hände gefallen. Es kam in einem kleinen Tütchen, ohne Anleitung, bunte Schachtel oder sonstigen Schnickschnack.


Ein kleines Kästchen, ich würde sogar sagen: ein hübsches.


An der kurzen Gehäuseseite befindet sich der einzige USB-Anschluss, der rot ist. Auf der langen Seite steht die Beschriftung mit folgenden technischen Daten:
Eingangsspannung – 100–240 V
Ausgangsspannung:
5 V – 3 A (15 W)
9 V – 2 A (18 W)
12 V – 1,6 A (19,2 W)

Vielleicht ist euch aufgefallen, dass mit steigender Spannung auch die maximale Ausgangsleistung zunimmt. Das ist ein verbreitetes Phänomen: Je niedriger die Spannung und je höher der Strom, desto schwieriger hat es das Netzteil. Deshalb ist der Wirkungsgrad bei höherer Spannung normalerweise besser, und man kann dem Netzteil mehr Leistung entnehmen.


Es ist etwas größer als eine Streichholzschachtel, vor allem wegen der Gehäusedicke.


Ich will nicht lange um den heißen Brei herumreden und komme gleich zu den Tests.
Für den Test habe ich eine elektronische Last und einen USB-Tester verwendet, mit dem ich dem Ladegerät vorgeben konnte, welche Spannung ich brauche.
Ursprünglich wollte ich alle unterstützten Standards zeigen, aber es stellte sich heraus, dass das Ladegerät bei der automatischen Erkennung dazu neigt, neu zu starten. Ich will ihm keinen Vorwurf machen, denn bei der automatischen Erkennung versucht das Messgerät, im QC-3.0-Modus den gesamten Bereich ab etwa 3 V durchzutesten. Das Experiment hat aber gezeigt, dass das Ladegerät nicht weniger als 4,2–4,2 V liefern kann und schließlich in den Schutzmodus geht.

Im Leerlauf beträgt die tatsächliche Spannung bei eingestellten 5 und 9 V 5,24 bzw. 9,26 V. Das liegt genau innerhalb der Norm, dafür gibt es einen Pluspunkt.


Wird der Laststrom im Bereich von 0 bis 3 A verändert und die Ausgangsspannung auf 5 V eingestellt, beträgt der Spannungsabfall gerade einmal 60 mV. Meiner Meinung nach ein hervorragendes Ergebnis – zumal ein Großteil davon sicher an den USB-Buchsen abfällt.


Bei 9 V war die Spannungsänderung noch geringer: 40 mV über den gesamten Bereich von 0 bis 2 A.


Nach dem Einstellen von 12 V lag die Leerlaufspannung bei 12,3 V. Bei maximalem Strom von 1,6 A sank sie um gerade einmal 30 mV.


Bei den Tests habe ich herausgefunden, dass das Ladegerät auch das Samsung-AFC-Protokoll unterstützt. Zumindest kann ich diesen Modus am Messgerät auswählen und das Ladegerät liefert 9 V. Mit einem Smartphone kann ich es vorerst aber nicht überprüfen.


Bei der Stabilität der Ausgangsspannung kann ich dem Ladegerät glatte 5 Punkte geben. Bei der Erwärmung sieht es allerdings deutlich schlechter aus – ich würde sogar sagen: ziemlich traurig.
Unten sind 9 Wärmebilder zu sehen, aufgenommen bei maximalem Nennstrom und in dieser Reihenfolge gruppiert:
1, 2, 3 – 5 V nach 10, 15 und 20 Minuten.
4, 5, 6 – 9 V nach 10, 15 und 20 Minuten.
7, 8, 9 – 12 V nach 10, 15 und 20 Minuten.

Ich wollte herausfinden, wie sich die Temperatur entwickelt. Dafür reichten 20 Minuten pro Spannung völlig aus, denn das Gerät ist nicht besonders groß und hat entsprechend wenig Masse.
Man sieht, dass die Temperatur zwischen 10 und 15 Minuten deutlich ansteigt, zwischen 15 und 20 Minuten dagegen nur noch sehr wenig, etwa 1–2 Grad. Das zeigt, dass das Gerät einen stabilen thermischen Zustand erreicht hat.

Aber 70 Grad Gehäusetemperatur sind eindeutig zu viel. Selbst mit Kunststoffgehäuse verbrennt man sich daran schon die Hand.


Um herauszufinden, was Sache ist, musste ich das Gehäuse öffnen. Das geht recht vorsichtig, wenn man zuerst mit etwas wie einem dünnen Stahllineal zwischen dem schwarzen und dem weißen Gehäuseteil entlangfährt. Zuerst an der Seite mit Netzstecker und USB-Buchse entlanggehen, dann den schwarzen Teil nach oben abhebeln. Der Kleber löst sich und der Deckel lässt sich abnehmen.


Das Gehäuse ist universell ausgelegt; es sind zwei Aussparungen für USB-Buchsen zu erkennen.


Der Eingangsteil ist sehr einfach gehalten. Das ist zwar typisch für die meisten kompakten Geräte – für einen Eingangsfilter ist oft schlicht kein Platz –, aber die fehlende Sicherung ist enttäuschend. Sie wird durch einen Widerstand ersetzt. Der Eingangskondensator hat eine Kapazität von 15 µF. Das ist für 200–240 V gerade noch ausreichend und für 100–200 V deutlich zu wenig.


Auch der Transformator ist ziemlich klein, besonders angesichts einer Leistung von rund 20 W. Ich würde sagen, er ist eher für 12–15 W ausgelegt, nicht mehr.
Der Entstörkondensator ist vom richtigen Y-Typ, daran gibt es nichts auszusetzen.


Und dann ist da noch etwas, das mich überrascht hat. Ich hatte ursprünglich erwartet, im Inneren zwei Dinge zu finden – vor allem angesichts der angegebenen Werte: einen Synchrongleichrichter und Feststoffkondensatoren. Über die Kondensatoren kann man streiten, die findet man nicht allzu oft. Aber 3 A lassen sich in einem solchen Gehäuse nur mit einem Synchrongleichrichter ordentlich gleichrichten.
Na ja, zumindest hatte ich mit mindestens 2 Dioden gerechnet. Hier gibt es aber nur eine: SR5100 (5 A, 100 V). Ja, das ist traurig.
Die Ausgangskondensatoren sind von Chang, 2 × 470 µF, 16 V – für 3 A eindeutig zu wenig.


1. PWM-Controller DS3118. Ein Datenblatt habe ich nicht gefunden, aber den indirekten Angaben zufolge ist dieser Controller für Netzteile mit 16–30 W ausgelegt.
2. Versorgungsschaltung des PWM-Controllers und Strommesswiderstände. Die aufwendige Versorgungsschaltung ist nötig, weil sich die Ausgangsspannung in einem großen Bereich ändert und damit auch die Versorgungsspannung des PWM-Controllers. Damit er stabil arbeitet, muss auch diese geregelt werden. Die Schaltung auf dem Foto erinnert genau an einen Teil eines Spannungsreglers.
3. Die Transformatorwicklung ist ziemlich schlampig ausgeführt. So etwas hätte ich nicht durchgehen lassen, dem Wickler hätte ich auf die Finger geklopft. Primär- und Sekundärwicklung berühren sich zwar nicht, aber eine ausreichende Isolierung dazwischen ist nicht zu erkennen – vom Lack ganz zu schweigen.
4. Am Ausgang sitzen ein QC-Chip, ein einstellbarer TL431-Shuntregler und ein PC817-Optokoppler.


Die Platine ist zwar ordentlich und sauber gefertigt, aber der Abstand zwischen Primär- und Sekundärseite beträgt im Bereich des Optokopplers nur 2,5 mm. Das ist zu wenig, es sollten mindestens 5–7 mm sein.


Nach der Sichtprüfung habe ich noch ein paar zusätzliche Tests durchgeführt.
Zuerst ein Belastungstest, diesmal ohne den Spannungsabfall an den Steckverbindern zu berücksichtigen.
Bei 5 V habe ich den Strom von 0,2 bis 3,2 A erhöht. Bis 2,3 A blieb die Spannung unverändert bei 5,24 V, danach sank sie langsam und lag bei 3,2 A bei 5,21 V. Ein ausgezeichnetes Ergebnis.


Bei 9 V und 0,2–2,2 A sank die Spannung erst beim maximalen Strom von 2 A um gerade einmal 10 mV.


Bei 12 V habe ich zunächst im Bereich von 0,2–1,8 A getestet, mich dann aber für einen zweiten Test bis 2 A entschieden.
Das Ergebnis: Die Ausgangsspannung bleibt selbst bei Überlast stabil. Nicht schlecht, wenn da nicht ein Haken wäre ...
Wie die zuvor gezeigten Wärmebilder deutlich machen, wird das Netzteil ziemlich heiß. Als ich den Laststrom bei 12 V auf 2 A erhöhte und die Ausgangsleistung damit fast 25 W erreichte, wartete ich darauf, dass der Überlastschutz anspricht. Doch er löste nicht aus. Das kann dazu führen, dass das Netzteil einfach überhitzt und ausfällt.


Apropos Überhitzung: Oft sehe ich Testberichte, in denen die Gehäusetemperatur gemessen wird, so wie ich es oben auch gemacht habe. Tatsächlich kann sich die Temperatur des Gehäuses aber deutlich von der Temperatur der Bauteile unterscheiden. Deshalb habe ich zur Veranschaulichung auch diesen Test durchgeführt.
Getestet wurde mit den Ausgangswerten 5 V und 3 A sowie 12 V und 1,6 A. Die Testdauer war wie zuvor 20 Minuten, das Gehäuse blieb geschlossen. Nach 20 Minuten habe ich die Last und die Stromversorgung des Ladegeräts abgeschaltet, das Gehäuse geöffnet und ein Wärmebild aufgenommen. Natürlich dauert es ein wenig, das Gehäuse zu öffnen und die Platine herauszunehmen, aber der Unterschied dürfte nicht allzu groß sein, vielleicht ein paar Grad.

Im Inneren lag die Temperatur bei etwa 110–115 °C (links 12 V, rechts 5 V). Am heißesten wurden die Ausgangsdiode und der Transformator, beide ungefähr gleich stark.


Als letzter Test folgt die Messung der Ausgangsspannungswelligkeit. Dazu war das Oszilloskop am Ausgangskondensator des Netzteils angeschlossen, die Last am zweiten Kondensator.


1, 2. – 5 V bei 1,5 und 3 A
3, 4. – 9 V bei 1 und 2 A
5, 6. – 12 V bei 0,8 und 1,6 A.

Die Welligkeit hängt praktisch nicht von der Ausgangsspannung ab und beträgt bei 50 % Last etwa 140 mV, bei 100 % Last 200 mV. Für 9 und 12 V ist das im Allgemeinen in Ordnung, besonders bei 50–75 % Last. Bei 5 V ist es allerdings etwas viel. Nein, die angeschlossenen Geräte werden trotzdem normal funktionieren, aber weniger wäre mir lieber.
Nebenbei habe ich auch geprüft, ob das Netzteil den Touchscreen des Smartphones beeinflusst. Alles bestens, auch wenn dafür ein anderer Parameter des Netzteils ausschlaggebend ist.


Zur Erwärmung kann ich sagen: Ohne besondere Maßnahmen wie etwa eine synchrone Gleichrichtung wird sich jedes ähnliche Ladegerät in einem so kompakten Gehäuse ungefähr gleich stark erwärmen. Zum Vergleich habe ich unten ein hochwertiges 12-V-/1-A-Netzteil daneben gelegt, das deutlich größer ist. Ja, es hat einen Eingangsfilter, der Platz auf der Platine beansprucht, aber die Leistung beträgt auch nur 12 W.
Mean Well bietet in einem Format wie das links gezeigte Netzteil auch eine 25-W-Variante an. Dabei gibt es einen kleinen Trick: Der obere Gehäuseteil besteht aus Metall-Kunststoff und leitet die Wärme des Hochspannungstransistors und der Ausgangsdiode ab.


Kommen wir zum Fazit.
Das Netzteil stabilisiert die Ausgangsspannung hervorragend, unterstützt QC 2.0 und 3.0 im Bereich von 5–12 V und liefert den angegebenen Ausgangsstrom. Allerdings wird es zu heiß und die Welligkeit ist bei 5 V etwas hoch.
Meiner Meinung nach sollte man dieses Netzteil am besten mit folgenden Lastwerten betreiben: 5 V bei 2 A, 9 V bei 1,5 A und 12 V bei 1 A. Damit liegt man näher an der Realität.

Ein Nachteil ist, dass QC-Geräte normalerweise nicht nachfragen, welche Leistung das Netzteil liefern kann. So hat zum Beispiel die Powerbank Besiter BST-K6X, mit der ich das Ladegerät ebenfalls getestet habe, 9 V bei etwa 1,8 A „angefordert“, woraufhin sich das Netzteil merklich erwärmte. Als weiteren Nachteil sehe ich, dass der Überlastschutz offensichtlich auf eine sehr hohe Leistung eingestellt ist – deutlich oberhalb dessen, was für dieses Netzteil zuverlässig wäre. Das ist eine sehr schlechte Entscheidung.

In den Kommentaren wird sicher das Gocomma QC 3.0-Ladegerät erwähnt. Das hier getestete Modell hat nicht nur dieselben Werte, sondern ist auch innen genau gleich aufgebaut. Lediglich die Hochspannungsseite der Platine ist etwas anders gestaltet; selbst die Bauteile sind dieselben.

Das war’s für heute. Ich hoffe, der Testbericht war hilfreich.