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Laden über USB-C mit 140 Watt: Kompatibilität & Hintergründe

Einführung

Einige unserer Laptops unterstützen 140 Watt über USB-C, allerdings nicht über den öffentlichen USB-PD 3.1-Standard, sondern über eine Erweiterung des älteren USB-PD 3.0-Standards.

Worin besteht der Unterschied zwischen diesen zwei Ansätzen?

Übersicht:

  USB-PD 3.1 (öffentlich) Erweiterung von USB-PD 3.0 (proprietär)
Leistung 140 Watt 140 Watt
Maximale Spannung 28 Volt 20 Volt
Maximale Stromstärke 5 Ampere 7 Ampere


Grundsätzlich gilt:

Leistung (W) = Spannung (V) × Stromstärke (A)

Der maßgebliche Unterschied zwischen den beiden Ansätzen liegt darin, wie die 140 Watt über Spannung und Stromstärke zusammengesetzt werden.

  • USB-PD 3.1 ist stets auf 5 Ampere limitiert, auch in den höheren Regionen von 180 bis 240 Watt.
  • USB-PD 3.1 muss also die Spannung erhöhen, um aus dem Limit von 5 Ampere die höhere Leistung zu erzielen.
  • Bei USB-PD 3.0 hingegen ist die Spannung auf 20 Volt gedeckelt. Um bei USB-PD 3.0 die Leistung zu erhöhen, muss also die Stromstärke erhöht werden.

Unsere Erweiterung von USB-PD 3.0 ist im USB-C-Handshake-Protokoll als „Vendor-defined message“ (VDM) implementiert.

Betroffene Modelle

Die Unterstützung von 140 Watt über USB-C mit 20 Volt (20V×7A) gilt für folgende Modelle:

  • XMG EVO 15 - E25
  • XMG CORE 15 - M25
  • XMG PRO 16 - E25
  • XMG NEO 16 - E25
  • XMG NEO 16 - A25
  • Weitere Modelle in Planung

Was sind die Vor- und Nachteile dieser unterschiedlichen Lösungen?

Hier eine Gegenüberstellung:

USB-PD 3.1 (öffentlich) Erweiterung von USB-PD 3.0 (proprietär)

Bleibt die Stromstärke konstant, muss man nicht viel am Design der Kabel ändern. Höhere Stromstärken erfordern stärkere Adern/Leitungen und somit dickere Kabel. Der USB-PD 3.1-Standard ist somit darauf ausgelegt, die Kabel möglichst wenig zu verändern.

Dies reduziert das Überhitzungsrisiko bei der Nutzung von älteren (schwächeren Kabel) mit neueren Ladegeräten oder Docking Stations und erhöht somit die Kompatibilität in einem unkontrollierbaren Marktumfeld.

Bei einer Erweiterung des USB-PD 3.0-Standards bleibt hingegen die Spannung konstant. Dies erleichtert die Implementierung im Notebook selbst, da man diese mit den lang erprobten Komponenten durchführen kann, die auch für die Leistungsaufnahme mit herkömmlichen Netzteilen mit Hohlsteckern verwendet werden.

Die Implementierung multipler Spannungsquellen bedeutet in Laptops einen erheblichen Mehraufwand, auch hinsichtlich des verfügbaren Platzes auf der Hauptplatine und der Umwandlungsverluste und Abwärme die im Laptop bei der Wandlung von 28 Volt entstehen.

Zusammenfassung:

  • USB-PD 3.1 ist darauf optimiert, mit möglichst vielen Marktteilnehmern und einem Zusammenspiel mit Kabeln unterschiedlicher Hersteller möglichst sicher (ohne Risiko einer Kabelüberhitzung) zu funktionieren. Zusätzliche Kosten und Umwandlungsverluste entstehen hauptsächlich auf „Host“-Seite, also im Endgerät wie etwa dem Laptop.
  • 140 W über 20V×7A ist hingegen auf Effizienz, Kosten- und Platzersparnis im Laptop optimiert. Weil bei unserem 140 W-USB-C-Ladegerät das 1,5 m lange Kabel fest am Netzteil verbaut ist, entfällt hier der Risikofaktor eines Betriebs mit unbekannten, minderwertigen Kabeln. Eine Deckelung auf 20 Volt entsprechen dem üblichen Standard für Laptops der letzten 30 Jahre, was die Kombination mit normalen Hohlstecker-Netzteilen erheblich erleichtert.

Wieso haben wir uns für die 20-Volt-Lösung entschieden?

Der vorherige Abschnitt stellt bereits dar, dass die 20 Volt-Lösung insgesamt effizienter auf Seiten des Laptops ist. Warum das so ist, möchten wir hier im Detail weiter erläutern:

  • Das Mainboard-Design in unseren Laptops basiert auf einer 20 Volt-Architektur, die sowohl für USB-C als auch für das reguläre Netzteil genutzt wird. Eine Unterstützung von 28 Volt würde zusätzliche Spannungswandler erfordern, was mehr Platz benötigt und im Betrieb zusätzliche Abwärme (Umwandlungsverlust) im Laptop erzeugt.
  • Durch die Verwendung einer einheitlichen Spannung für beide Stromquellen kann die bestehende Infrastruktur genutzt werden, bis hoch zum maximalen Netzteilausbau von 420 Watt (20V×14A) im XMG NEO 16 (2025), ohne separate Komponenten für 28 Volt bereitstellen zu müssen. Dies reduziert den Validierungsaufwand bzw. erhöht die Zuverlässigkeit und Effizienz des Gesamtsystems.
  • Der verfügbare Platz ist begrenzt, insbesondere im Bereich der Stromversorgung und zwischen der CPU und dem USB-C-Port, welcher je nach CPU-Plattform auch Thunderbolt oder USB4 zur Verfügung stellen muss (siehe Foto). Zusätzliche Bauteile für eine 28 Volt-Unterstützung hätten Auswirkungen auf das Layout und die Ausstattung der rückseitigen Anschlüsse der betroffenen Laptop-Modelle.

Die gleichen Gründe gelten für alle XMG EVO-Modelle (ab 2025), da sie zu XMG CORE, FUSION, PRO und NEO kompatible Mainboard-Layouts verwenden.

Kompatible Ladegeräte

Ein Betrieb der oben genannten Modelle mit 140 Watt über USB-C ist somit nur mit Ladegeräten möglich, die explizit 20V×7A unterstützen.

Derzeit existiert nur ein einziges, von uns unterstütztes Modell:

  • FSP150-APDBR01 (Shop-Link folgt zeitnah)

Dieses Original-Netzteil von FSP ist im XMG EVO 14 und XMG EVO 15 (E25) mit AMD Ryzen AI 300-Serie bereits im Lieferumfang enthalten. Für die anderen Modelle kann es in unserem Online-Shop als Reisenetzteil nachbestellt werden.

Neben dem zusätzlichen 20V×7A-Modus ist es auch abwärtskompatibel mit allen gängigen USB-PD3.0-Standards. Es kann somit auch zum Laden jeglicher USB-C-Geräte verwendet werden (Laptops, Tablets, Handys, Spielkonsolen, Bluetooth-Lautsprecher, usw.). Dadurch ist das FSP150-APDBR01 eine gute Wahl, wenn man ein Universalnetzteil für alle möglichen Geräte sucht.

Sicherheitsreserve für Leistungsspitzen

Das von uns empfohlene Netzteil ist auch besonders darauf ausgelegt, Leistungsspitzen abzufangen, die bei herkömmlichen Ladegeräten mit USB-PD 3.1 evtl. nicht vorgesehen oder garantiert sind. Dies ist insbesondere bei der Verwendung in Gaming Laptops relevant, da dedizierte Grafikkarten zu sehr unvorhersehbaren Leistungsspitzen im Milli- und Nanosekundenbereich tendieren. Weitere Informationen hierzu befinden sich in diesem FAQ-Artikel:

  • Welche Einschränkungen gibt es bzgl. der Leistungsfähigkeit von Laptops in Verbindung mit USB-C-Netzteilen?

Die VDM-Kommunikation (vendor-defined message) zwischen FSP150-APDBR01 und unseren kompatiblen Laptops handelt somit nicht nur die grundsätzliche Verfügbarkeit von 20 Volt und 7 Ampere aus, sondern definiert auch den erforderlichen Headroom für eben diese Leistungsspitzen.

Muss ich bei der Auswahl von USB-C-Steckern oder Kabeln etwas beachten?

Nein. Das von uns empfohlene Ladegerät FSP150-APDBR01 verfügt bereits über ein fest verbautes Kabel mit 1,5 Meter Länge. Kabel und Stecker sind für den dauerhaften Betrieb mit 7,5 Ampere validiert und unterstützen auch Lastspitzen mit bis zu 12,6 Ampere.

Die Design-Entscheidung, 140 Watt nur über eine 20V×7A-Lösung zu unterstützen hat keinerlei Auswirkung auf den Betrieb sonstiger USB-/Thunderbolt-Peripherie oder auf die Verwendung älterer Netzteil mit bis zu 100 Watt Leistung.

Dockingstationen mit 20V×7A sind nicht absehbar

Wir haben mit verschiedenen Herstellern von Dockingstationen über dieses Thema gesprochen. Im Moment gibt es keine Dockingstation, die unsere Erweiterungen mit 140 Watt über das USB-PD 3.0-Protokoll unterstützen würde.

Selbst wenn ein Hersteller von Dockingstationen sich vornehmen würde, diese Leistungsstufe zu unterstützen, wäre es schwierig, die volle Kompatibilität und Stabilität im Zusammenhang mit den zuvor erläuterten Leistungsspitzen zu garantieren. Dies gilt vor allem dann, wenn eine Dockingstation komplett mit Peripheriegeräten ausgestattet ist und daher selbst ziemlich viel Strom verbraucht.

Dockingstations von Drittanbietern, die mit einer USB-C-Leistungsabgabe von 140 Watt (oder mehr) werben, würden mit unseren Laptops nur 100 Watt abgeben können.

Der Betrieb mit 100 Watt ist für eine Ultrabook-Serie wie die XMG EVO jedoch völlig ausreichend und kann auch leistungsstärkere Gaming-Laptops oder Workstations aufladen und für einfache Arbeiten betreiben. Für Laptops mit dedizierter Grafikkarten empfehlen wir aber weiterhin, neben dem USB-C-Kabel der Dockingstation parallel auch unser Original-Netzteil (je nach Laptop-Konfiguration zwischen 240 und 420 Watt) an den Laptop anzuschließen.

Andere Marken

Lenovo nutzt seit Anfang 2023 bei bestimmten Laptop-Modellen eine ähnliche Lösung (siehe Lenovo-Ladegeräte LA135 und LA140), vermutlich aus den gleichen Gründen wie wir. Ob diese Ladegeräte von Lenovo mit unseren Laptops kompatibel sind (also ob sie ebenfalls mit bis zu 140 Watt laden können), wird von uns nicht weiter eruiert werden, da wir mit unseren FSP150-APDBR01 bereits über ein kompatibles, validiertes und ultraportables Ladegerät verfügen. Selbst wenn diese 20-Volt-Ladegeräte von Drittanbietern mit 140 Watt laden sollten, ist ungewiss, ob sie über dieselben Sicherheitsreserve wie unser validiertes Netzteil verfügen, weshalb wird einen Betrieb mit diesen Lenovo-Netzteilen nicht empfehlen.

Inkompatible Geräte werden auf 100 Watt herabgestuft

Handelsübliche Docking Stations und Ladegeräte, welche ihre 140 W über den USB-PD-3.1-Standard mit 28 Volt (28V×5A) abbilden, können nicht mit voller Leistung genutzt werden. Sie stufen stattdessen auf den darunterliegenden 100-Watt-Standard (20V×5A) herab, welcher aber immernoch sehr gut nutzbar ist.

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