Raspberry Pi-Leistungsbeschränkungen

Es gibt sehr viele, oft widersprüchliche Behauptungen über die Leistungsanforderungen und -beschränkungen des Pi.

Was sind die genauen Anforderungen?

Leistungsbedarf des Pi

Die Stiftung hat Empfehlungen für verschiedene Modelle, die von 700 mA bis 3,0 A reichen.

Diese sind recht großzügig und alle Modelle werden mit einer anständigen 1A-Versorgung betrieben - ich kann meinen Pi3 mit WiFi / Tastatur / Maus / HDMI über eine Apple 5W-Versorgung betreiben. Für USB-Peripheriegeräte ist möglicherweise zusätzlicher Strom erforderlich, und die empfohlenen Netzteile berücksichtigen diesen.

Stromquellen MÜSSEN 5 ± 0,25 V liefern und enthalten häufig eine Nennstromstärke. Dies ist der MAXIMALE Strom, der sicher entnommen werden kann, ohne dass der Ausgang seine Nennspannung unterschreitet. (Natürlich erfüllen sehr viele Verbrauchsmaterialien nicht die veröffentlichten Nennwerte, einschließlich der von Pi-Händlern verkauften. Ich habe eine Reihe von Netzteilen (mit einer Scheinlast) getestet und muss noch ein Netzteil finden, das tatsächlich die Nennspannung mit dem Nennwert liefert aktuell, mit Ausnahme des Apple 5W iPad Power Adapters.)

Viele Benutzer befürchten, dass sie "zu viel Strom liefern" könnten, wenn sie ein höher bemessenes Netzteil verwenden. Der Pi nimmt nur so viel Strom auf, wie er benötigt, und kann nicht mehr als 2,5 A (Pi3) oder 2A (Pi2 / B +) verbrauchen, da dies durch eine Sicherung begrenzt ist, sodass eine höher bemessene Versorgung keinen Nutzen bringt. (Frühere Modelle hatten eine kleinere Polyfuse - wahrscheinlich 1.1A.)

Die neueren Pi (3/2 / B +) verfügen über einen Spannungsüberwachungs-Chip (APX803), der bei 4,63 ± 0,07 V auslöst . Der Pi3B + verwendet einen MxL7704-Chip zur Verwaltung der Leistung, der den gleichen nominalen Triggerpunkt aufweist. Dies steuert die rote Power-LED .

Wenn die rote Power-LED nicht leuchtet, ist die Versorgungsspannung nicht ausreichend. (Der neuere Pi verfügt über einen ausgereiften Stromkreis und funktioniert möglicherweise auch dann weiter, wenn die Eingangsspannung unter den Spezifikationen liegt. Dies gilt möglicherweise nicht für Peripheriegeräte.) Die GUI hatte eine Regenbogenanzeige (ersetzt durch einen Blitz ), die oben rechts angezeigt wird, wenn die Spannung nicht ausreicht. Dies hat einen 3-Sekunden-Timer und wird möglicherweise auch dann angezeigt, wenn die LED zu leuchten scheint.

HINWEIS: Die rote Power-LED am Pi3B + funktioniert nur, wenn die SD-Karte / der USB-Stick über eine aktuelle Firmware verfügt, da sie von der Software gesteuert wird. Andernfalls ist sie bedeutungslos.

Sie sollten billige USB-Geräte im Auge behalten. Viele von diesen haben eine sehr schlechte Spannungsregelung.

Viele moderne Smartphones sind so konzipiert, dass sie mehr Strom als der normale USB-500-mA-Maximalstrom aufnehmen. Telefonhersteller liefern häufig Ladegeräte mit höherem Strom, entweder auf nicht standardmäßige Weise oder durch Verwendung der neuen USB-Ladegerätspezifikation, die höhere Ströme zulässt, aber einen Spannungsabfall auf 3,6 V zulässt. Diese eignen sich zum Laden von Smartphones, NICHT jedoch für spannungsempfindliche Geräte wie den Pi. Bei einem leicht geladenen Pi scheinen sie in Ordnung zu funktionieren, wenn jedoch viele Peripheriegeräte angeschlossen sind, sind sie möglicherweise nicht in Ordnung.

HINWEIS Wenn Sie Probleme haben (Niederspannungsanzeige oder unzuverlässige Peripheriegeräte), bedeutet dies NICHT, dass Sie eine höhere Stromstärke / Ampere (sic) benötigen. Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass Ihre Stromversorgung den Strom nicht liefern kann - sie kann nur nicht den erforderlichen Strom liefern, während die erforderliche Spannung aufrechterhalten wird.

Egal wie gut Ihr Netzteil ist, wenn Sie für die Verbindung mit dem Pi Kabel von schlechter Qualität verwenden , werden Sie Probleme haben. Viele (die meisten?) ΜUSB-Kabel sind für die Übertragung von Daten ausgelegt und sehr dünn verdrahtet. Dies macht die Kabel dünn, leicht und kostengünstig, aber für die Stromversorgung ungeeignet. Um in der Spezifikation zu bleiben, sollte ein Abfall von weniger als 0,25 V auftreten, was einem Schleifenwiderstand von 0,25 Ω bei 1A entspricht. Kabel zum Aufladen von Smartphones sind wahrscheinlich die beste Wahl und verwenden immer das kürzestmögliche Kabel.

Leider scheint es keine Quelle für Qualitätskabel mit garantierten Spezifikationen zu geben (ich musste meine eigenen herstellen). Ich war nicht in der Lage, Micro-USB-Stecker in kleinen Mengen zu beschaffen, habe aber viele Verkäufer bei eBay gefunden Micro USB 5 Pin Male Plug T Port Socket. Sie müssen Ihre eigene Zugentlastung bereitstellen, aber in Verbindung mit einem 23 / 0,011-mm-Lautsprecherkabel (geeignet bis zu 1,5 m) bieten diese eine gute Verbindung. Ich kopple mit einem der 5V-Schaltnetzteil-Treiberadapter für LED-Streifen, um mehrere Pi zu versorgen.

Wie viel Strom kann von den USB-Anschlüssen gezogen werden?

Der Pi (3/2 / B +) USB-Strom wird über einen Strombegrenzten Netzschalter (AP2553?) (U13) geliefert, obwohl dies in den veröffentlichten Schaltplänen nicht gezeigt ist.

Die maximale Gesamtaufnahme des USB-Peripheriestroms gibt an, dass der maximale USB-Strom für Pi (2 / B +) 600 / 1200mA beträgt. Die Grenze für Pi3 liegt bei 1200mA. Frühere Modelle geben 500 mA an.

Der Standard für 2 / B + ist 600 mA , die durch das Setzen verdoppelt werden kann max_usb_current=1in /boot/config.txt.

Der USB-Hub der B-Modelle scheint nicht den USB-Spezifikationen zu entsprechen und begrenzt den Strom nicht. Einzelne Ports können unabhängig von Verhandlungen mehr als 500 mA versorgen, vorbehaltlich der maximalen Gesamtgrenze und einer angemessenen Stromversorgung.

Wie viel Strom kann der 3,3-V-Pin des Erweiterungssteckers liefern?

Es wird allgemein angenommen, dass die Pi 3.3V-Schiene 50 mA liefert, dies ist jedoch für neuere Pi-Modelle nicht offiziell dokumentiert. Der ursprüngliche Pi verfügt über einen integrierten Linearregler, der begrenzt war. Der B + und der spätere B + verfügen jedoch über einen Schaltregler, der mehr Leistung liefern kann. Der Regler-Chip (der sowohl 3,3 V als auch 1,8 V liefert) ist mit 1A bewertet. Das in Pi3B +, Pi3A + und Pi4 verwendete PMIC MxL7704 hat eine Nennleistung von 1,5A.

Tests eines Mitglieds haben ergeben, dass bis zu 800 mA verwendet werden können - vorausgesetzt, die Stromversorgung ist ausreichend.

Elektrische Spezifikationen des GPIO für beste Schätzungen der GPIO-Grenzwerte.

Wie viel Strom können die 5V-Pins liefern?

Darauf gibt es keine einfache Antwort. Sie können ungefähr berechnen;
min. Polyfuse-Nennstrom (2,5 A für PI3) und Stromversorgungsnennstrom,
abzüglich des vom Pi selbst benötigten Stroms ( ~ 750 mA für Pi3 , obwohl dies bei starker Beanspruchung zunimmt),
geringerer USB-Peripheriestrom,
abzüglich des Kameramoduls (~ 250 mA, wenn verbaut),
weniger HDMI-Anschluss (~ 50mA),
weniger Display (falls verbaut),
weniger 3,3V Strom für externe Geräte (einschließlich GPIO).

Kann der Pi über den Erweiterungs-Header mit Strom versorgt werden?

Es gibt viele gute Gründe, die Stromversorgung über den Erweiterungssteckverbinder herzustellen, z. B. über die Batterieversorgung oder die Stromversorgung mehrerer Pi über eine einzige Versorgung. Es besteht kein Risiko, wenn Sie geeignete technische Verfahren anwenden. In der Tat hat der Foundation Hats Master Empfehlungen und Mindestanforderungen für eine solche Verbindung.

"Es ist möglich, den Pi mit 5 V über die GPIO (sic) -Header-Pins 2, 4 und GND zu versorgen. Der zulässige Eingangsspannungsbereich beträgt 5 V ± 5% 1.3A ⋯ Unter keinen Umständen darf eine Stromquelle an die 3.3V-Pins angeschlossen werden. "

HINWEIS Der Hats Master wurde für neuere Modelle aktualisiert und enthält einen Schaltungsvorschlag.

Wenn Sie eine verwenden, ist Pi Zerodie Verwendung einer Energiesicherheitsdiode wahrscheinlich überflüssig, da die Zero keine oder gar keine Schutzschaltung besitzt.

Technische Details

Auf die Veröffentlichung von Pi3B+folgte eine Beschreibung der Leistungsschaltung, die Kommentare zu früheren Modellen enthielt . Der PEN-Pin (neben RUN) am J2-Header ist mit der globalen Freigabe am Leistungsmodul verbunden. Durch Ziehen auf einen niedrigen Wert sollte der Pi-Strom auf einige mA reduziert werden.

Für diejenigen, die die Pi-Power-Konfiguration verstehen möchten, siehe das Raspberry Pi3-Schema . Schaltpläne für andere Modelle sind verfügbar. Dies kann ein wenig einschüchternd sein, selbst für diejenigen, die an solche Dinge gewöhnt sind. Es gibt eine etwas besser lesbare Beschreibung des Raspberry Pi B +, die ähnlich ist. Der H5Vliefert die HDMI-Leistung.

Eine kurze verbale Beschreibung:

Power InVom μUSB-Anschluss geht eine Poly-Sicherung und eine ideale Diode ab, 5Vdie die 5-V-Schiene am Erweiterungs-Header bildet und den gesamten Strom für den Pi liefert, einschließlich der folgenden

• einen doppelten Abwärtswandler (PAM2306), der 3V3und liefert1V8
• über einen MOSFET an 5V_COREund einen Tiefsetzsteller (RT8088A), der die VDD_CORE(nominalen 1,2V) erzeugt . Dies wurde vom SOC im ursprünglichen Pi durchgeführt.
• Spannungsüberwachungs-Chip (APX803)
• Netzschalter (RT9741), der H5Vfür HDMI produziert

HINWEIS Bei B + und Pi2 war die "PWR" -LED mit einem GPIO-Pin verbunden, ebenso wie der Spannungsüberwachungs-Chip APX803. Dadurch kann der Pi eine Unterspannung erkennen ODER die LED steuern.

Der MOSFET, der die Pi3 "PWR" -LED steuert, ist direkt mit dem APX803 (offener Drain) verbunden. Wenn die Spannung niedrig ist, ist er IMMER ausgeschaltet. Wenn nicht, sollte es möglich sein, ihn niedrig zu ziehen (und die LED auszuschalten). mit einem Programm . Der neueste Raspbian (mit Kernel 4.9) scheint wiederhergestellten Zugriff zu haben /sys/class/leds/led1, auf den die PWR-LED auf dem Pi3 gesteuert werden kann.
Das vcgencmd get_throttledaktuelle Kernel-Unterstützungsbit 0 zeigt eine Unterspannung an

Die Empfehlung der Raspberry Pi Foundation war immer 5 V plus oder minus 0,25 V.

In der Praxis arbeitet der Pi von etwas mehr als 3,3 V bis etwas weniger als 6 V. Persönlich würde ich die Spannung auf weniger als 5,8 V begrenzen.

Natürlich haben Dinge, die Sie an den Pi anschließen, möglicherweise einen begrenzten Spannungsbereich.

Die maximale Stromaufnahme von den 5V- und 3V3-Schienen hängt von der Pi-Version und der Stromversorgung ab (wenn die Stromversorgung über den microUSB erfolgt, sind alle außer dem Pi Zero mit einer Polyfuse ausgestattet).

Wenn Sie die Stromversorgung über den Erweiterungs-Header herstellen, verwenden Sie einen 5-V- und einen Erdungsstift.