Raspberry Piはエンジニアリングのあらゆる段階での開発に最適なツールですが、比較的正確な5V電源であるマイクロUSBポートから電力を供給するように設計されています。ボードのすべての入力保護は、USBポートを介して供給される電力を中心に行われます。
適切に調整された5V入力があり、それを5VおよびグランドGPIOピンに直接接続する場合でも、ヒューズや逆保護ダイオードなどの重要な保護をバイパスすることになります。USBポートから電源を供給するのが間違いなく最善の方法ですが、バッテリーを接続するだけではだめです。5Vバッテリーがないのです。一般的に使用される電源は、単三電池4本 (完全に充電された6V以上)、9V電池1本、または3.7リチウムイオン電池2本 (7.4V) です。それらはすべて、Raspberry Piを焼き尽くします。では、どうすれば5Vまで下げられるのでしょうか?ここに、良い、より良い、最高の3つのオプションがあります。
Raspberry Piの5V出力: 抵抗分割器の使用
抵抗分割法は最も基本的な回路原理を使用します:
VIN を把握し、R1とR2を正しく選択すれば、 V OUTを 5Vにすることができます。R1とR2は、 VOUT/VIN = (r1)/(r1+r2) を満たすものであれば何でも構いません。ただし、この方法では余分なエネルギーが直接熱として放散されるため、単三電池4本 (6V) など、5Vに比較的近い電源を使用するのが最適です。この方法では余分なエネルギーが直接熱として放散されるため、5Vに比較的近い電圧で使用するのが最適です。単三電池4本 (6V) のパックで問題なく動作します。9V電池を使用すると効率が著しく低下します。
もう一つの考慮事項は、抵抗器の定格電力です。使用したい抵抗値を計算したら、十分な電力定格を持つ抵抗器を見つける必要があります。消費される電力は、抵抗器を流れる電流と抵抗器の両端の電圧降下を掛け合わせたものになることを覚えておいてください。たとえば、6Vバッテリー パックからVOUTを5Vにしたい場合は、抵抗器R1=100、R2=20を使用できます。 いい、丸い数字ですね。ただし、Piに最大1Aを供給したい場合 (これは許容する必要があります)、P = IVの場合、R1 (熱で失われる上部の抵抗器) を流れる電力は1V * 1A = 1Wになります。1W 100オームの抵抗器を見つけることは不可能ではありませんが、それでもかなりの熱が発生します。さて、9Vを5Vに降圧しようとすると、1Aで4Wが失われます。それは間違いなく熱くなり、より高価な抵抗器になるでしょう。
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内訳
利点: 簡単で安価です。
短所: 多くの電力を浪費し、間違った方法で行うと確実に火傷の危険があります。 また、抵抗比は静的ですが、バッテリー電圧は放電すると低下するため、出力電圧もそれに応じて低下します。抵抗分割器は実際にはVoutに電流を供給するように設計されていないため、Piにさらに多くの電力を引き込もうとすると、計算が変わることに注意してください。
Raspberry Piリニア電圧レギュレータの使用
LDO (低ドロップアウト) レギュレータは、入力電圧が出力に近づいた場合でも出力を目的の電圧に保つように設計されたリニア レギュレータです。したがって、標準レギュレータは入力が6Vを超える場合にのみ5Vを供給できますが、LDOは入力が5.25Vであっても5Vを供給できます。マーケティングは異なりますが、考え方は同じです。
多くの趣味用ボードでは、1117リニア レギュレータの何らかのバージョンが使用されていますが、それには十分な理由があります。 1117は、最大15Vの入力電圧から最大1.3Aの安定した5V出力を提供します。安価なスルーホール パッケージで提供され、ブレッドボードに直接取り付けることができます。2つのコンデンサ (入力1つ、出力1つ) を追加すると、バッテリー電圧が変化しても安定した電圧出力が得られます。残念ながら、リニア レギュレータは実際には単なる高機能な抵抗分割器であり、目的の出力にかなり近い電圧を調整するように設計されています。これは前述の4W抵抗器よりもわずかに効率的ですが、9Vから5Vに降下する場合はかなりの熱を発生します。
詳細:
利点: 安価で簡単、バッテリーが放電しても出力は変化しません。
短所: 依然として非常に非効率であり、熱管理が必要です。
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DC/DC電力コンバータ: 最も効率的なソリューション
Piに電力を供給する最も効率的な方法は、スイッチング レギュレータを使用することです。独自の回路を設計する方法の詳細については、引き続きお知らせしますが、それまでの間は、TDK-LambdaのCC6-1205SF-Eなどの事前に設計されたDC/DCモジュールを使用してください。外部コンポーネントは必要なく、ブレッドボードに簡単に取り付けられ、より原始的な方法で達成されていた50% 以下よりも80% 近い効率が得られます。
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内訳:
利点: 効率的で、外部コンポーネントがなく、真のプラグアンドプレイです。
短所: 最も高価なソリューションです。
安定化された5VをUSBポートに供給する方法がわからない場合は、Molex の687840002のようなマイクロUSBケーブルを購入し、マイクロではない方の端を切り取り、5Vを適切な電源線とアース線に接続します。他のワイヤーは接続せず、被覆を剥がさないままにしておきます。
Piをバッテリーで駆動したい場合、いくつかの選択肢があります。自分にとって最適な方法を選択し、適切な予防策を講じれば、どこからでもデザインに電力を供給できます。