Hallo Foren-Mitglieder und solche, die es werden wollen.
Nachdem ich die Feststellung gemacht habe, dass sich in letzter Zeit die Probleme mit der Stromversorgung des Raspberry Pi wieder häufen, habe ich mal versucht die Schematik und Varianten der Stromversorgung optisch darzustellen und ein paar erklärende Worte dazu zu schreiben.
Die Pfeile sind natürlich Quatsch, aber ich denke, sie veranschaulichen die einzelnen Varianten ganz gut.
Bitte beachten: all das hier gilt nur für den Raspberry Pi, Modell B, Rev. 2. Dabei setze ich voraus, dass der RPi nicht übertaktet ist, was den Stromverbrauch der CPU erhöht.
Wie es mit Modell A bzw. Modell B Rev. 1 aussieht, vermag ich nicht mit Sicherheit zu sagen.
Variante 1: Stromversorgung über Micro-USB (siehe auch Anhang raspi-strom-allgemein-v1.png)
Dies dürfte die bekannteste und wohl auch meist angewandte Variante der Stromversorgung sein. Allerdings ist ea auch die, die am meisten Probleme bereitet.
Hinter der Micro-USB-Buchse sitzt die Sicherung, eine Polyfuse, die das Board im Falle eines Kurzschluss schützen soll.
Diese Polyfuse wandelt alles an Eingangsstrom in Wärme um, was 1000 mA übersteigt. Es macht also absolut keinen Sinn ein Netzteil mit 2000 mA oder mehr hier anzuschliessen.
Ein sinnvoller Leistungswert sind etwa 1200 mA, um mindestens 1000 mA Versorgungsstrom zu gewährleisten.
Vorteil:
- Die Sicherung schützt das Board.
- Die beiden USB-Ports des RPi sind, im Gegensatz zu Variante 2, frei.
Nachteil:
- Für die restliche Peripherie stehen lediglich ca. 300 mA zur Verfügung. Das beinhaltet die beiden USB-Anschlüsse und die GPIO-Leiste. Da kann schon der Anschluss eines WLAN-Sticks zu einem Spannungseinbruch führen.
- Für den Anschluss eines aktiven Hub wird ein zusätzliches Netzteil benötigt.
Symptome eines Spannungseinbruchs:
- Unerklärliches Verhalten wie sporadische Abbrüche bei LAN und/oder WLAN Verbindungen.
- Fehlschlagen des Boot-Vorgangs, der schliesslich im Kerneldebugger endet.
- Fehlerhaftes Hochfahren des Betriebssystems.
- Zerschreddern des Filesystems auf der SD-Karte.
Die folgenden zwei Varianten funktionieren nur, weil die gesamte 5V Stromversorgung des Raspberry-Pi zusammenhängt und es daher egal ist, woher der Strom kommt und weil die 3,3 Volt aus der Boardspannung erzeugt werden.
Variante 2: Stromversorgung über USB (siehe auch Anhang raspi-strom-allgemein-v2.png)
Das ist die Variante, die ich derzeit einsetze, und die bisher recht zuverlässig ihren Dienst tut.
Am sinnvollsten ist es, hier einen aktiven Hub zu verwenden.
Die Mindest-Leistung des Hub-Netzteils sollte Anzahl der Hub-Ports * 500 mA sein.
Der RPi wird dabei mit einem Y-Kabel an den Hub angeschlossen ( Zwei Ports des Hub auf einen USB-Port des RPi ) um sicherzustellen, dass auch 1000 mA Strom beim RPi ankommen.
Der zweite USB-Port des RPi verbindet den RPi mit dem Steuereingang des Hub.
Hintergrund ist, dass lt. Norm ein USB 2.0 Port bis zu 500 mA Strom liefern kann. Zwar halten sich meiner Erfahrung nach die meisten Hub-Hersteller nicht daran und liefern durchaus mehr Strom, aber um sicher zu gehen wenn der Hub doch mal normgerecht arbeitet, dienen 2 Ports der Stromversorgung.
Vorteil:
- Es wird nur ein Netzteil für aktiven Hub und die Stromversorgung des RPi benötigt.
- Die Stromversorgung ist, bei richtiger Leistung des Netzteils, immer gewährleistet und die GPIO-Leiste wird garantiert mit insgesamt ca. 300 mA versorgt.
Nachteil:
- Evtl. die Sicherung, die nun umgangen wird.
- Es sind direkt am RPi keine USB-Ports mehr frei.
- Gegenüber Variante 3 liegt der maximale, für die GPIOs verfügbare Strom, bei ca. 300 mA.
Symptome eines Spannungseinbruchs:
- Sind mir keine bekannt. Vorstellbar wäre, dass über die GPIOs mehr als insgesamt 300 mA gezogen werden. Die Symptome dürften, mit sporadischen Aussetztern und Bootproblemen, ähnlich zu Variante 1 sein.
Variante 3: Stromversorgung über GPIO (siehe auch Anhang raspi-strom-allgemein-v3.png)
Hierbei wird über ein Netzteil mit mindestens 2000 mA der Strom über einen 5V und einen GND-Pin des RPi eingespeist.
Welche Pins dabei verwendet werden ist egal.
Die 2000 mA Mindestleistung berechnen sich aus ca. 700 mA für den RPi, ca. 300 mA für die GPIO-Leiste und 2 * 500 mA für die beiden USB-Ports.
Es kann natürlich auch ein stärkeres Netzteil angeschlossen werden. Aber Vorsicht, das verführt dazu hohe Lasten an den beiden USB-Ports anzuschliessen.
Inwiefern und ab wann die Leiterbahnen des Boards Schaden nehmen, vermag ich leider nicht zu sagen.
Vorteil:
- Sehr zuverlässig und stabil, wenn die Leistung des Netzteils richtig berechnet wurde.
- Falls mehr als 300 mA für die GPIO-Leiste benötigt werden, kann das mit dieser Variante durch Einsatz eines stärkeren Netzteils realisiert werden.
- Die beiden USB-Ports des RPi sind, im Gegensatz zu Variante 2, frei.
- Für die beiden USB-Ports des RPi stehen nun, wie von der Norm gefordert, jeweils mindestens 500 mA zur Verfügung.
Nachteil:
- Evtl. die Sicherung, die nun umgangen wird.
- Für den Anschluss eines aktiven Hub wird ein zusätzliches Netzteil benötigt.
- Verführt dazu die beiden USB Ports zu sehr zu belasten und damit die Leiterbahnen des Boards zu gefährden.
Symptome eines Spannungseinbruchs:
- Sind mir nicht bekannt.
So, das war's jetzt erst einmal.
Für Fragen und Diskussionen rund um das Thema bitte diesen Thread verwenden, den ich extra dafür angelegt habe, damit diese Infos nicht in Kommentaren untergehen. Fragen, Anregungen und alternative Lösungen sind dort ausdrücklich erwünscht.
Es wäre schön und ich würde mir wünschen, wenn einer unserer Elektro-/Elektronik-Gurus mal drüber schaut und mir ein Feedback gibt, ob das alles so passt und was ich vergessen oder falsch dargestellt habe.
cheers,
-ds-