2018年4月8日 星期日

Raspberry Pi 電源心得

很多人大概認為這個題目沒什麼好寫的,拿顆手機充電器 + micro USB 充電線不就行了?

不過考慮以下因素,你會發現隨便拿一顆 1A 輸出的充電器是有風險的:
  • rpi 一代比一代耗電
  • rpi 的外接週邊也會消耗電力(最明顯的就是 USB device)
  • 超過 2.5A 的充電器貴又難買
所以網路上一堆人賣號稱 2.5A 輸出的 rpi 專用電源不是沒有原因(原廠 2.5A 輸出的電源供應器代理商要價 NT$380)

可是我在露天拍賣買一顆台達 5V 6A 輸出的電源供應器才 NT$220(不含運),這中間是不是有什麼誤會?

所以本篇將會教大家如何用便宜又大碗的方式供電給 rpi

本來筆者一開始也是用充電器,在看了某人的 blog 之後,花了一千多元買了下圖這台號稱台灣設計/製造、內有智慧晶片、6 Port 都可以輸出 2.5A 的充電器當電源供應器用,結果沒多久他就變磚了,完全沒有電壓輸出,筆者還只是接 7688 這種等級的貨色而已,吃更多電的 rpi 還沒上呢。


筆者只能猜自己是不是買到機王,還是這種用法本來對充電器來說就不是正常行為,所以內部充電線路精神錯亂自爆了?

最近因為工作上要拿 rpi 做點實驗,又開始找合適的電源供應器,有天筆者突然想到,既然 rpi 只是要用 5V 當電源,那過去的電子產品常見的 AC-DC Adpater 不是每個家庭都有嗎(下圖這種黑色磚頭保證你家不只一顆)?找一顆 5V 安培數夠大的不就好了?


現在剩下的問題是如何把 DC Jack male 轉成 Micro USB male,一找還真的找到了,而且價格很便宜,才 NT$25(淘寶價格可能更殺)


要轉成 USB Type A female 也有,這還是賣台達電源供應器賣家送我的


這邊要注意一下,電源供應器的 DC Jack 必須是內圈正,外圈負(內正外負,詳見下圖),而且電壓要 5V(現在很多電子產品改用 12V),雖然 rpi Micro USB 有做保護,但還是小心點好



哪種轉接頭效果比較好?筆者做了一點小實驗,以下是筆者的實驗器材
  • 台達 5V 6A AC-DC Adpater
  • Raspberry Pi B+
  • 2017-07-05-raspbian-jessie-lite.img

DC Jack female to  USB Type A female


看起來不錯,可是一般來說,電源輸出在空載時電壓應該還會再高一點。以筆者的筆電來說,USB Port 空載時電壓輸出是  5.1x V。

接個負載看看(USB Wi-Fi dongle - TL-WN722N)


掉到了 5V 以下,不過一般來說這數值還在允許範圍內,讓我們來看看下一個選擇會不會更好?

DC Jack female to Micro USB male



由上面兩張圖可以看出,電源供應器空載時跟接上 rpi,再透過 rpi USB port 輸出電壓沒有掉很多。也許會有人說,那是因為少了那條 Micro USB 充電線,距離變短線損變少電壓才會變漂亮。那筆者主動延長總可以吧?


電壓還是沒掉,再接個負載看看


電壓還是一樣漂亮

筆者猜測可能有以下幾點原因

也許配合現在市面上號稱可以用 3A 的充電線就能跑出一樣的數字,不過這幾天經過光華看了一下,要價 NT$180~190,不符合本篇的宗旨,跳過~

這樣玩還不夠刺激,我們拿 USB 外接硬碟實驗,下圖這一台還是筆者手邊最挑電源的一台,電源稍有不對勁就會發出怪聲,接上 rpi 後可以穩定運作!


這種轉接頭用處很多,例如下圖 USB Hub 電源輸入是 Micro USB,配合這種轉接頭就可以搭配任意電流大小的 AC-DC Adapter,不用怕電流不夠推不動外接式硬碟了(2018/04/19 update)。



DC Jack 內徑不合問題

上面提到的 DC Jack female to Micro USB male,DC Jack 內徑為 2.1mm,用在 BeagleBone Black 上也沒問題,算是很常見的規格,但讀者可能運氣不好,剛好家裡庫存孔徑不合,這個問題的解法之一是去電子材料行碰運氣買轉接頭,另外一個作法是乾脆把頭剪了,用 DC Jack 轉端子台就好,筆者在光華買才一顆 NT$10。






另外還有個額外的好處,可以去買 18AWG 2x0.824mm2 的 AC110V 電線來配線(1.25mm2x2 平行花線更佳):


這種線材規格上可以通過 7A 125V(= 875W!),比那個又細又貴的 Micro USB 充電線強太多了,去電子材料行買一公尺才 10~20 元,隨便買個 3 公尺可以用很久了。

(不過讀者可能沒有歐規端子,沒辦法接的像筆者一樣漂亮)

同時供電給多台 Raspberry Pi

這時候最划算的選擇當然是買二手 PC 用電源供應器,一顆才幾百元,而且電流保證夠大,像下面海x的 5V 輸出最大可以到 20A,超爽~


另外一種選擇是工業用電源供應器,這是筆者偏好的形式,因為輸出是端子台,要怎麼配都行,3A - 40A 輸出任君選擇,有 ADJ 可以微調電壓,而且外殼是帶孔鐵殼散熱佳,台灣最容易買到的牌子就是明緯,品質也沒話說(2018/4/13 Update):



那要如何並聯輸出給你的 rpi 艦隊呢?這裡筆者推薦一個好東西 - wago 快速接頭,電子材料行跟特力屋都有賣,網拍一顆不到 NT$20:



這種接頭可以耐壓到 400V,電流可以承受到 24A,不過一般多芯線要塞進去讓接頭咬住有困難,要配合歐規端子


既然都玩到這種程度了,買隻歐規端子壓接鉗吧?下圖是筆者使用,也是市面上最便宜的牌子(約200~300NT$),用了幾年還沒讓筆者失望過


而且歐規端子一大包 80元可以用很久,包你一試成主顧,只要有端子台的地方都用得上,例如下面的 DC12V-5V 電源模組:


如果您覺得還要買隻壓接鉗太麻煩了,您可以去水電行或特力屋買 1.2mm-1.6mm 單芯線來接(就是藏在你家插座裡那種,保證可以通過大電流XD),不過這種線材質偏硬,如果您的 rpi 沒有固定擺放位置就有點不方便(2018/04/13 Update)




除了 wago 快速接頭,也可以考慮 Y 型端子台,這種端子台在配電盤、各種工控機箱裡常看到,下圖箭頭方向已經導通(2018/04/12 Update)


為了並聯出多組電源輸出,必須用短路片加以短路:


這邊要注意的是,Y 型端子有分尺寸,結帳前請先拿起來跟端子台看能不能合的起來,筆者通常買比較窄的尺寸,這樣無論端子台窄或寬都能塞得進去。但寬也有寬的好處,可以通過比較多電流。


Y 型端子台的好處是一次可以輸出電源給更多台 rpi,缺點是金屬外露,沒注意短路的話就 gg 了。此外還有另一個用途就是可以拿來進行 RS485 連線實驗,因為 RS485 通訊需要把多台設備 D+/D- 並聯,此時可以用一般實驗用的單芯線配合端子台與短路片,相當方便。

如果您覺得以上方案都太麻煩,筆者在淘寶找到一樣好東西: YwRobot 四路分電板,約台幣 70 元左右,可以用端子台或 DC Jack (2.1mm) 輸入 5V 電源,轉成 4 Port USB Type A female 輸出,理論上您再買一顆 5V 10A 以上的電源供應器
給他灌下去(4 x 2.5A = 10A)就很好用了,但這種分電板還是會遇上一般 USB 充電線太細的問題(2018/04/16 Update)。

插座不夠用怎麼辦?

黑色磚頭最大的問題就是很佔空間,有的延長線為了這些磚頭還特別把每個電源孔的間距加大。您不用把原來的延長線丟掉,這裡推薦一個好東西:


這種分接頭可以解決充電器、變壓器卡到其他插頭的問題。另外出國時往往一堆電器需要充電,這種分接頭還可以解決飯店插座不夠用或太多人搶同一個插座的問題。筆者拿這種轉接頭接 AC 220V 實驗過,理論上對岸跟歐洲用 AC 220V 的地方也可以用(接吹風機、電鍋這種是找死的行為),因為這種轉接頭不像一般的 AC 110V 延長線上有電源指示燈,無熔絲開關,突波吸收器... 接上 AC 220V 馬上就會暴掉。
(注意,接到 AC 220V 是規格外的用法,若發生意外筆者不負任何責任,請小心!)

題外話,如果您真的不放心,可以直接購買 AC 220V 延長線,不過一般電器行很難買到(筆者也很訝異,以台灣人熱愛出國的程度,居然很難買到這種產品)

開關(2018/4/14 update)

很多 rpi 專用電源供應器會附個小開關,但筆者實驗發現開關也會造成線損,這跟材質還有接觸面積有關,下面這種實驗結果電壓居然掉到 4.3-4.5V,而且 rpi 電源燈不斷閃爍:



筆者不死心,又用中間開關(五金行跟電料行都有賣,約 NT$50)再接一次,這次終於有回到 5V,但是接上負載後掉到 4.7V:




原本筆者還想用下圖這種需要焊接的 3P 線上開關盒(市售約 NT$10-NT$20),不過手邊沒有烙鐵就暫時打消念頭,不過從筆者的實驗您有沒有發現一件事?就是買那種帶開關的 USB hub 似乎不是好主意喔,您覺得這些市售 USB hub 導線有筆者的粗?開關鐵片面積有筆者的大嗎?


另外一種方式就是乾脆利用延長線上的開關,不過筆者發現在使用 rpi 時很少需要開關,這裡就留給大家做個參考。

3A 充電線(2018/04/18 update)

最近搜尋網拍,發現還是有不少便宜的 3A 充電線(台幣 20-30 元的都有,不含運),最有名的三大廠牌分別是
  • NTT docomo,上面有雙磁環,不過淘寶上很多賣家表明是庫存品而且皮本身很薄容易破。
  • 微軟 Surface 平板充電線
  • LG 
不過這些筆者都沒用過,沒辦法說哪個比較好,未來有機會接觸時再跟大家報告~

尾聲

筆者認為 rpi 一開始選用 micro usb 做電源輸入就是個餿主意,因為 DC Jack, 端子台已經被驗證數十年,而 micro usb 是智慧型手機興起時才開始被大量採用,而且一般手機拿來充電,充電線細一點過不了大電流也沒關係,大不了充久一點。但是用在 rpi 就不一定可行。可能 rpi 基金會以為家家戶戶都有手機充電器+充電線很方便,卻忘了大電流充電器跟充電線可不是家家戶戶都有(筆者在這之前也很少注意)。

當然 DC Jack 也有一些缺點,孔徑規格多,有的是外負內正(現在已經很少見),但起碼在各種電子產品上都驗證過(超過 5V 3A 的一堆,如筆電),怎樣也是比 micro usb 保險多了,真不知道 rpi 基金會在想什麼(2018/04/18 update)?

最後希望本篇可以讓大家少花冤枉錢少走冤枉路~enjoy it!

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