Raspberry Piの電源問題とUSBの規格

イントロダクション

前回(昨日)の更新で「次はマイク使う」とか言っていたくせに今回全然違う話です。

題にある通り、Raspberry Piの電源について書いていきたいと思います。

まず何故書くことになったのかを。

今日の朝いつも通りパソコンを起動させてFeedlyを見ていた時、デバプラのある記事を発見しました。

第42回「Model Bシリーズ最新版・Raspberry Pi 3!内蔵Bluetoothを使ってみよう」

Raspberry Pi 3の記事です。(3でBluetoothが標準搭載されたのでiBeaconとかやってみたい。欲しい)

この記事の中にある一文を見つけました。

ラズベリーパイでは、電源不足のときはデスクトップ画面の右上に小さく虹色のマークが表示されることがあったので、(<http://deviceplus.jp/hobby/raspberrypi_entry_042/&gt; 16/5/29現在)

この文を見た時

「え?僕の常時ついてますが。それ」

と。

完全にデフォルトの表示(動作確認的な)だと思っていました。

Raspberry Piに5V/2A以上の電源が必要なのは知っていましたし、それに準じた製品を使っていたと思っていたのでした。

ちなみに使っていた電源は

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
4つUSB充電ポートがあります。

ダメだった2つの原因

Raspberry Piに十分な電源が確保できなかった理由を自分なりに考えてみて行き着いた2つの原因があります。(1つ目が

 1つ目:充電器側の問題

前章の画像には出力:DC 5V 2A と書いてありますね。

実はこれ(多分)4つあるUSBポートの合計なんです。

家電量販店などで売っているものを見かけると大抵、「最大電流2A・急速充電対応!!」という文句が書かれていますが、「最大電流(つまり合計)」が2Aという意味。

この充電器を買った時(約3・4年前)、USB2.0が主流(だったと思います)で基本的にUSBはPCにつなぐもので仕様書には(見たこともありませんが)「500mAまでしか出せない」となっています。

USB充電器に関する詳細な検証結果などは下記のブログに記されています。

知らなきゃ損するiPhone、iPad、Android、タブレットなどの急速充電の仕組み(改訂版:2015/05)

なるほどわからん。というわけではありませんが、腑に落ちないところがあります。

  • 専用充電器(Dedicated Charging Port)
    充電器の仕様によるが1.5Aぐらいまで流せる。

“最大出力電流2.4Aも1.5Aまでしか出せない”ということでしょうか?
よくわかりませんね。Raspberry Piは2A以上の電流の充電器が推奨されているはずです。これでは2Aが取れなさそうです。

というわけで、徹底的に(主観的に)調べてみました。

USBの規格にはよく知られているものにUSB 2.0やUSB3.0、USB3.1があります。

これらはすべて通信(を主とする)規格で、最大電力供給はUSB2.0が500mA、USB3.0が900mAです。

一方家電量販店にある急速充電できるUSBアダプタなどはUSB BCやUSB PDといった規格で造られています。USB BCはその規格の中に3つの電源種類があって、その中で最大のものは5V/1.5Aとなります。これが前述した疑問が残る規格の正体です。

では、1.5A以上の電流を供給できる規格は何かと言うとUSB PDという規格です。
このUSB PDの規格は最大100Wまで電力供給するという規格で、つまり、5V/2Aなら

5[V] ×2[A] = 10[W]

というわけです。100W余裕です。

これでUSBの電源供給の疑問が解決しました。ただ、これではなぜ手持ちの充電器がダメだったのかという理由にはなりませんね。(充電器にも規格書いて欲しいものです)

参考サイト

2つ目:充電ケーブルの問題

僕が使っていた充電ケーブルはAmazonで買ったAmazon Basicの1.8mか2.0mぐらいのケーブルです。

最近家電量販店に行くと「急速充電対応充電ケーブル」なる製品を見かけます。同じ線なんだから違いなんてあるのか?と思っていましたが。どうなんでしょう。

前述のUSB PDですが、参考サイト(上から2個目)の中で

ただしケーブルについては大電流に対応した専用ケーブルが必要。

と書かれていました。

ここからは僕の想像ですが(探偵か)充電ケーブルの抵抗値が関係しているのではないかと思われます。抵抗によって電流は下がりますから。

V = IR

 というオームの法則より電圧が一定の場合、抵抗が上がれば電流は下がり、抵抗が下がれば電流が上がります。

うーん。抵抗があっても若干数ぐらいなものだと思うんですが…。

よくわかんないですね。製品の多くは大抵ブラックボックスですし、データシートみたいなのあればいいんですが…。

解決するために

解決するためには、買ってくるしかありません。メーカは最大電流しかパッケージに書かないので、USBポートが複数個あるのはやめにして、なおかつ最大電流2A以上のものを選びます。

結果…

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
BSMPA2401BC1

これになりました。

で、実際にPiにつないだ結果。

電源不足インジケータが消えました!

そして何より驚いたのが、ソフトがすごく軽くなったことですね。
Minecraft Piとかブラウザ、Emacsの起動速度と軽さが段違いになりました。Mathematicaとかかなり起動に時間がかかってたのですが、ぽぽんと起動するように。

結構違うもんですね。

あとがき

と、Raspberry Piが劇的に変化しました。かなり違います。快適です。

そういえばRaspberry Pi 3は推奨電流がさらに引き上げられて2.5Aになっていました。
2.5Aの充電器なんてそうそう無いんで、専用充電器が必要になるのか?(最低電流が1.2Aなんで今回買った代物でも動くでしょう。ほぼ2.5Aですしね)

Raspberry Pi 5とかの頃にはどうなってるんでしょ。スマホのバッテリィがさらに大容量になって3Aとか普通になっているのか、Raspberry Piに専用電源ケーブルがつくのか超省電力設計になっていくのか…。

まとめ:電源は大事

追記:16/5/30 加筆訂正。

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