1つのUSB電源からRaspberry PiとGPIOデバイスに給電するには

たとえばRaspberry PiのGPIO端子にモーターを接続したい場合など。

うまく動作する場合もありますが、デバイスにより電源容量が不足してうまく動作しない場合があります。

デバイス専用に別の電源を用意すれば良いのですが、コンセントが2つ必要だったり、配線が複雑になったりします。

GPIOを使う場合にありがちな、電源容量不足の問題をなんとかシンプルに解決できないでしょうか?

方法案として「比較的大きな電源容量のUSB電源を1つのみ用意しRaspberry PiとGPIOデバイスの両方に同時に給電する」方法を考えたいと思います。


1つのUSB電源でRaspberry PiとGPIOデバイスに同時に給電

Raspberry PiへGPIOから給電

Raspberry Piへの給電は、次の3つの方法があるようです。

  1. 電源端子(USB microB端子)
  2. USB端子
  3. GPIO端子

今回の「Raspiとデバイス両方に給電」の目的の場合、3番の方法が良さそうです。

具体的な配線は、下図のように5V安定化電源を+5V端子とGND端子に接続すれば良いようです。


複数の電源出力端子があるコネクタが必要

+5V安定化電源として、ここでは入手が容易な通常のUSB電源を使用したいと思います。給電に必要な入力側端子(コネクタ)はUSB microB(メス)端子になります。

複数のデバイスに給電するためには、電源出力側の端子が複数あると理想的です。

探した結果、秋月電子通商さんの、こちらの製品を使用させて頂きました。

通常、ピンヘッダはブレッドボードへの取り付けを考慮して下向きかと思います。またコネクタにはブレッドボード用の細ピンヘッダが同梱されています。

写真はピンヘッダを逆(上向き)に取り付けています。またジャンパーワイヤーによる配線を考慮して通常の(細くない)ピンヘッダを使用しました。


Raspberry Piとデバイスに実際に給電してみると

左右のピンヘッダそれぞれに、Raspberry Piとデバイス(写真はPWM制御基板)を取り付けてみました。

電力系統の配線は、単芯のケーブルではなく、複芯/多芯(より線)のケーブルを使用します。

配線は複芯タイプのジャンパーワイヤーのメスーメスを使用しました。

GPIOから+5Vのみ供給している状態ですが、Raspberry PiにLANケーブルを取り付けて、SSHリモートログインを行い、問題なく使用できております。


4A供給したい場合、2.1mm標準DCコネクタを使用

PSEマークの付いた、USB microB端子のスイッチング電源は、5V 3Aが最大容量かと思います。5V 4Aの電源を供給したい場合、2.1mm標準DCプラグが必要になります。

こちらの写真は、Raspberry Pi用のユニバーサル基板に2.1mm標準DCコネクタを取り付け、Raspberry PiのGPIOから電源を供給しつつ、タッチパネルに電源を供給する方法になります。

使用したパーツは以下になります。

  1. Raspberry Pi用ユニバーサル基板- パーツ一般 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
  2. 2.1mm標準DCジャック(4A) 基板取付用- パーツ一般 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
  3. ピンソケット 2×20(40P) ラズパイ用スタッキングコネクタ- パーツ一般 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
  4. ピンヘッダ 1×40 (40P)- パーツ一般 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
  5. スイッチングACアダプター 5V4A AD-A50P400- 電源一般 秋月電子通商-電子部品・ネット通販

まだ実験中ですが、以上のような電源の配線で、長年のGPIO電源問題が解決しそうです。具体的に次のような事を行ってみましたが、問題なく使用できております。

今の所、5V 4Aが最大容量になりますが、それ以上の電力を供給したい場合、複数の電圧出力(5Vと12V出力など)に対応したスイッチング電源が必要になりそうです。

電源の問題に悩まされず、デバイスの安定動作を求めて。

なにか新しい製品が登場しましたら、またいろいろと工夫してみたいと思います。

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