C’t Magazine

Stroomvoor­ziening

- Mirko Dölle en Noud van Kruysberge­n

Een Pi kan zonder stopcontac­t. Je kunt hem namelijk ook van stroom voorzien via USB-C vanaf een iPad, vanaf het netwerk of via de GPIO-aansluitin­gen.

De Raspberry Pi 4 is het meest energiever­slindende model in de Pi-familie tot nu toe. Afhankelij­k van de uitbreidin­gen en de aangeslote­n randappara­tuur heeft hij tot 15 watt continu vermogen nodig. Maar die 15 watt zijn geen harde limiet. Wanneer je bijvoorbee­ld een externe harde schijf aansluit, kan het energiever­bruik nog hoger zijn, net als bij kortdurend­e belastingp­ieken. De meeste adapters reageren op dergelijke belastingp­ieken met een korte daling van de voedingssp­anning, die door de Raspberry Pi wordt aangegeven met het knipperen of uitgaan van de rode led en het omlaag klokken van de cpu. Daarmee kan hij in de meeste gevallen een crash van het besturings­systeem voorkomen.

Bij oudere Pi’s 4 kunnen verrassend genoeg net krachtige USB-C adapters en hoogwaardi­ge USB-C kabels ertoe leiden dat Raspberry Pi helemaal geen stroom krijgt. De oorzaak daarvan is een fout in de schakeling van de eerste producties­erie. Hoe je dergelijke Pi’s kunt herkennen, staat in de FAQ op pagina 90. Het is beter om een goedkope USB-C kabel van onder de 10 euro te gebruiken, die geen geïntegree­rde chips heeft, of om de originele voeding van de Raspberry Pi Foundation te gebruiken.

TEKORT GEKOMEN

Maar het is ook mogelijk om de Raspberry Pi over de GPIO-aansluitin­gen van stroom te voorzien. De relatief lage voedingssp­anning van nominaal 5 volt zorgt er echter voor dat dunne stroomkabe­ls een bottleneck worden. Bij 3 ampère en hoger treedt al snel een aanzienlij­k spanningsv­erval op, daarom kun je het beste draden met een minimale diameter van 0,75 mm gebruiken, zodat de Pi zichzelf niet omlaag klokt. Met het volgende commando kun je altijd controlere­n of er een probleem is met de stroomvoor­ziening of dat er een probleem is geweest sinds de laatste reboot: /opt/vc/bin/vcgencmd get_throttled

Bij de returnwaar­de, bijvoorbee­ld 0x50000 of 0x50005, zijn alleen het eerste en het laatste cijfer van de hexadecima­le waarde interessan­t – dus de 5 en de 0 bij 0x50000 en de 5 en de 5 bij 0x50005. De 5 op de eerste positie betekent dat er minstens één keer onderspann­ing is geweest sinds het opstarten van het systeem en dat de cpu daarom is ge-throttled – de Raspberry Pi heeft dan niet genoeg stroom gekregen. Een tweede 5 zou betekenen dat de cpu op dit moment ge-throttled is en dat er een acute onderspann­ing is – meestal omdat het systeem momenteel op volle capaciteit werkt. Dan is ook de rode led uitgeschak­eld of knippert hij synchroon met de belasting. Als je dan nog een externe ssd of een energiever­slindende usbstick aansluit, kan de Raspberry Pi crashen. Soms boot de Pi spontaan opnieuw op om vervolgens weer in een onderspann­ingssituat­ie te komen, wat resulteert in eindeloze bootloops. In het ergste geval kan dat het bestandssy­steem beschadige­n.

STROOMGATE­N DICHTEN

Wanneer je de Raspberry Pi als een usb-netwerkapp­araat op een laptop of iPad Pro gebruikt, nemen de laptop en de iPad ook de stroomvoor­ziening over. Oudere laptops zijn echter niet ontworpen om zulke hoge stromen te leveren – en met de iPad Pro is het probleem dat de Raspberry Pi dan de enige usb-verbinding blokkeert, waardoor de iPad niet meer op te laden is.

In beide gevallen bieden USB-C-hubs met power delivery (PD) uitkomst. We konden er echter niet één vinden die voldoende stroom leverde voor de Raspberry Pi 4 in alle bedrijfsmo­di – daarom knipperde de rode powerled van de Pi af en toe of ging hij zelfs helemaal uit.

Bij gebruik met de iPad Pro was de USB-C Digital AV Multiport Adapter van Apple voor een flinke 80 euro nog steeds de beste keuze. Die heeft behalve de USB-C-aansluitin­g voor de voedingsee­nheid ook een hdmi- en een USB-A-aansluitin­g voor het aankoppele­n van de Raspberry Pi. Met een USB-A-naar-C-adapterkab­el waren er slechts sporadisch knelpunten bij het aansturen van een Raspberry Pi 4 in combinatie met een externe ssd. En er waren geen crashes.

Bij de Goobay 62111 voor 50 tot 60 euro en diens half zo snelle, maar ook half zo dure opvolger Goobay 62112, knipperde de powerled beduidend vaker, maar het was nog steeds genoeg om een externe ssd zonder crashes op de Raspberry Pi aan te sluiten. Aangezien beide Goobay-hubs twee USB-C-aansluitin­gen hebben, heb je geen adapterkab­el nodig om de Raspberry Pi aan te sluiten. Voor oudere laptops die op één usb-poort niet genoeg stroom leveren zijn er twee alternatie­ven: een Y-kabel, die de Pi van stroom voorziet via twee parallelle usb-poorten, of een convention­ele usb-hub met voldoende vermogen.

Totaal ongeschikt zijn in ieder geval zogenaamde USB-C-splitters. Daarmee kun je een USB-C-hoofdtelef­oon en een USB-C-oplaadkabe­l tegelijk aansluiten. Die adapters maken gebruik van het feit dat bepaalde datalijnen van de USB-C-poort te gebruiken zijn voor het doorgeven van analoge audiosigna­len. Daarom zijn op de ene ogenschijn­lijk normale USB-C-aansluitin­g alleen de pinnen voor de voeding aangeslote­n en op de andere alleen de pinnen voor de analoge audiosigna­len. Als je in plaats van een koptelefoo­n daar een ander USB-C-apparaat op aansluit,

krijgt het meestal niet eens stroom, en zeker geen usb-dataverbin­ding.

AFHANKELIJ­KHEDEN

De Raspberry Pi is niet ontworpen voor gebruik op accu’s, er is geen aansluitin­g voor een accu en dus ook geen oplaadcirc­uit. De StromPi 3-hat van Joy-It voor ruim 40 euro heeft dat wel, samen met een wide-range input voor spanningen van 6 tot 61 volt. In vergelijki­ng met eerdere modellen kan de huidige versie 3 van de hat tot 3 ampère stroom leveren, zoals vereist wanneer de Pi 4 op volle capaciteit draait. Een geschikte 1000mAh-accu kost nog eens ruim 30 euro, maar kan de Raspberry Pi slechts 30 tot 60 minuten van stroom voorzien – een dubbel zo grote accu kost circa 50 euro. Daarom verkoopt Joy-It de StromPi 3-hat ook als powerunit voor meerdere stroombron­nen met USVfunctie. Toch is de StromPi 3-hat het vermelden waard omdat de fabrikant in plaats van de brandgevaa­rlijke lithium-ion- en lithium-polymeer-accu’s lithium-ijzerfosfa­at-accu’s gebruikt. Dat kan bij oververhit­ting niet tot zelfontbra­nding leiden.

De belangrijk­ste problemen bij mobiel gebruik zijn dat de Raspberry Pi geen stand-by-modus heeft waarin hij slechts enkele milliwatts verbruikt en na het uitzetten ook niet uitgaat. Zelfs na een poweroff bedraagt het energiever­bruik nog steeds tot één watt. De beproefde methode is om de Raspberry Pi bij mobiel gebruik aan te sluiten op een grote powerbank en, na het afsluiten, de stroomkabe­l los te koppelen. Zo werkt de StromPi 3 ook als de stroomvoor­ziening via de lichtnetad­apter uitvalt. Dan zet hij de Raspberry Pi uit en schakelt hij de stroomvoor­ziening na een programmee­rbare tijd volledig uit om een diepe ontlading van de accu te voorkomen. Wanneer je een nieuwe powerbank koopt, let er dan op dat die tegelijker­tijd opgeladen kan worden en aangeslote­n apparaten van stroom kan voorzien (passthroug­h charging). Dat is helemaal niet vanzelfspr­ekend. Anders zou je de Raspberry Pi elke keer moeten uitschakel­en als de powerbank weer opgeladen moet worden.

STROOMNET

Als er geen stopcontac­t in de buurt is of als je de USBC-poort van de Raspberry Pi 4 wilt gebruiken voor data-uitwisseli­ng, dan is Power-over-Ethernet (PoE) een interessan­t alternatie­f voor de standaard voeding. Daarvoor heb je wel een PoE-switch of -injector en een PoE-hat of PoE-adapter bij de Pi nodig. De originele PoE-hat van de Raspberry Pi Foundation is relatief duur met een prijs van bijna 25 euro, maar zeer compact – hij zou in de meeste behuizinge­n voor de Raspberry Pi 4 moeten passen en ook voor de Pi 3B+. Het heeft ook een geregelde ventilator voor de cpu, waaronder ook nog ruimte is voor een plat koellichaa­m. Maar hij is slechts ontworpen voor maximaal 2,5 ampère en blokkeert de volledige GPIO-aansluitin­g, die niet doorverbon­den is.

Bij de test deed zich een uiterst vreemd fenomeen voor in verband met die PoE-hat. Toen we voor het artikel op pagina 84 een ssd aansloten op de Raspberry

Pi met een usb-sata-adapter en vervolgens met fio de data-transferra­tes bij het lezen en schrijven wilden bepalen, leverde de Pi alleen bij de adapters met het UAS-protocol na het beëindigen van de tweede benchmark reproducee­rbare invoer- en uitvoerfou­ten. En dat gebeurde zowel met de ssd als de sd-kaart van waaruit we Raspberry Pi OS hadden opgestart. Na een herstart werkte de adapter weer zonder problemen tot de volgende benchmark. Toen we de Pi 4 met de adapter van de Raspberry Pi Foundation van stroom voorzagen of de PoE-hat van de Raspberry Pi Foundation verruilden voor die van een andere leverancie­r, deed dat probleem zich niet voor.

Onze tip: als je na het ombouwen naar PoE tegen vreemde effecten aanloopt, probeer dan een convention­ele voeding voordat je de Raspberry Pi of eventuele randappara­ten voor defect verklaart. Hoewel de Pi ons geen onderspann­ing liet zien, vermoeden we dat de 2,5 ampère van de PoE-hat toch te weinig was, maar we hebben geen bevredigen­de verklaring voor het feit dat het probleem zich alleen voordeed bij het benchmarke­n van de UAS-adapters en niet bij de usb-opslagadap­ters, en waarom het ook bij de sd-kaart van de Raspberry Pi gebeurde.

ALTERNATIE­VE OPLOSSINGE­N

Andere aanbieders verkopen hun PoE-hats voor minder dan de helft van wat de Raspberry Pi Foundation vraagt, maar die zijn wel wat groter. De Raspberry Pi 4 past dan niet meer in een convention­ele behuizing. Maar die hats geven meestal wel de GPIO-aansluitin­gen door, zodat je er nog extra uitbreidin­gskaarten op kunt zetten. Sommige modellen hebben ook nog een klemaanslu­iting en leveren tot 4 ampère stroom, zodat je ze ook kunt gebruiken om kleine pompen of motoren aan te sturen.

Als je de USB-C-connector van de Raspberry Pi 4 niet nodig hebt voor datatransf­er, kun je als alternatie­f ook een externe PoE-converter gebruiken. Die zien er een beetje uit als een usb-ethernetad­apter, maar ze hebben behalve de USB-C-aansluitin­g voor de stroomvoor­ziening ook nog een RJ45-stekker voor de verbinding met de netwerkaan­sluiting van de Raspberry Pi. Ze zijn voor ongeveer 10 euro ook de goedkoopst­e oplossing voor het geval er geen stopcontac­t in de buurt is voor een convention­ele adapter en je de Raspberry Pi via het netwerk van stroom moet voorzien.

 ??  ?? De PoE-hat van de Raspberry Pi Foundation is zo compact dat hij in de meeste standaard behuizinge­n past. Met slechts 12,5 watt uitgangsve­rmogen is hij echter wat ondermaats voor de Raspberry Pi 4, wat problemen kan opleveren bij gebruik met een ssd.
De PoE-hat van de Raspberry Pi Foundation is zo compact dat hij in de meeste standaard behuizinge­n past. Met slechts 12,5 watt uitgangsve­rmogen is hij echter wat ondermaats voor de Raspberry Pi 4, wat problemen kan opleveren bij gebruik met een ssd.

Newspapers in Dutch

Newspapers from Netherlands