Raspberry Pi Zeroの電源作成 ～ 電源キットを作ってみた
「Raspberry Pi Zero(ラズベリーパイ zero)」は小型で軽量が特徴ですが、そのコンパクトさを活かす電源がなかなかありません。
そんなことを日頃考えながら、格安パーツで有名な「aitendo」さんのサイトを見ていると、電池1本で昇圧する電源キットがありました。それは、単四電池で3.3Vか5Vに変換してくれます。電力については分かりませんが、購入してみました。
1.Raspberry Pi に電源を供給するには
通常、Raspberry Pi
Zeroに電源を供給する時は、 micro USB端子を使います。でも、他にも電源を供給する方法があります。それは、5VのGPIO端子に電力を供給する方法です。
本来、5V端子はセンサーなどへの電力供給を目的としますが、入力もできるのです。また、5Vの入力を内部で3.3Vへ降圧しているので、3.3Vを超えていれば起動できるそうです。
そこで、aitendoさんの3.3V電池昇圧キットを購入してみました。(※ 5Vのキットは電力の損失が大きそうなのでやめた)
2.電池昇圧キットの構成
画像のとおり、説明書は付いてきません。しかし、構成パーツは少ないため、混乱することはないでしょう。中身を開けると、以下のようなパーツで構成されています。
最近は老眼と近視が混同するのでハンダ付けがたいへんなのですが、この程度であれば苦労することなく作成できました。電子工作初心者にちょうど良いキットだと思います。
3.組み立て完了とRaspberry Pi Zeroとの接続
組み立て後の画像です。右側に電源供給端子が付いていて、左側にスイッチがあります。中央にDC/DCコンバーターの「HT7733」がありますが、小さいし、放熱板もありません。これは役不足の感じがします。
それでは、実際にRaspberry Pi Zeroを接続してみます。
スイッチを入れて電源を供給すると、Raspberry Pi ZeroのLEDが点滅するのですが、ずっと点滅したまま先に進みません。やはり、電力不足のようです。
テスターで電流も測って、RaspBerry Pi Zeroを動作させるのに十分そうな数値を確認していたのですが、起動時に大きな電力を消費するタイミングがあるのだと思います。やっぱり、うまくいきませんでした。
供給電圧が3.3Vなのも問題かもしれません。もう少し高い電圧でないと、電圧不足を引き起こしているかもしれません。
それでも、単四電池1本で3.3Vを作り出しているので、役に立ちそうなキットです。
aitendoさんのキットは在庫売り切りだと思うので、同じ製品が手に入るかは分かりません。しかし、似たようなキットがありますし、新しく出てくると思います。
https://www.aitendo.com/4.リチウムポリマー電池が有力か？
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Raspberry Pi Zeroに見合う電源は、リチウムポリマー電池が一番のような気がします。Amazonなどを見ると、リチウムポリマーを利用する電源がちらほら見つかるので、今後試してみようと思います。
5.Raspberry Pi用 UPS電源を使用してみた
前から気になっていた、Raspberry Pi用のUPS電源を使用してみました。UPS用の基板とリチウム電池がセットになっています。
UPS基板には、充電用のUSB-C端子と、電源供給用のUSB-A端子が付いています。リチウム電池は4,000mAhで、Raspberry Piを数時間駆動させることができます。
USB-Aを使ってRaspberry Piに電源を供給すると、USBケーブルが少し邪魔です。そこで、基板には5Vの供給ポイントがあります。ここに直接ハンダで接続するか、ピンヘッダをハンダ付けすると良いでしょう。ピンヘッダは付属で付いてきます。
このUPSセットはRaspberry Pi 2/3/4に合うように作られており、Raspberry Pi Zeroには少し大きすぎます。しかし、リチウム電池は18650/21700バッテリー互換で良いそうなので、小さいバッテリーを接続すれば軽量コンパクト化できます。
個人的には、ちょっと大きすぎるかな。他の電子機器にも使えるので、汎用性はあると思います。
※付属のリチウムバッテリーに付く電線ですが、基板との接続部が弱く、何度か使う内に切れてしまいました。違う線でハンダ付け直ししましたが、リチウムバッテリーが短絡したら発火して大事故になりますので、十分注意してください。
ピンヘッダを付けてパッケージ化してみた
UPS電源にピンヘッダを取り付けて、Raspberry Pi Zeroに電源供給してみました。UPS電源の＋側とRaspberry Pi ZeroのGPIO5Vに接続します。そして、UPS電源のー側とRaspberry Pi ZeroのGNDと接続します。これをタッパに入れると、ちょうどいいパッケージになりました。
これをザックの雨蓋に入れれば、GPSロガーとして十分だと思います。3Dプリンタが欲しいですね。
おまけ：3.3V三端子レギュレーターによる電力供給
今回の昇圧による電力供給ではなくて、降圧による電圧供給ならどうなるかを試してみました。以前、コンデンサープレーンの電源用に作った回路を、電源として使ってみます。
回路は三端子レギュレーターで構成されていて、入力電圧を3.3Vに降圧して出力します。入力電源は、使わなくなったACアダプターから取ります。今回使ったのは、12V2Aの比較的大きな電力のACアダプターです。
回路の出力をRaspberry Pi Zeroに接続して電力を供給すると…起動に成功しました。少し不安定な感じですが、起動できました。このように、3.3Vの電力供給でもRaspberry Pi Zeroは起動できました。
降圧で使う場合は少ないと思いますが、一つの電力供給手段として利用できそうです。
ちなみに、使った回路には2Fのコンデンサーが付いていますが、この電力ではRaspberry Pi Zeroは起動できませんでした。コンパクトな電源の作成は難しいです。