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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Raspberry Pi - Stromverbrauch und andere Berechnungen


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von Mike (Gast)


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Hallo Zusammen,
ich habe eine allgemeine Frage zu Raspberry Pi, Arduino und Co. Wenn man 
über I2C ADCs, DACs und eventuell noch aus den 5V des Devices über einen 
Stepup-Converter 10V erzeugen möchte, kommt es nicht nur darauf an, dass 
alles funktioniert (was es auch tut), sondern der Strom spielt dabei 
eine ebenso wichtige Rolle. Aber wie genau gehe ich da vor bzw. auf was 
genau muss ich achten und welche Werte fließen wie in die BErechnung mit 
ein. Überall ließt man von maximal 2A für ein Bauteil oder 3A. Aber wie 
genau gehe ich da am besten vor?

von Dirk K. (dekoepi)


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So ganz klar ist mir deine Frage nicht, das ist wirr. Du musst dein 
Problem offenbar noch kleiner Teilen, um es selber so weit zu verstehen, 
dass du es überhaupt beschreiben kannst.

Deine Bauteile haben alle einen Stromverbrauch. In der Regel nicht 
konstant, sondern über die Zeit unterschiedlich.

Am schlechtesten lässt sich der Eigenverbrauch des Pi bestimmen, 
aufgrund von Zusatzkomponenten wie WLAN-Adapter, Betriebssystemtasks via 
Cronjobs, fehlendem echten Sleep und so weiter. Fangen wir also mit den 
anderen Komponenten an:

-> I2C ADC: Ruhestrom bspw. 1µA, Messung 120ms 4mA, I2C 10ms 4mA
-> I2C DAC: Ruhestrom/Null-Ausgang bspw. 1mA, Änderungen bis 
Vollauschlag 10mA, 100ms genutzt
-> StepUp: Ruhestrom 10mA; unter Last deutlich mehr. Welche Last? 
Effizienz je nach Last zB. 50-80%.
->Pi (welches Modell genau?): Ruhestrom 300mA, WLAN senden 1A; 
Berechnungen/cronjobs 1A.

Wie du siehst, kommt es auf die Häufigkeit der Nutzung und der Ströme, 
die die einzelnen Komponenten benötigen, an.

Falls deine Frage also sein sollte, wie das Netzteil zu dimenisionieren 
ist (du stellst da ja keine richtige Frage), musst du alle Maximalwerte 
addieren und etwas Spielraum nach oben einplanen.

Sollte deine Frage sein, was davon kann der Pi direkt über GPIOs 
bedienen, bist du spätestens beim Step-Up raus. Grundsätzlich musst du 
also in die Datenblätter deiner Produkte unter die "Electrical 
Specifications" gucken. Beim Pi dann beispielsweise, wieviel Current ein 
GPIO sink'en/source'n kann.

: Bearbeitet durch User
von Mike (Gast)


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Meine Frage bezieht sich eher auf die GPIOS und der 
Versorgungsspannungen für die Bauteile, die ich vom Pi2-VDD-Pin nehme. 
Die GPIOS vertragen beispielsweise 3,3V, hab deshalb für alle Bauteile 
einen Pegel Wandler von 5 auf 3,3 V, aber ich habe mich noch nie damit 
beschäftigt, welchen Strom die GPIOs vertragen und wie genau oder auf 
was genau ich achten muss bei der Anzahl der Bauteile und dem 
Verbraucher.

von Paul A. (wandkletterer)


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Hallo,

für die angeschlossenen Teile solltest du die Versorgungsspannung nicht 
vom Raspi nehmen, sondern den Stepup direkt ans Netzteil anschließen. 
Natürlich müßen die Potentiale (GND) alle verbunden sein.

von Mike (Gast)


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Genau das meinte ich. Beispielsweise können die GPIOS maximal 20mA. Der 
5V-Pin maximal 1A und der 3,3V maximal 120mA. Wenn ich einen Stepup 
habe, der bis 3A kann, muss ich darauf achten nicht über 1A zu gehen, 
aber kann ich das irgendwie auch berechnen, wenn ich mir aus 5V 10V 
erzeugen möchte? Etwa über die einfache Leistungsformel P=U*I?

Wie sieht es mit Devices wie einem ADC aus? Der braucht eine 
Versorgungsspannung, wobei der Strom hierbei nicht hoch sein dürfte. In 
wie fernmm spielt dann der maximal lieferbare Strom an dem I2C-Bus (z.B. 
20mA)?

Für den Stepup kann ich leider kein externes Netzteil nehmen, da ich 
alles klein und kompakt halten möchte. Da die 5V aber schwanken und der 
Stepup somit auch, habe ich mir einer Festspannungsregler mit 10V 
zugelegt.

von Pete K. (pete77)


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Mike schrieb:
> aber ich habe mich noch nie damit
> beschäftigt, welchen Strom die GPIOs vertragen

Wie wäre es dann mal mit Datenblätter lesen? Ja, so etwas gibt es auch 
zum Raspi. Und sogar Schaltpläne.

von Mike (Gast)


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Das ist ja mal eine tolle Antwort. Gehst du auch in die Autowerkstatt 
und wirst auf "Do it yourself" verwiesen? Ich habe nicht um irgendwelche 
Formeln gebeten ...

Beispiel für einen Stepup-Converter:
Ausgangsspannung: 5 VDC
Ausgangsstrom: 2 A
Leistung: 10 W

Das verstehe ich. Demnach könnte ich das Teil nicht an einem Arduino 
oder Raspberry betreiben, zumindest nicht, wenn der VDD-Pin maximal 1A 
bereitstellt.

Manche Hersteller schreiben aber folgendes:
Eingangsspannung: 3-35V
Ausgangsspannung: 1,25-30V (einstellbar)
Ausgangsstrom: 2A
Eingangsstrom: 3,5 A (MAX)
Ausgangsleistung: 18W natürliche Kühlung
Restwelligkeit: 20M Bandbreite (Referenz)
Eingang 10-14V, Ausgang 12V 0,2 A, Ripple 50mV
Betriebstemperatur: Industrial (-40 ° c bis +85 ° c)
Volllast Temperaturanstieg: 45 ° c
Leerlaufstrom: 10mA Typische (10-14V-Schalter 12V)

Maximal 30V am Ausgang. 30*2A?60Watt ??? Dort steht aber 18W

Zudem wie berechne ich ohne technische Angaben den benötigten 
EIngangsstrom (maximal 1A bei Arduino), wenn ich eine bestimmte 
Ausgangsspannung haben möchte? Und in wie weit wirkt sich der 
Ausgangsstrom eines DC/DC-Wandler dann auf das Bauteil aus, das ich 
damit betreibe? Denke mal nicht, dass ein ADC, das über den Wandler 
betrieben wird, 3,5A ab kann.

von Pete K. (pete77)


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Warum willst Du einen StepUp Converter "an" einem Arduino betreiben? Das 
verstehe ich nicht.

Du kennst R=U/I und P=U*I?

Dein Last wird nur die Leistung abnehmen, die durch R und U gegeben 
sind.

Will sagen, wenn Du nur 200mA benötigst, dann kann Dein Schaltregler 
durchaus mit 2A spezifiziert sein. Meistens brauchen die Schaltregler 
eine Mindestlast, die im Datenblatt angegeben ist (einige mA).

von Rolf M. (rmagnus)


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Mike schrieb:
> Das ist ja mal eine tolle Antwort. Gehst du auch in die Autowerkstatt
> und wirst auf "Do it yourself" verwiesen?

In eine Autowerkstatt gehe ich, lege Geld auf den Tisch, und dann 
reparieren sie mein Auto. Was hat das jetzt mit deiner Frage zu tun?

> Ich habe nicht um irgendwelche Formeln gebeten ...

Sondern? Ich hatte den Eindruck, du willst wissen, wie man den Strom 
berechnet. Nunja, das macht man mit einer Formel.

Mike schrieb:
> Maximal 30V am Ausgang. 30*2A?60Watt ??? Dort steht aber 18W

Tja, das könnte man erklären. Leider braucht man dafür ebenfalls 
Formeln, die du ja nicht willst.

Mike schrieb:
> Und in wie weit wirkt sich der Ausgangsstrom eines DC/DC-Wandler dann
> auf das Bauteil aus, das ich damit betreibe? Denke mal nicht, dass ein
> ADC, das über den Wandler betrieben wird, 3,5A ab kann.

Offenbar fehlen dir auch die elementarsten elektrotechnischen 
Grundkenntnisse. Ist ja nicht schlimm, das fliegt niemandem einfach so 
zu. Aber dir jetzt hier in einem Forumsbeitrag kurz zu erklären, wie 
Strom und Spannung funktionieren, ist nicht wirklich zielführend.

von Joachim B. (jar)


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Mike schrieb:
> Beispielsweise können die GPIOS maximal 20mA.

der allererste Fehler ist immer eine falsche Annahme.

Wie kommst du auf 20mA, welches Datenblatt hast du dazu bemüht?
Meintest du alle GPIO in Summe als Strom nach VCC oder GND das wäre 
sicherheitsbewusst, oder meinst du für einen GPIO, das ist wird nicht 
jeder PI lange mitmachen.

Der Sockann zusätzlich zu seinem Verbrauch je nach Rechenlast um 50mA 
für alle GPIO nach VCC oder GND über seine Ports fliessen lassen. Siehe 
SoC Datenblatt vom BCM.

Mike schrieb:
> Aber wie
> genau gehe ich da am besten vor?

Ein Konzept erstellen, eine Schaltskizze machen, Datenblätter lesen 
verstehen und danach Bauteile wählen.

Für den PI gilt 2-3mA pro GPIO als passend, also wenn ich ein Relais 
schalten möchte mit 100mA brauche ich einen Treiber denn der GPIO kann 
es ja nicht und eine Quelle die 100mA pro Relais mit der passenden 
Spannung liefert und muss dabei auch sicherstellen das diese Spannung 
nicht zum PI durchschlägt im Fehlerfall.

von döfd (Gast)


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Mike schrieb:
> Ausgangsleistung: 18W natürliche Kühlung

Heißt das Teil liefert dir die 2 Amper bei maximal 9V (wenn es gut 
läuft)
Ich habe nicht den Eindruck das du dich vor Formeln drücken willst.
Dir sollte aber klar sein das die Werbung immer gerne schönlügt.
Du musst immer von den schlechtesten Parametern ausgehen.

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