Raspberry PiをGPIOピンから給電してはいけない理由

私は最近、古いRaspberry PiのMicro USBソケット、つまりPiが電力を受け取るソケットを修理しました。USBポートの接続部は非常に小さいため、少し手間のかかるはんだ付け作業でした。このため、私は一時的に、GPIOピンの5VとGNDピンに直接電力を供給することを考えました。Raspberry PiがGPIOピンから給電されているプロジェクトや、Pi自体が電源に接続されておらず、代わりに通常のUSBポートを介して電源供給されたUSBハブに接続され、そのUSBハブがPiに電力をUSBケーブル経由で送り返すように改造されているものを見たことがあります。これらの解決策は機能しますが、必ずしも良いアイデアとは言えません。その理由は以下の通りです。Raspberry Piがどのように給電されるかを理解するには、ボードの回路図を見るのが役立ちます。これは私が作業していたRaspberry Pi 1の回路図の電源入力部分です。新しいモデルはコンポーネントが若干異なりますが、機能は同じです。Raspberry Pi 1の回路図の電源入力部分。もしあなたがこのようなものを見たことがなければ、これはあなたにとってあまり意味をなさないかもしれませんが、ステップバイステップで左から右へ見ていきましょう。最初のコンポーネント（1）は、Piが給電されるMicro USBソケットです。5つのピンがありますが、接続されているのはGNDとVBUSの2つだけです。VBUSはUSBケーブルを通ってくる5Vです。これはコネクタの後でVINとラベル付けされていますが、同じものです。これはPiの入力電圧です。次に（2）ヒューズがあります。ボードへの電流が高すぎると、このヒューズが切れます。これは、ボード上のコンポーネントがショートした場合や、GPIOピンに接続されたものが過剰な電流を引き込んだり、電源レールをショートさせたりした場合に発生する可能性があります。その場合、ボードは動作しなくなりますが、壊れているのはヒューズだけで、簡単に交換できます。次に、過渡電圧サプレッサ（3）があります。これは基本的に、反対方向に接続された2つのダイオードです。通常の動作では、これらのダイオードは導通しないため、このコンポーネントは何も行いません。しかし、雷の直撃や故障した電源供給などによって入力電圧に突然のスパイクが発生した場合、これらのダイオードは導通し、より敏感なボード上のコンポーネントに到達する前に電圧スパイクをショートさせます。すでにヒューズがあるので、これは不要に思えるかもしれませんが、ヒューズが切れるまでには時間がかかり、その間にボードは高電圧スパイクを受け取り、チップやその他のコンポーネントを損傷する可能性があります。ダイオードはヒューズよりもはるかに速く反応するため、これらは入力電圧の突然のまたは非常に短いスパイクから保護します。最後に、一連のコンデンサ（4）、大きな電解コンデンサと2つの小さなコンデンサがあります。これらは入力電圧のフィルターとして機能します。低品質の電源供給は、非常に安定した5Vを供給しないかもしれませんが、ノイズやリップルが含まれている可能性があり、チップのグリッチを引き起こす可能性があります。コンデンサはこれらのリップルを平滑化し、ボードの他のコンポーネントがクリーンな入力電圧を受け取るようにします。また、突然の電流スパイクのバッファとしても機能します。ボード上のコンポーネントやPiに接続されたものが突然大量の電流を引き込んだ場合、電源供給が十分な速度で電流を供給できず、電圧降下が発生する可能性があります。コンデンサは電源供給よりも速く反応し、高電流を供給して電圧を安定させることができます。その後、フィルタリングされた電圧はボードの5V電源レール（右上にある+5V0）に供給され、チップ、USBポート、GPIOピン、および一部のコンポーネントに必要な低電圧に降圧するいくつかの電圧レギュレータに供給されます。さて、元の質問に戻りましょう。なぜPiをGPIOピンに直接5Vを供給して5V電源レールに送り込むべきではないのでしょうか？結局のところ、それは機能します。しかし、それは私たちが今見たすべての保護回路をスキップしてしまいます。したがって、GPIOピンに低品質または故障した電源供給が接続されている場合、何かがうまくいかなかった場合にボード上のコンポーネントを損傷する可能性があり、Piを壊してしまう可能性があります。これは、適切な電源入力に接続されていた場合にヒューズが切れるだけの場合とは異なります。したがって、損傷のリスクを避けるために、Raspberry Piおよび類似のボードは常に専用の電源入力から給電されるべきです。この規則の例外はもちろん、GPIOピンに電力を供給する回路が、元の電源入力ステージと同じ種類の保護回路を持っている場合です。その場合、Piはその回路を通して保護されており、この方法で給電しても問題ありません。メッセージを送りたい、コメントしたい、またはこの投稿を共有したい場合は、ここで行うことができます：E-Mailを送信 | Mastodonで返信する | Mastodonで共有する