Raspberry Pi: Das richtige Netzteil

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Raspberry Pi: Das richtige Netzteil Mit der Wahl des Netzteils entscheidet sich, ob das Experimentieren und die Arbeit mit dem Raspberry Pi zur Qual wird oder ob man viele Erfolgserlebnisse haben kann. Denn nicht jedes Netzteil ist gleichermaßen für den Raspberry Pi geeignet. Das liegt aber nicht am Raspberry Pi, sondern an den Netzteil, die entweder qualitativ mangelhaft oder für die Energieversorgung des Raspberry Pi ungeeignet sind.

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Was lernen Sie in diesem Kurs?

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Ladegerät oder Netzteil?

Viele Netzteile, die am Raspberry Pi eingesetzt werden, sind gar keine richtigen Netzteile, sondern Ladegeräte und somit nur bedingt als "Netzteil" geeignet. Bei einem Netzteil geht es darum, das es auch unter Belastung, d.h. wenn kurzzeitig ein hoher Strom entnommen wird, immer noch eine konstante Spannung von 5 Volt anliegt.

Oft ist es aber so, dass bei den so genannten "Netzteilen" die Spannung auf unter 4,75 Volt zusammenbricht, wenn die Stromentnahme kurzzeitig heftig ansteigt. Wird ein typisches Ladegerät zum Aufladen eines Handys, Smartphones oder Tables verwendet, dann fällt dieser Effekt nicht weiter auf. Hier fließt ein weitestgehend konstanter Strom bei einer konstanten Spannung. Was an Spannung und Strom kommt, darum kümmert sich die Ladeelektronik, die sich im zu ladenden Gerät befindet.
Anders beim Raspberry Pi. Er erwartet eine stabile Stromversorgung, die in Abhängigkeit der Nutzung und der angeschlossenen Geräte ständig und manchmal heftig schwanken kann.

Probleme, nichts als Probleme!

Im Regelfall ist es so, dass sich der Raspberry Pi einfach ausschaltet, wenn nicht genug Strom geliefert wird. Er geht dann einfach aus und normalerweise auch wieder an. Allerdings ist das kein guter Zustand, weil das "hart Ausschalten" dazu führen kann, dass das Dateisystem Schaden nimmt. Wenn zum Zeitpunkt des Ausschaltens einer wichtigen Systemdatei nicht zu Ende geschrieben werden konnte, dann kann das System nachhaltig Schaden nehmen. In der Regel wird nicht die Hardware, aber das Dateisystem Schaden nehmen. In so einem Fall kann ein unvollständiger oder fehlerhafter Zustand einen erfolgreichen Neustart verhindern. Unter Umständen muss man dann einen Datenverlust beklagen.

Viel häufiger sind allerdings Problembeschreibungen unterschiedlicher Art. Der auftretende Effekt wird als "Mysterium" bezeichnet, weil er sich nicht eindeutig auf eine mangelhafte Stromversorgung zurückführen lässt. Zumindest hat er auf dem ersten Blick nichts mit der Stromversorgung zu tun. Allerdings gibt es hierzu unendlich viele Einträge in Diskussionsforen. Die Opfer des Mysteriums berichten von Aussetzern bei der Tastatur, Maus, Bildschirm-Darstellung und sehr oft Verbindungsprobleme bei LAN und WLAN.
Die auftretenden Effekte und Probleme sind vielfältig. Für die Fehlersuche können Stunden vergehen, ohne dass man dem Fehler näher kommt. Erschwerend kommt hinzu, dass sich der Fehler nicht immer so einfach rekonstruieren lässt.

Was hat das mit der Stromversorgung zu tun? Wenn man den Stromverbrauch des Raspberry Pi während der Nutzung von Tastatur, Maus und WLAN-Adaptern "beobachtet", dann stellt man heftige Ausschläge fest. Diese USB-Geräte sind richtige Stromfresser. Eine Maus kann, wenn sie bewegt wird, schon mal 50 mA oder mehr Strom ziehen. Genauso bei einer Tastatur oder einem WLAN-Adapter. Diese Geräte sind nicht gerade auf geringen Stromverbrauch getrimmt. Bei einer ungünstigen Konstellation des Gesamtsystems aus Raspberry Pi und Endgeräte kann der Stromverbrauch kurzzeitig so hoch ansteigen, dass das Netzteil in diesem Augenblick damit überfordert ist.

Was passiert dann? Im ungünstigsten Fall fällt die Spannung unter einen bestimmten Wert. Der Raspberry Pi geht dann einfach aus. Der Regelfall wird jedoch sein, dass das Netzteil ausreichend dimensioniert ist. Also prinzipiell genug Strom liefern kann. Aber eben nicht den kurzzeitig erhöhten Strombedarf. Dann schaltet der Raspberry Pi die Verbraucher ab und stellt die Verbindung wieder her, wenn wieder ausreichend Strom geliefert wird. Dadurch erklären sich die Aussetzer bei den USB-Geräten. Während sich Tastatur und Maus automatisch wieder anmelden, bleiben LAN und WLAN Software-seitig deaktiviert und müssen manuell aktiviert werden. Dummerweise kommt man in diesem Moment nicht mehr per SSH auf den Raspberry Pi drauf.
In der Regel ist man gezwungen, den Raspberry Pi hart auszuschalten, was man aber möglichst vermeiden sollte.

Lösung

Abhilfe besteht darin, den WLAN-Adapter über einen aktiven USB-Hub zu betreiben. Was unschön ist, weil man ein zweites Netzteil braucht. Man kann aber auch einen anderen WLAN-Adapter nehmen, der nachweislich nicht so viel Strom verbraucht. Empfohlen seien hier die Nano-WLAN-Adapter, die nicht so schnell sind und eine geringere Reichweite haben, dafür weniger Strom verbrauchen.

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Die generelle Empfehlung ist ein besseres Netzteil, dass nicht nur dauerhaft, sondern auch kurzfristige Stromspitzen liefert. Man bezahlt ein bisschen mehr, dafür sind die Probleme und Effekte einer unzureichenden Stromversorgung ausgeschlossen. Es gibt inzwischen speziell für den Raspberry Pi konstruierte Netzteile.

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Hinweis: Dieses Tutorial ist Teil einer Aufgaben und Übungen mit dem Raspberry Pi-Reihe, die für Lern- und Ausbildungszwecke erstellt wurde. Die dargestellte Lösung ist Teil einer konkreten Aufgabenstellung, die Schüler, Auszubildende und Studenten, lösen sollen. Deshalb muss der hier aufgezeigte Weg nicht der Optimalfall sein.