Raspberry Pi Pico: Messung des Stromverbrauchs

Wie viel Strom verbraucht ein Raspberry Pi Pico eigentlich? Je nach Quelle bekommt man Werte zwischen 20 und 30 mA. Wir wollen wissen, ob das richtig ist.

Raspberry Pi Pico: Stromverbrauch und Stromkosten

Den Stromverbrauch zu wissen ist dann wichtig, wenn man einen Raspberry Pi Pico an einem Akku oder einer Batterie betreiben möchte. Dann sollte der Stromverbrauch so gering wie möglich sein, damit die Batterie möglichst lange hält.

Messgerät: USB- und DC-Power-Monitor von Portapow
Messaufbau: Messung in der USB-Verbindung zwischen Host-Computer und Raspberry Pi Pico

Messungen

Ohne Programmcodeausführung
Laufendes Programm mit blinkender Onboard-LED
Laufendes Programm mit Berechnungen (Quadrieren)
Laufendes Programm mit Berechnungen (Division)

Messung 1: Ohne Programmcodeausführung

Die erste Messung führen wir ohne Programmausführung durch. Dadurch können wir feststellen, ob der Messaufbau grundsätzlich korrekt ist.
Die folgenden Messwerte stellen sich ein nachdem der Raspberry Pi Pico mit dem MicroUSB-Kabel verbunden wurde. Das ist der sogenannte Ruhezustand.

Spannung: 5,071 V
Strom: 0,018 A (18 mA)

Achtung, der kurzzeitig auftretende Einschaltstrom liegt höher. Er war aber mit dem vorhandenen Messgerät nicht exakt zu ermitteln.

Messung 2: Laufendes Programm mit blinkender Onboard-LED

Bei der zweiten Messung geht es darum, ein einfaches Programm auszuführen und dabei den Stromverbrauch zu ermitteln. Das Programm lässt einfach nur die Onboard-LED blinken.

Spannung: 5,071 V
Strom: 0,018 A (LED aus), 0,021 A (LED an)

Bei der Ausführung eines Programms ändert sich der Stromverbrauch praktisch nicht. Nur zusätzliche angeschlossene Bauteile vergrößern den Strom. Beispielhaft die Onboard-LED, wenn sie leuchtet.

# Bibliotheken laden
from machine import Pin
from time import sleep

# Initialisierung der Onboard-LED
led_onboard = Pin(25, Pin.OUT)

# Wiederholung (Endlos-Schleife)
while True:
    # LED-Zustand wechseln (EIN/AUS)
    led_onboard.toggle()
    # 1 Sekunde warten
    sleep(1)

Messung 3: Laufendes Programm mit Berechnungen (Quadrieren)

Der Programmcode von Messung 2 hat den Nachteile, dass dabei nicht wirklich etwas vom RP2040 abverlangt wird. Die Frage ist, wie groß ist der Stromverbrauch, wenn der Raspberry Pi Pico wirklich mal etwas zu tun hat?

Spannung: 5,070 V
Strom: 0,022 A

Tatsächlich steigt der Stromverbrauch während das Programm läuft leicht an.

for i in range(1,1000):
    print(i ** i)

Messung 4: Laufendes Programm mit Berechnungen (Division)

Bei Messung 3 stellt sich die Frage, ob der Stromverbrauch bei jeder Berechnung steigt, oder ob das nur in diesem Fall so ist.
Wir führen die Messung mit einem anderen Programm, bei dem nur dividiert wird, noch einmal durch.

Spannung: 5,070 V
Strom: 0,018 A

Tatsächlich springt der Stromverbrauch beim Start des Programms auf 0,024 A an, um dann innerhalb von Sekunden auf 0,018 A zu fallen. Dieses Verhalten war bei Messung 3 nicht zu erkennen.

for i in range(1,10000):
    print(2147483648 / i)

Fazit

Grundsätzlich kann man bei einem Raspberry Pi Pico von einem Stromverbrauch von 0,018 A (18 mA) ausgehen. Aufgrund von Messungenauigkeiten können es auch 0,020 A (20 mA) sein. Im einstelligen Milliampere-Bereich, wie hier, sind die meisten Messgeräte einfach nicht genau genug. Außerdem ist der Strom so gering, dass es sich nicht lohnt über 1 oder 2 mA zu diskutieren.
Wie viel Strom darüberhinaus notwendig ist, hängt hauptsächlich von der äußeren Beschaltung ab. Jede leuchtende LED (auch die Onboard-LED) verbraucht ein paar Milliampere (mA). Jeder Sensor braucht ebenfalls ein paar Milliampere. Eventuell sogar mehr als der Pico selber.
Der Stromverbrauch des Raspberry Pi Pico kann zusätzlich noch in Abhängigkeit dessen steigen, was er berechnen muss. In der Regel werden die Berechnungen nicht so kompliziert sein, wie bei Messung 3 und 4. Selbst hier gibt es Unterschiede und der Strom kann während dem Programmablauf noch schwanken.

Achtung: Der Spitzenstrom beim Einschalten jedes elektronischen Geräts liegt in der Regel höher als im Normalbetrieb. Das ist auch beim Raspberry Pi Pico so und schließt auch angeschlossene Komponenten ein. Genau ließ sich der Einschaltstrom des Raspberry Pi Pico nicht bestimmten. Vermutlich liegt er bei 0,06 A (60 mA). Wenn diese 60 mA nicht geliefert werden, dann bricht in der Regel die Spannung zusammen und der betreffende Raspberry Pi Pico wird wegen zu geringer Spannung ausfallen.

Empfehlung: Unter diesen Umständen würde ich dazu raten, eine Stromversorgung zu wählen, die mindestens 100 mA liefern kann. Dann sollten aber nicht zu viele Bauteile, Komponenten und Sensoren dranhängen. Wobei die 100 mA nur im Einschaltmoment zu wenig sein können. Wenn das einem zu knapp erscheint, dann kann man eine Stromversorgung wählen, die bis 300 mA liefern kann. Mehr macht keinen Sinn, weil der Spannungswandler auf dem Raspberry Pi Pico auch nicht mehr liefern kann.

Mehr Informationen zur Stromversorgung

Raspberry Pi Pico W: Stromverbrauch und Messungen

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