Raspberry Pi Pico: Stromversorgung mit USB-Powerbank
Eine USB-Powerbank ist ein tragbarer Akku, der über einen USB-Anschluss geladen werden kann und dann als mobile Stromversorgung für andere Geräte dienen kann, die über einen USB-Anschluss verfügen.
Eine USB-Powerbank kann mit einem USB-Ladegerät oder -Netzteil aufgeladen werden. Die Ladezeit hängt von der Kapazität des internen Akkus und der Leistung des Ladegeräts ab. Sobald die Powerbank geladen ist, kann ein anderes Gerät an die Powerbank angeschlossen werden, um dessen Akku aufzuladen. Dabei wird der Akku der Powerbank entladen.
Wegen dem MicroUSB-Anschluss ist es naheliegend den Raspberry Pi Pico mit einer USB-Powerbank mit Strom zu versorgen. Allerdings ist das keine so gute Idee. Der MicroUSB ist als Programmier-Schnittstelle mit integrierter Stromversorgung gedacht. Selbstverständlich ist eine reine Stromversorgung über den USB ebenfalls möglich, aber aus unterschiedlichen Gründen nicht sinnvoll oder problematisch.
Eine USB-Powerbank ist zum Aufladen eines Smartphones gedacht. Als Stromversorgung für einen Raspberry Pi Pico ist ein Powerbank weniger gut geeignet. Das merkt man oft im laufenden Betrieb, wenn der Pico nicht mehr funktioniert. Es kann sogar dauern, bis man auf den Trichter kommt, dass die Powerbank das Problem ist. Nur ist dann nicht klar warum. Deshalb wollen wir der Sache auf den Grund gehen, klären warum und welche Lösung es gibt, wenn es unbedingt eine USB-Powerbank sein muss. Als schnelle und zeitweise Lösung ist das eine Möglichkeit.
Analyse des Problems
Das grundsätzliche Problem ist, dass der Raspberry Pi Pico nicht genug Strom verbraucht und die interne Spannungsregelung der Powerbank keinen Stromverbraucher erkennt. Der interne Stromkreis der Powerbank regelt oft nach wenigen Sekunden die Spannung ab, wenn der Stromverbrauch zu gering ist. Und dann fällt der Pico aus.
Das machen nicht nur USB-Powerbanks, sondern auch USB-Netzteile und -Ladegeräte.
Je nach Aufbau und angeschlossenen Komponenten ist der Stromverbrauch hoch genug oder eben nicht. In letzterem Fall schaltet irgendwann die Stromversorgung ab und der Pico stellt seinen Betrieb ein.
Bevor wir uns um Lösungen Gedanken machen, sollten wir klären, ob eine USB-Powerbank als Stromversorgung überhaupt Sinn macht. Es gibt da ein paar Dinge, die man wissen sollte.
Argument gegen eine USB-Powerbank als Stromversorgung
Aus energetischer Sicht macht eine USB-Powerbank nur wenig Sinn. Zu beachten ist, dass die USB-Powerbank ca. 5 Volt liefert, der interne Energiespeicher aber deutlich darunter liegt. Deshalb muss die Elektronik der Powerbank die kleinere Spannung des Akkus auf 5 Volt hochregeln. Anschließend liegen diese 5 Volt am Spannungsregler des Raspberry Pi Pico an, der wieder nach 3,3 Volt herunterregelt.
Eine Empfehlung ist, sich mit den Grundlagen der Stromversorgung vertraut zu machen. Außer einer USB-Powerbank gibt es noch andere Möglichkeiten einen Raspberry Pi Pico mit Batterien oder Akkus zu betreiben.
Eine USB-Powerbank als Stromversorgung für einen Raspberry Pi Pico zu verwenden ist nur dann sinnvoll, wenn man die 5 Volt der Powerbank nicht nur für den Pico, sondern auch noch für anderen Komponenten braucht. Oder, wenn gerade nichts anderes verfügbar ist.
Denkbare Lösungen für die Stromversorgung mit USB-Powerbank
Wie kann man das Abschalten einer USB-Powerbanks verhindern?
- Always-on-Powerbank verwenden
- Stromsparmaßnahmen rückgängig machen
- Stromverbrauch künstlich erhöhen
- Alternative: Batteriebetrieb
Always-on-Powerbank verwenden
Es gibt spezielle USB-Powerbanks, die das Leistungsmerkmal „always-on“ haben und die auch bei geringer Stromentnahme an bleiben.
Leider ist „always-on“ kein standardisiertes Leistungsmerkmal. Das legt jeder Hersteller anders aus. Dieses „always-on“ muss nicht „immer-an“ bedeuten, sondern kann auch nur 2 Stunden dauern. Eine extra angeschaffte Always-on-Powerbank muss also nicht die Lösung sein.
Stromsparmaßnahmen rückgängig machen
Bevor Du eine teure und vielleicht nicht funktionierende Anschaffung machst, wäre es denkbar bereits erfolgte Stromsparmaßnahmen rückgängig zu machen. Die Stichworte Taktfrequenz erhöhen und Schlafmodus deaktivieren.
Stromverbrauch mit einem Widerstand erhöhen
Obwohl wir versuchen ständig irgendwo Energie und Strom einzusparen, mutet es seltsam an, den Rat zu geben, den Stromverbrauch eines elektronischen Geräts zu erhöhen. Vermutlich ist das die einzige funktionierende Lösung, die in diesem Fall auch auf einem Steckbrett aufgebaut werden kann.
Damit mehr Strom fließt kann man einfach einen oder mehrere Widerstände mit 470 Ohm (Gelb-Violett-Braun oder Gelb-Violett-Schwarz-Schwarz) am Raspberry Pi Pico zwischen VBUS und GND schalten. An 5 Volt verbraucht ein Widerstand mit 470 Ohm etwa 10 mA mehr Strom.
Diese 10 mA mehr sind nicht besonders viel. Deshalb kann es sein, dass das nicht reicht. Wenn notwendig, kann man weitere Widerstände mit 470 Ohm parallelschalten und den Strom schrittweise um jeweils 10 mA erhöhen. Wieviele Widerstände am Ende tatsächlich notwendig sind, muss man ausprobieren.
Die Formel dazu:
Hinweis: Man kann auch andere Widerstände nehmen. Beispielswiese 220 oder 330 Ohm. Je kleiner der Widerstand, desto größer der Strom.
Alternative: Batteriebetrieb
Statt einer USB-Powerbank am MicroUSB-Anschluss wäre der Betrieb an 3 AAA-Batterien mit jeweils 1,5 Volt und in Summe 4,5 Volt an VSYS die bessere Lösung.
- Raspberry Pi Pico im Akku- und Batterie-Betrieb
- Raspberry Pi Pico: Grundlagen der Energieversorgung / Stromversorgung
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