Wie versorge ich meinen Arduino mit Strom?

Bei ModMyPi bieten wir eine Reihe von verschiedenen Mikro-Entwicklungsboards an, die alle leicht unterschiedliche Stromquellen benötigen! Einige sind sehr streng in ihren Anforderungen an die Eingangsleistung; der neueste Raspberry Pi empfiehlt z.B. 5V @ 2A als Minimum für die Stabilität, aber andere sind flexibler, der Arduino kann eine Reihe von Spannungseingängen akzeptieren (6 – 20V) und regelt diese intern auf dem Board auf das gewünschte Niveau. Nicht nur das, die Boards selbst haben verschiedene Stromeingänge, und einige können an mehreren Punkten auf dem Board mit Strom versorgt werden! Wir haben eine einfache Aufschlüsselung, was jedes Gerät benötigt! Sie können in den folgenden Tutorials nachlesen, wie man jedes Gerät am besten mit Strom versorgt:

Wie versorge ich meinen Raspberry Pi mit Strom?

Wie versorge ich meinen Arduino mit Strom?

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Wie versorge ich mein Arduino?

Ein komplizierteres Biest als der Raspberry Pi! Im Gegensatz zum Pi, der genaue Angaben zum Strombedarf macht, ist der Arduino viel flexibler und kann über mehrere Anschlüsse mit Strom versorgt werden. Das ist in vielerlei Hinsicht unglaublich nützlich, kann aber auch zu einiger Verwirrung führen.

Bei ModMyPi bieten wir einige verschiedene Optionen für die Stromversorgung Ihres Arduinos an. Das empfohlene Gerät ist unser 9V 2A Arduino-Netzteil. Dieses Ladegerät bietet eine schöne stabile Versorgungsspannung und stellt sicher, dass die Spannungsregler des Arduinos nicht zu sehr belastet werden. Dieses Gerät sollte die Lebensdauer Ihres Arduinos verlängern und Ihnen erlauben, die meisten Low-End-Hacking-Aufgaben zu erledigen.

Wir bieten auch ein 12V 2A Arduino-Netzteil an. Dieses Gerät ist für Anwendungen mit hoher Leistung gedacht, oder wenn Sie einen 12V-Schaltkreis über die Vin-Pins antreiben wollen. Dies ist das obere Ende des empfohlenen Spannungsbereichs, so dass Benutzer darauf hingewiesen werden, dass dies nur verwendet werden sollte, wenn es tatsächlich erforderlich ist.

Mode 1 – DC Barrel Plug 5.5mm/2.1mm (Recommended 9V – 12V @ 2A)

Für eine genauere Erklärung der verschiedenen Anforderungen siehe unten, aber die einfachste Antwort ist die folgende. Der Arduino verfügt über einen DC (Direct Current) Barrel Jack Eingang für die Stromversorgung. Der Klinkenstecker hat folgende Anforderungen:

• Der Adapter muss DC (Direct Current) sein, nicht AC (Alternating Current)
• Der Klinkenstecker muss mittig positiv sein (Der mittlere Pin des Steckers muss positiv sein)
• Der Klinkenstecker muss einen Innendurchmesser (ID) von 2,1mm haben
• Der Klinkenstecker muss einen Außendurchmesser (OD) von 5,5mm oder weniger haben.
• Die Betriebsspannung sollte zwischen 9V und 12V liegen
• Der Betriebsstrom sollte 0,5A bis 2A betragen.
• Eine Länge des Fasssteckers von 9,5mm oder größer ist ausreichend.

Dies ist eine gängige Größe, und Sie werden 5,5mm/2,1mm auf vielen unserer Artikel sehen.

Betriebsspannung

Der Arduino kann über diesen Anschluss mit einer Spannung von 6 bis 20V arbeiten. Die Betonung liegt hier jedoch auf „kann“.

Wird das Board mit weniger als 7V versorgt, könnte die Leistung des Geräts instabil werden, und der 5V-I/O-Pin könnte am Ende weniger als 5V liefern, was dazu führen könnte, dass zusätzliche Schaltungen nicht richtig funktionieren.

Umgekehrt führt die Verwendung einer Überspannung von bis zu 20V dazu, dass die Regler auf dem Board mit voller Leistung laufen und die zusätzliche Spannung als Wärme ableiten. Dies ist sowohl ineffizient als auch kann zu einer Überhitzung des Arduinos führen. Eine Analogie: Sie können Ihr Auto überall im ersten Gang fahren und es bis zum Anschlag aufdrehen. Es wird Sie ans Ziel bringen, aber es wird die Lebensdauer des Getriebes und des Motors verkürzen, Sie werden sehr langsam ankommen und wahrscheinlich Ihre Ohren verletzen!

Deshalb ist die empfohlene Spannung 9V bis 12V. Das ist ein guter Mittelweg, der es den Reglern auf der Platine ermöglicht, nicht benötigte Spannung leicht abzuleiten und zusätzlich die verschiedenen I/O-Pins des Arduino mit der richtigen Spannung zu versorgen.

Es ist zu beachten. Der Vin-Pin an den Power Pins I/O kopiert die über die Power-Buchse zugeführte Spannung und fungiert als Ausgang dieser Spannung. Auf diese Weise haben Sie effektiv einen anpassbaren Ausgangsspannungs-Pin am Arduino, der die Eingangsspannung Ihres Netzteils repliziert. Wenn Sie z.B. ein 9V-Relais haben, können Sie dieses direkt über den Vin-Pin des Arduinos betreiben, solange Sie ein 9V-Zylinder-Netzteil angeschlossen haben.

Betriebsstrom

Im Gegensatz zur Spannung, die „erzwungen“ ist, ist der Strom der Zug, den eine Schaltung auf eine Stromquelle ausüben kann, z.B. liefert das Netzteil eine unterschiedliche Stromstärke, abhängig von der Last, die durch das angeschlossene Gerät auf es ausgeübt wird. Daher gilt grundsätzlich, je größer die Stromabgabe des Adapters, desto besser. Die Mindestanforderung liegt bei 250mA, womit ein Arduino gerade noch einigermaßen stabil betrieben werden sollte. Wenn Sie jedoch externe Geräte mit Strom versorgen wollen (Servos, LEDs, USB-Geräte usw.), dann ermöglichen 0,5A bis 2A einen größeren Einsatzbereich. Ein Ladegerät mit einer höheren Stromstärke stellt sicher, dass Sie genug Saft haben, damit jede Komponente der Schaltung korrekt funktioniert.

Ein paar nützliche Stromgrenzen:

• Der USB-Anschluss hat eine Polyfuse-Abschaltung von 500mA. Alle angeschlossenen Geräte, die mehr als diesen Wert ziehen, werden wahrscheinlich zu Instabilität führen.
• Die absolute maximale Stromaufnahme für einen einzelnen digitalen oder analogen I/O-Pin beträgt 40mA (<35mA empfohlenes Maximum), wobei die maximale Gesamtstromaufnahme aller I/O-Pins dieses Typs zusammen 200mA beträgt.
• Wenn Sie sich entscheiden, eine Schaltung über die Power I/O-Pins zu versorgen, hat der 3,3V-Pin eine maximale Stromaufnahme von 150mA (empfohlen bei 50mA).
• 5V-Pin hat eine maximale Stromaufnahme von 0,8A. Es ist zu beachten, dass die 3,3V- und 5V-Schaltkreise kombiniert sind, so dass 0,8A auch die kombinierte maximale Stromaufnahme dieser beiden Pins ist. Es sollte auch beachtet werden, dass 0,8A das theoretische Maximum ist, das von den On-Board-Spannungsreglern bestimmt wird. Je härter diese Spannungsregler arbeiten, desto weniger Strom können Sie ziehen, daher ist ein realistischerer Maximalwert 0,5A.
• Der variable Pin (Vin) überbrückt den Großteil der Schaltung des Adruino, daher gibt es keinen wirklichen Maximalwert, außer dem, der durch die Diode gesetzt wird, die Vin von den anderen Schaltungen auf der Platine trennt. Die Diode hat einen Wert von 1A, und die Leiterbahnen auf der Platine haben einen Wert von 2A, daher ist das theoretische Maximum für Vin 1A. Wir haben Berichte gesehen, in denen Geräte mit höheren Werten betrieben wurden, die Diode ausgetauscht oder sogar komplett überbrückt wurde, aber das wird nicht empfohlen.

Einige Relais können bei hohen Lasten große Ströme ziehen, daher sollte man bei der Versorgung von Peripheriegeräten vorsichtig sein. Realistischerweise sollte jedes einzelne Peripheriegerät, das mehr als 0,5A benötigt, immer über ein zusätzliches externes Netzteil versorgt werden.

Modus 2 – Über den USB-Anschluss (5V @ 500mA)

Der Arduino kann auch über den USB-Anschluss an der Vorderseite des Geräts mit Strom versorgt werden (in der Pi-Welt als Back-Powering bekannt!). Die USB-Versorgung sollte nur mit einer stabilen 5V-Versorgung versucht werden. Es sollte auch beachtet werden, dass es eine Strombegrenzung an den USB-Ports von 500mA gibt, so dass jede höhere Stromaufnahme zu Instabilitäten führen kann.

Wenn eine Spannung an den USB-Ports angelegt wird, wird diese Spannung im Wesentlichen direkt an die 5V-Schiene des Arduino angelegt (direkte Versorgung des 5V-Pins). Bei dieser Art der Spannungsversorgung ist Vorsicht geboten, da die Spannungsversorgung an den USB-Ports die 5V-Regler umgeht, was zu einer Beschädigung des Boards führen kann, wenn eine falsche Spannung angelegt wird!

Zusätzlich verfügt der Arduino über eine rücksetzbare Polyfuse an den USB-Ports mit einem Überstromschutz von 500mA. Dies schränkt die Anwendungen, die bei der Stromversorgung über USB genutzt werden können, etwas ein. Wenn irgendetwas eine beträchtliche Menge an Strom zieht (oder mehrere Geräte zusammen mehr als 500mA ziehen), werden die Polyfuses auf der Platine wahrscheinlich auslösen und die Verbindung unterbrechen, bis die Last entfernt wird. Dies würde wahrscheinlich dazu führen, dass sich das Gerät wiederholt zurücksetzt oder ein anderes seltsames Verhalten zeigt!

Wenn der Arduino erkennt, dass eine Barrel-Quelle und eine USB-Quelle gleichzeitig Spannung liefern, schaltet der Arduino automatisch auf die Barrel-Quelle um, solange diese eine ausreichende Spannung (über 6,6V) liefert. Solange also eine Barrel-Quelle angeschlossen ist (und eine ausreichende Spannung liefert), muss sich der Anwender nicht um die anliegende USB-Spannung kümmern. Eine sehr gute Erklärung dazu gibt es hier.

Modus 3 – Über die I/O

Der Arduino verfügt über eine Reihe von Power-Pins, wie unten gezeigt. Diese funktionieren entweder als Eingänge oder Ausgänge, je nachdem, wie der Arduino mit Strom versorgt wird!

Die Power-Pins sind wie folgt:

• Vin. Vin kann als Spannungseingang genutzt werden (anstelle der Verwendung des Fassadapters oder USB). Die Spannung sollte im Bereich von 9V – 12V liegen und wird von der Platine intern auf 5V geregelt. Vin kann auch als Spannungsausgang verwendet werden und kopiert die über den Barrel-Adapter oder USB gelieferte Spannung.
• 5V. Dieser Pin gibt eine geregelte 5V vom Regler auf der Platine aus. Dieser Pin kann entweder über den Barrel-Adapter, den USB-Anschluss oder den Vin-Pin des Boards mit Spannung versorgt werden. Sie können die Spannung auch über den 5V-Pin einspeisen, dies umgeht jedoch den Regler und kann Ihr Board beschädigen. Die maximale Stromaufnahme beträgt 0,8A.
• 3V3. Eine 3,3V-Ausgangsspannung, die durch den On-Board-Regler erzeugt wird. Dieser Pin kann entweder über den Barrel-Adapter, den USB-Anschluss oder den Vin-Pin des Boards mit Strom versorgt werden. Die maximale Stromaufnahme beträgt 150mA.
• GND. Masse-Pin.

Sie können eine Reihe von Versorgungen verwenden, um den Arduino über die I/O zu versorgen, z. B. Leitungen von einer Batterie, einer externen Schaltung, einer gespleißten Stromversorgung usw. Da Vin reguliert ist, ist es sicher, diese Methode zu verwenden, obwohl Sie die zusätzliche Funktionalität verlieren, die durch die Verwendung von Vin als Ausgang gewonnen wird, wenn dies erforderlich ist.

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