どうも、こんにちは。T・K生です。今回は電源ターミナルを用いて3台のラズパイを動かすための配線について解説します。
５V 12Aのスイッチング電源を活用して合計3台のラズパイを動かす
ラズベリーパイ４ですが最大３Aの消費電流を必要とします。
ラズベリーパイの消費電流はUSB端子に機器を接続しない場合、約0.6A程度ですが、自分のようにSDRラジオを常時、接続して活用したり、WEBカメラをUSB端子に接続したり、USBブートでOSを起動すると1台のラズベリーパイにつき１A以上の消費電流が常時、流れることもあります。
USB端子に周辺機器を接続してラズベリーパイを動かす場合、消費電流が上乗せされて増加するので供給する電源側も電流容量で余裕がないといけません。
USB端子に機器やOSブートで消費電流が１A近くになるだけでなく、電源投入時にはスタート電流が増加するのでラズパイ1台につき３Aという電流容量は保証して余裕を持たせないと残念ながら電流不足からの電圧降下トラブルが発生してしまいます。
スイッチング電源は「大は小を兼ねる」という理由からでラズベリーパイを3台、動かす際は起動時のスタート電流容量のことを考えると12Aクラスが必要になってきます。
NASなどのファイルサーバーをラズベリーパイを利用して構築する場合、3台動かす場合は起動時のスタート電流のことを考慮した場合、どうしてもラズパイに供給する電流容量が９Aがないとうまく起動しません。
特にクラスタ接続で複数のラズパイを一気に動作させる場合は1台につき３Aの電流容量がないとラズパイのOSが立ち上がらないトラブルも発生します。
その辺の事情を踏まえて電源ターミナルをショートバーで分電して接続するラズパイの数に余裕を持たせます。
現時点では3台が適切な台数ということで電源ターミナルに3台、接続することにしました。
実際に電源ターミナルに接続してラズベリーパイを分電してACアダプターを減らす
実際にラズベリーパイをスイッチング電源に接続して分電してみました。スイッチング電源を接触ショート防止を考えて必ずネジで止めて本体が勝手に動かないようにします。
ターミナルにDC5.2Vが出ているか？をデジタルテスターで測定しています。複数のラズパイを並列接続すると電圧降下がまたも発生してしまうので再びDC 5.2V付近に半固定抵抗のV-ADJを精密ドライバーを回転して調整します。
DC5.2Vが無事、電源ターミナルに分電されていることを確認した時点でラズパイ3台に電源を給電します。
1台はADS-Bのサーバーとして24時間常時、動作させるのでスイッチはつけないようにしていますが、残り2台は中間スイッチで電源のONとOFFができるようにしています。
実際、3台のラズパイをスイッチング電源に接続して動かしている写真です。
ADS-Bの用のサーバーは24時間、いつも動作していますが、残り2台のラズパイはSDRラジオを動かす際にだけ中間スイッチをONにして使います。結露で火災トラブルを防ぐために窓側にラズパイとスイッチング電源は置かないようにします。
コンセント周囲の写真です。
スイッチング電源を用いてからACアダプターの数が減少して、見栄えの悪いタコ足配線が少し、収まりました。若干、タコ足配線気味ではありますが、前よりはかなり良くなりました。
下の方に接続してあるコンセントはノートPC関連で動かす時だけ電力を消費するので1500Wの最大電流容量の範囲内に収まっています。
スイッチング電源からDC5.2Vを取り出したらスピーカー音が劣化したので対策
残念ながらスイッチング電源からDC5.2 Vを分電してオーディオアンプ付きのアクティブスピーカーを鳴らそうと考えて配線したのですが、スイッチング電源本体からのノイズが回り込んで動作に影響が出てしまいました。
ノイズ対策のクランプコアを巻いて試してみましたが結果は改善されませんでした。
今回、使用している５V １２Aのスイッチング電源はノイズの発射が大きいようでオーディオ関係の給電は別にしないといけないようです。
スイッチング電源からオーディオ関連の給電は諦めることにしてDC5.0 3AのACアダプターを再び結線し、ダイソーのスイッチ付きUSB端子に接続してオーディオアンプを動かしたらノイズが収まり、きれいな音声で普通にYOU TUBEやSDRラジオを受信できました。
スイッチング電源でオーディオ関係でノイズが出てブーンというリップル音に苦しめられて使いものにならないと感じたら、オーディオ関連の電源は別に取ることで対策できます。
分電関係の配線に関しては大掛かりなものになりましたが、何とかなりまして結果としてAC100Vで給電しているACアダプターの数が減り、コンセント周囲がすっきりしたような感じになりました。
スイッチング電源に接続してからのラズベリーパイの動作のパフォーマンスも更に向上して動作も改善
スイッチング電源に接続してDC5.2Vに電圧を調整して、電流容量も「大は小を兼ねる」で余裕がある状態でラズベリーパイ４を動かしたらDC5.1V ３Aの改善版のACアダプターを使用した時よりも全体的にパフォーマンスが向上したような感じになりました。
SDRラジオを長時間、動かしても稲妻マークで電圧降下のトラブルもなく、YOU TUBEを閲覧しても引っかかるような動作も減っています。
YOU TUBEのようなCPUやメモリを使うような動作をする際にラズベリーパイ４で電圧降下や電流が瞬間的に増加して1.5A近くまで跳ね上がるようなことがあります。
（USB端子にSDRラジオやカメラを常時接続した場合とか瞬間的にYOU TUBEのような重いサイトを立ち上げた場合、2.5A近くまで消費電流が増加する）
しかし、スイッチング電源の大容量の電流供給と半固定抵抗の電圧降下防止の影響でパフォーマンスにも余裕が出て、更なる安定した動作をスイッチング電源の接続で手に入れることができました。
DC5.1V ３Aでもラズパイ４は安定した動作が可能ですが、WEBカメラやSDRラジオなどの消費電流の多い機器を複数、接続して長時間、業務用で動かす場合、スイッチング電源は更なる動作の安定のために強い味方になると感じました。
