ラズパイ用の電源

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他のスレッドで電源が話題になっていましたので立ち上げてみました。

トランス式
スイッチング電源
リニアレギュレータ
スイッチングレギュレータ
バッテリー

電源もいろいろあってどれが良いのか悩みますよね。

こんなトランスが良いよ
この電源はダメだった
このバッテリが凄い
等々

皆さんの成功体験、失敗談などの情報があればお寄せください。
DACやアンプ用の電源も歓迎します。

もちろん御相談もOKです。お気軽にどうぞ。

mgroovyさま
DASHBOARDの画像を見て2点気になったところがあります。

レイテンシが−高い状態のCPU周波数が576MHz、コアが61MHｚとなっています。
CPU周波数が低いため、処理が終わりきらずにレイテンシーが増えているのではと推察されます。

また、表のIP Addressで”under-voltate has occurred"と表示されています。

/boot/config.txtのほうは何か変更していますか？
それとも電源系で何かやっていますか（例えば純正ACアダプタではないもので給電しているとか）？

sunamotoさん

リプライいただきありがとうございます。

/boot/config.txtではdtoverlay=hifiberry-dacplus以外は変更しておりません。
電源は L.K.S Audio LPS-25-USB という DC5V/3.5A 仕様のリニア電源を使用しており、
電力供給面では問題ないかと思っておりました。
”under-voltate has occurred"の表示がでていましたが、特に問題なく音楽が聴けていたので問題視はしておりませんでした。

RaspberryPiでは電圧や電流が低下すると自動的にCPUクロックを落としてしまうのでしょうか？
となると電源が故障しているか、RaspberryPiで電源を検知している部分が壊れている可能性もありますね。。。

ということでスイッチング電源の5V/3Aに交換して起動音が鳴らない方のSDCardに戻して試験してみました。
結果：
・起動音は鳴らないまま
・Dashboardのunder-voltage表示なし
・Latencyのグラフも皆様と同じ

なるほど、Latencyについては電源も関係があるのですね！

となると、msberryDac のヘッドホンアンプ部分への電源供給を止めるとか考えないといけなくなるのかなぁ。。。

とりあえずは、リニア電源で、起動音も鳴り、グラフ表示もOKな方のSDCardを使っていようと思っています。やはりリニア電源の方が落ち着いた音が出ますので。

いろいろと教えていただき、どうもありがとうございました！

mgroovyさま

mikeです。

無事正常なLatencyになっておめでとうこざいます。
私の経験では、リニア電源のもので容量は大きくともレギュレーションの悪いものがあります。RspberryPi は電源系が弱いので、電源の質（レギュレーション）にとても敏感です。

SMPDで、いろいろ不思議な事故を経験して、現在ではリニア電源は、Rコアトランス+DCArrow x 2 という形式のみと例外的にしか使わなくなりました。

お示しした４件の事例は一つだけこのリニア電源で残りはすべてスイッチング電源で、DC filterをつけたり、DCArrowをつけたりして使っています。

スイッチング電源にDCArrowをつなぐ、ジャイアンさん方式が一番トラブル無く落ち着きます。稼働が安定し音もとても良いと思います。

mgroovy様
当該の機器、amazonの販売ページによると電圧が可変抵抗で変えられるようなので、テスターなどをお持ちでしたら実際の出力を見ながらちょっと高め（ジャイアン様のブログで5.2Vまで昇圧したほうが音質が改善したとの書込があったような）にしてみるのもありかと思います。
逆に、電圧が足りないとCPU周波数が落ちるってのは初めて見ました（勉強になりました）。
このディストリは確かに標準でクロック常時CPU1152MHz・コア576MHzに固定してあり、
本来のRaspberryPiの使い方だと特にCPUはオーバクロック状態のため、
そのせいもあるのかもしれませんね。

mike様
私もジャイアン様のDCAllow＋スイッチング電源＋コモンモードチョークコイルの組み合わせ、
気になります（コストも安価ですし、場所も取らなそう）。
カフェ関係の環境改造ネタが尽きるころには自分も試してみたいと思います。

mikeさん、sunamotoさん

各種情報ありがとうございました。
私も電圧が足りないとクロックが落ちるとは夢にも思いませんでしたので、
ホントにびっくりするとともに、電源ってやっぱり大事なんだなと思い知らされました。

こちらの電源の背面をよく見てみると、Adiというアジャスター？っぽいマイナスドライバで回せるものが付いていましたので、回してみると電圧表示が変わりましたので、
これで5.2Vや5.3Vに設定した後、RasPiを接続して電源を入れてみました。
しかし残念ながら「under-voltage」メッセージは消えませんでした。

mikeさんおススメのジャイアンさん方式など、勉強させていただきます。
ただ老眼が進んでしまい、半田付けはちょっと無理かも。。。。
停電時につかえる大容量バッテリーとか、マキタの電池とか検討してみようかしら、でももうすでにやった人いるのでしょうね。これも調べてみよっと。

mgroovyさま

mikeです。

SMPDとRP3Bの組み合わせはとても電源にシビアです。
「電源」というとき、電源そのものと接続ケーブル、コネクターに分けられますが、そのどれもが強く影響します。

特にuUSBコネクターは規格上最大1.8Aであり、もっと大型のUSBAタイプのコネクター定格値も最大1.5Aです。
実際にuUSBコネクターでRP3Bを接続すると、接続コネクターによっては不安定になることがままあります。
ケースの関係でちょっと斜めになったりするともういけません。
またUSB2.0の最大電流は0.5Aであるため、通常のケーブルは0.5A定格で設計されているため、2A～2.5A流すと電圧が落ちます。
つまりSMPDをRP3Bの普通の使い方で使用するとき、電源電圧が落ちる危険性が大きく、それはそのままLatencyの悪化に直結します。Ver 0.8 までのSMPDでは立ち上げにターボをかけていた関係でデフォルトの設定では電圧が落ちて立ち上がらない基板がありました。立ち上がっても不安定なものを含めると５枚中２枚という高確率でした。

しかし、uUSB端子を通さず、DAC基板の5V電源受けに直接接続し、ケーブルも2A～2.5A対応のものを使用すると、そのような問題は起きません。（RP3BとDAC基板共通に供給する場合でも効果があります。）

また、アナログ電源も通常のダイオード使用のものは瞬間のドロップが多く、音がなまる傾向も確認できました。
10000mA程度の大容量リチウムイオン電池も内部抵抗が高くレギュレーションが悪いので同じように電圧降下が見受けられます。ノイズが少ないので、太い電線を使う条件で使用するDACによってはいい結果を生むこともありますので一概にだめだとは言えませんが、電圧降下が起こりやすいことは知っておくと良いと思います。

結局、アナログであればレギュレーションの良いRコアのトランスを使いDCArrowを2台つかったもの、スイッチング電源であれば、ジャイアンさん方式のDC Arrow ２台掛けに落ち着いています。

スイッチング電源にDC filterもノイズ的にはありだと思いますが、これもDC filter によっては直流抵抗値が高く瞬間的な電圧低下を起こしがちで、よく選ぶ必要がありそうです。

以上、個人の小さな経験のなかでの出来事ですので一般的な結論にはつながらないと思いますが、ご参考まで。

現在、ラズパイ３BとSabreberry32を使っておりますが、電源は次の通りです。
ラズパイ3B：スイッチング電源とコモンモードノイズフィルター
Sabreberry32：0.5A容量のトランス、SiCダイオード、秋月ローノイズプログラマブル電源

ラズパイ2Bの時は3A容量の電源トランスと５Vの定電圧基板を使っていましたが、3Bになって起動時の電流が増えたため、5Aのトランスを使うことはサイズの点からあきらめ、スイッチング電源に変更いたしました。
アナログ電源は確かに音は良いのですが、ラズパイは複数のスイッチング素子を内蔵しているので供給側だけに拘る意味があるのかという疑問があったこと、良いコモンモードフィルターの製作紹介記事があったことから、スイッチング電源の採用を決めました。

この記事ある4コイルのものを製作しました。
https://ecaps.exblog.jp/22570288/

1種類のコイルは自作しなければなりませんが、あとは市販部品を利用できます。ノイズの抑圧性能は大変優れているようです。

経験的に大事なのはDACの電源で、ラズパイとは独立させたものが必要です。ここは小電流なのでトランスを使っても小さくまとめられます。秋月のローノイズ電源は電解コンを良いものにすれば便利に使えます。
もう一つ、音に関係があるのはNASで、最近、小型のものから高速型のものに置き換えましたところ、再生音のレベルが大きく改善されました。内蔵のHDをSSDに置き換えればさらに良くなりそうですが、まだ、トライはしておりません。

こちらのサイトでACアダプターとDC-Arrow、コモンモードチョークコイルを組み合わせた電源を「ジャイアン方式」と呼ばれる方がおられますが、それを目にするたびに面はゆい思いをしているジャイアンです。
この方式、もともとはPassさんから伝授されたものです。DC-Arrow基盤を使ったのは私が最初かもしれませんが、そもそものアイディアはPassさん。ですので正確にはPass方式というべきもの。ま、呼称はどうでもいいんですけどね(笑)

私はラズパイ用電源には当初、適当なACアダプターを使用していました。そんな時にiFi-audioがiPower 5Vをリリース。オーティオ用低ノイズという謳い文句に心惹かれ、ラズパイ用とI2S DAC用に二台購入しました。そんな頃だったと思います、たかじんさんのブログで、低ノイズ＝いい電源ではないという記事（DC-Arrow開発のバックボーンになっている情報だったと記憶しています。例えばコチラとか。他にも眼から鱗な記事があるはずなんですが）に出会い、衝撃を受けたのは。この辺から、ラズパイ用電源に強い関心を持つようになりました。

程なくして共立エレショップさんのキット品を購入してサクッと作っちゃったのですが、それは同時に、二台のiPower 5Vをお蔵入りさせることにもなりました。比較試聴できたからこそ下せた決断でしたので、先に購入したiPower 5Vが無駄だったとは思っていません。そうそう、今年は他のiPower 5Vユーザー一人を悔い改めさせ、DC-Arrowに改宗させました(笑)

我が家では常時三台のラズパイが走っています。
一台はRPi2Bで、NAS用OS OpenMediaVaultを走らせ、256GBのUSBメモリを挿し、音楽再生用NASにしています。
他二台はRPi3Bで、SMPDを走らせています。常に走っているのはRPi3B + Digione Signatureで、残り一台はmsBerryDACやSabreBerry32、もしくはTerra-Berry DAC2を気分で切り替えて鳴らしています。最近はmsBerryDACを走らせている事が多いです。

このように常時三台のラズパイが走っている状態なので、DC-Arrow２枚では電源が足りません。加えてI2Sカード給電用もDC-Arrowで固めたかったので、今現在では６枚のDC-Arrowが走っています（うち一枚は3.3V用）。

長くなったので一旦切ります。

そうそう、今年は他のiPower 5Vユーザー一人を悔い改めさせ、DC-Arrowに改宗させました(笑)

呼びました？

v0.8系の中盤から、メインシステムの心臓部として活躍して頂いてます。感謝です

３枚目以降のDC-Arrowはキット品ではなく（だって高いんだもん）、基板こそ共立エレショップさんで購入しましたが、他は秋月でお安く調達できるパーツで組んでおりました。そんなことをして遊んでいる時に、Passさんに「ACアダプターを使うと幸せになれるかもよ」と耳許で囁かれ、あっという間に電源のダークサイドに落ちました。

それまでは例えばデカップリングコンデンサにも気をつかうことはなく、たかじんさんが掲示されているパーツ表に従って、例えば4700μF/16Vで一番お安く調達できる電解コンデンサを使っていました。

しかしこれまたとある記事に出会って考えを改める事となり、現在は電解コンデンサを取っ替え引っ替えしたり、小容量の積層セラミックコンデンサとかフィルムコンを抱かせたりして、自分の理想とする音を出すための基礎となる電源構成を探している最中です。

何ごともやってみないと分からないものだなぁと自分のことながら感心したのは、大容量の電解コンデンサにたった0.1μFの積層セラミックコンデンサを抱かせた時の音の変化です。
根が貧乏性なものですから、単価150円くらいの4700μF/50V x 2から試し始めたのですが、どうにも中高域の抜けが悪い。
そこに「ESRが改善するならば」と積層セラミックコンデンサを２個パラったのですが、効果は覿面でした。
実はそれでも音に納得がいかず、積セラ２個の内１個をコレに替えてみました。これがまた私の好みに合った変化を見せてくれました。

とはいえ、まだまだ自分の納得いく方向性にはもっていけてないので、これからも試行錯誤を繰り返していこうと考えています。
とりあえず今考えているのは、Passさんに入れ知恵されたダーリントントランジスタの使用。
また２つ使っている4700μF電解コンデンサの１つを音響用として定評のあるチョットお高めのヤツに替えて、コンデンサーのブレンドにも挑戦しようと思っています。

レギュレーターとして安定しており、加えてレスポンスさえ良ければいいと思われがちな電源ですが、たった0.1μFのコンデンサでさえも、これほどまでに音に影響を与えるとはと、試していて大変に驚かされました。

出音の品質に関しては、symphonic-mpdを開発してくださっているパパリウスさんに負うところが大きいわけですけど、ちょっとした電気工作ができるなら、ユーザーにだってまだまだ工夫できる余地がたくさんあるということを感じております。

みなさん
こんばんは

情報ありがとうございます。
電源は音の良し悪しにも大きくかかわりますが、好みの部分にも大きなインパクトがあるので、情報を共有して皆さんのお好みの音質が見つかればよいなぁと思っております。引き続きよろしくお願いします。

パパリウスさん

コメントの移動ありがとうございました。
smpdのサイトなのにハード系のスレッドのアクセスが多いのにはビックリですね。

ところで、アイコン用の画像の差し替えをしようとしたのですが、最初に登録した画像の削除をしてアップロードしなおしても前の画像に戻ってしまい差し替えが出来ません。何か手順があるのでしょうか？（ここでする質問じゃないですね（笑））

ジャイアンさん

私は思い付きで耳打ちしただけですよ（笑）実際に試して出音の確認をして、みなさんにお披露目したのはジャイアンさんですから、ジャイアンさん方式で良いと思います。

ダーリントントランジスタは、シミュレーションしてみると電圧降下が大きくなるようです。ひょっとすると逆効果になるかもしれません
その際は、ご容赦下さい。また楽しいブログにして頂けると幸いです。

わっ！　こっちに移っている！

mikeです。

パパリウスさまの手を煩わせてしまいました。
実は投稿してからpassさんが電源スレッドを立ち上げているのに気が付きました。
うーん、とかいってそのままにしていたら整理していただき恐れ入っております。

ということで、もう少し追加を。

通常のUSBケーブルで標準的な電線であるAWG28の直流抵抗は200mΩ/mで、5V2A流すと、0.4Vの電圧効果となります。
この値はとても大きく RP3Bでは、5Vが、4.6Vとunder voltage となってしまいます。

少なくとも、0.3㍉スクエアは必要で、自作するか、2A対応とか2.5A対応という充電専用のケーブルが便利です。
それも50cm以内ならほとんど電圧降下の心配をしなくても良いようになると思います。
5Vとか3.3Vのときは電線の太さと長さは本当に大事です。

ご参考まで。

ひゃーっ！

なんて濃い～情報なんでしょう！！！

USBの規格から、電線の太さや接続部分の電圧降下の話、ノイズフィルターの話、
使うコンデンサの話などなど、すっごい奥深いですね♪

少し頭の中を整理して、自分のやれる範囲で頑張ってみようと思います。
皆様、本当にありがとうございます m(_ o _)m

Passさん
プロフィール画像の変更ですが、手順をちゃんと確認してみますね。
念のため、ブラウザのキャッシュを削除してもう一度表示してみてください。

mikeさん
コメントは他のスレッドに付け替えが簡単にできますので、どこに書いてもらっても問題ありませんよ。

適当なスレッドが無ければ、気軽にスレッドを立ててもらっても大丈夫です。
「スレッドのマージ」という機能があり、他のスレッドにコメントをごっそり移動させる機能がありますので、後から適切なスレッドに統合させることができます。

HOTなネタなだけあって、裏でプラグイン作っていたら乗り遅れてしまった感が凄い
やっぱりACアダプタとDC-Allow2組揃えたくなって来ました（製作は早くても来週末かなぁ）。

ところで電源基板のケースって皆様どうされています？DC-Allowの場合はパワトラがあるのでケースは空冷出来ないとダメっぽいですよね？（パーツショップの金属ケースでは熱が籠もりそうですし．．．）

sunatomoさん

私はオリジナルレギュレータをこんなこんなケースに入れてます。

12Vインプットの5Vアウトプットと発熱のひどいレギュレータですが問題ありませんよ。DC-Arrowがそのまま入るかどうかは分かりませんが、もう1つ大き目の物なら入るかもです。ご参考になれば幸いです。

パパリウスさん

キャッシュクリアで出来ました。ありがとうございました。

Passさま
早速のご提示、有難うございます。放熱とノイズ対策を考えると私ならば金属筐体一択という選択肢になると思っていましたが大変参考になりました。
多分試作時点では基板むき出しになると思いますが、他の家人に嫌がられるのは間違いないのでパーツの収容サイズなどを勘案しながら検討したいと思います。

@sunatomo さん

私はバルク状態で使っています。
見栄えが悪いですが、放熱と、度々手を加えていることから裸の方が都合が何かといいもので。
ちなみにこんな感じです。

アロー・トーク

足元を固めよう・電源は重ねよう

フィルター（後編）

本当に見栄えが悪いですね！(笑)
せめてもと設置面積を抑えるためにPC用電源ケースを使ったのですが、それさえもACアダプターを使っている今となっては笑の種でしかありません。

ジャイアンさま
ブログで拝見しております(PC用電源ケースに取り付けされているところ）。
確かにパンチングメタル処理だから排熱は良いかもしれませんね。

脱線しますが、アイコンの碇ゲンドウが個人的にツボです（笑