Zasilacz do Raspberry Pi dla Audio – jak dobrać

Od premiery pierwszego komputera z rodziny Raspberry Pi minęła już chwila, a malina zyskuje coraz to nowsze zastosowania. Jak, pewnie z dziesięć lat temu, kupowałem swoje pierwsze Raspberry Pi musiałem na nie czekać pół roku. Teraz dostępny jest od ręki, a jednym z bardziej popularnych zastosowań dla maliny jest tworzenie z jej udziałem różnego rodzaju odtwarzaczy multimedialnych. W poniższym artykule postaramy się prawidłowo dobrać zasilacz do Raspberry Pi, aby mógł to robić jak najlepiej!

Powstało wiele odmian tego modułu, ale łączą je cechy wspólne, jak choćby podobne zasilanie.

I tak: wszystkie moduły Raspberry Pi wymagają napięcia zasilania 5V, jednak różnią się one nieznacznie poborem prądu oraz złączem zasilającym:

• komputery Raspberry Pi 0, 1, 2 i 3 wyposażone są w wejście zasilania micro USB typu B,
• komputery Raspberry Pi 4 oraz Allo USBBridge Signature wyposażone są w wejście zasilania micro USB typu C

W dokumentacji komputerów Raspberry Pi dla wersji pełnych, jak 3B+ i 4B podane jest wymaganie (co do jego wydajności) zasilacza na poziomie 3,5A. Oczywiście pobór ten nie jest w całości konsumowany przez moduł, a uwzględnia też możliwy pobór prądu z portów USB. Podczas testów maksymalny pobór prądu samych modułów kształtuje się następująco:

Model komputera	Pobór prądu
Raspberry Pi 2B	700mA
Raspberry Pi 3B	1100mA
Raspberry Pi 3B +	1200mA
Raspberry Pi 4B	1500mA
Raspberry Pi Zero W	300mA
Allo USBridge Signature	>3000mA

Z wykresu możemy odczytać, że do wymaganego poziomu 3,5A brakuje nam jeszcze co najmniej 2A co łatwo da się wytłumaczyć. W modelu B mamy do dyspozycji 4 porty USB, daje nam to 500mA wydajności na port, czyli te brakujące 2A. Oznacza to, że nasz finalny pobór prądu więcej zależy od tego jakie akcesoria podłączamy do portów USB niż od samego komputera.

Jeżeli podłączamy do portów USB jakieś urządzenie to możemy zarezerwować na ten cel szacunkowo:

• dysk twardy talerzowy do 1000mA,
• pendrive do 100mA,
• karta WiFi dongle 100mA,
• mocna karta WiFi do 500mA,
• konwerter USB -> S/PDIF do 500mA,
• DAC USB do 800mA,
• nakładka S/PDIF lub DAC zazwyczaj <100mA.

Należy zauważyć iż jeżeli chcemy umieścić nasz moduł wraz z innymi urządzeniami wewnątrz większej obudowy, na pewno korzystanie z fizycznego złącza USB do zasilania będzie niewygodne. Możemy wtedy skorzystać z pinów dostępnych w złączu GPIO:

Dysponując modułem zasilacza do użytku wewnętrznego zasilanie do portu GPIO podłączamy następująco:

• plus zasilania podłączamy do pinów 2 lub 4, a nawet obydwu naraz,
• masę zasilania podłączamy do dowolnego z pinów 6, 14, 20, 30, 34, 39, 25, 9, a nawet do wszystkich naraz 🙂

Osobiście polecam wybrać parę pinów 4 i 6 gdyż leżą obok siebie i można skorzystać z podwójnych złącz typu NSR-02 lub pojedynczych NSR-01 do podłączenia przewodów. Styki pasujące do złącz mają symbol NDR-T. Podane symbole dotyczą złącz firmy Ninigi i u innych producentów będą mieć inny symbol. Dla lepszego kontaktu przy wyższych poborach prądu oraz większej niezawodności polecam podwoić kable zasilające i dać po dwa przewody na plus i minus.

Podane wyżej pobory prądu (Tab.1)) dotyczą stanów spoczynku oraz pełnego obciążenia. Z punktu widzenia tylko odtwarzacza audio, zainstalowany LMS + Squeezelite na systemie DietPi, podczas odtwarzania muzyki z LMS obciąża procesor w ok. 10%. Pełne obciążenie będzie występować wtedy podczas uruchamiania (przez ok. 30s) lub podczas modyfikacji systemu np. aktualizacji.

Z uwagi na fakt, że pobór prądu na wejściu Raspberry może wahać się od kilkuset mA do ponad 1A przy uruchamianiu, a w przypadku podłączenia maksymalnej liczby akcesoriów nawet 3,5A, nie bez znaczenia są przewody doprowadzające napięcie zasilania. Powinny one być możliwie krótkie oraz grube. Jeżeli chcemy korzystać z wbudowanego portu typu C, powinniśmy wybrać oryginalne, fabryczne przewody dołączane do telefonów komórkowych z szybkim ładowaniem. Takie można często kupić na popularnym portalu i są one dobrej jakości. Jeżeli umieszczamy naszą malinkę w obudowie wraz z zasilaczem dobrze zapewnić połączenie nie dłuższe jak 15-20cm. Najlepszym jednak wyjściem jest pominąć port C i podłączyć zasilanie do portu GPIO. Możemy wtedy zastosować średnice rzędu 1mm^2 na plus i minus np. po dwa przewody 0,5mm^2.

Mając na uwadze powyższe, możemy przystąpić do wyboru modułu zasilania dla naszego komputera. Organizacja Raspberry.org przygotowała dwa dedykowane zasilacze. Niestety z wiadomych względów wszystkie impulsowe.

• 

• 

Zasilacze impulsowe mają szereg zalet:

• są lekkie,
• są małe,
• są wydajne,
• posiadają dużą sprawność, nierzadko >90%,
• w dużej ilości tanie w produkcji, składowaniu, transporcie,
• szeroki wybór na rynku.

Ale żeby nie było za pięknie, mają także i wady:

• napięcie wyjściowe mocno lub bardzo mocno zaszumione np. 50mVp,
• dużo zakłóceń wstrzykiwanych do sieci oraz do zasilanego urządzenia,
• pasmo zakłóceń ciągnie się od KHz aż do setek MHz.

Jeżeli zależy nam na jakościowo dobrym zasilaniu to same wady…

W tym miejscu chciałbym dodać, że Powerbank to też taki rodzaj zasilacza impulsowego, tylko z baterią do magazynowania energii. Wiele osób słusznie uważa, że baterie są jednym z najlepszych źródeł energii, ale należy pamiętać, że same z siebie mają zazwyczaj napięcie nie nadające się do bezpośredniego użycia (3.7V lub 7.4V itd.), a na dodatek zmienne wraz z przebiegiem procesu rozładowania. Aby rozwiązać ten problem najczęściej stosuje się przetwornicę (zasilacz impulsowy) do podbicia tego napięcia z poziomu ok 4V do 5V i trzymania go na stabilnym poziomie niezależnie od poziomu naładowania. Sprawia to, że za jakość napięcia odpowiada bezpośrednio ta przetwornica, a ze swojego doświadczenia wiem, że potrafi ona mieć nawet 500mV szumu na wyjściu. Telefon to to naładuje, ale nie oczekujmy od tego napięcia cudów. Nie w tym rozmiarze.

I tutaj z pomocą przychodzi nam technologia znana pewnie od 100 lat, czyli zasilacze liniowe.

Po pierwsze są piękne, po drugie są stabilizowane, po trzecie są nisko-szumne, czyste, audiofilskie. Żeby nie było mają szereg wad:

• są ciężkie,
• są duże,
• zazwyczaj się grzeją,
• mają małą sprawność np. 50%,
• są kosztowne w produkcji, składowaniu, transporcie,
• z racji tych wad jest ich mało na rynku.

Warto jednak przemyśleć w jaki sposób chcemy wykorzystywać nasz komputer ponieważ w przypadku zasilaczy liniowych koszt rośnie liniowo w zależności od mocy i czasami niewykorzystany potencjał może kosztować nas parę zainwestowanych stówek. Jeżeli jednak koszt jest drugorzędny możemy wybrać zasilacz o prądzie 3-5A.

Żeby daleko nie szukać spróbujmy zatem dobrać odpowiedni moduł zasilacza liniowego z oferty MuzgAUDIO tak, aby spełniał on nasze wymagania. Do dyspozycji mamy:

1. Zasilacz Audio Premium -> https://muzgaudio.com/produkt/zasilacz-audio-premium/

• 

• 

Jest zasilaczem wysokiej klasy opartym o nisko-szumny regulator napięcia zbudowany z elementów dyskretnych. Na swoim wejściu posiada filtr CLC blokujący zakłócenia. Posiada na swoim pokładzie transformator co czyni go bardzo dobrym wyborem kiedy zależy nam na małych rozmiarach ale wysokiej jakości napięcia.

Wydajność zasilacza dla 5V to maksymalnie 1600mA. Dla większych prądów zasilacz wychodzi ze stabilizacji i napięcie zaczyna spadać. Poniżej tej wartości jest sztywny jak p… skała!

2. Zasilacz z transformatorem 16VA -> https://muzgaudio.com/produkt/zasilacz-z-transformatorem/

Jest to najbardziej kompaktowa konstrukcja. W stosunku do poprzednika posiada on prostszy regulator (ale wciąż dyskretny), brak dławika filtru oraz mniejszy radiator. Optymalizowany pod kątem miejsca i ceny.

Wydajność zasilacza dla 5V to maksymalnie 1600mA. Dla większych prądów zasilacz wychodzi ze stabilizacji i napięcie zaczyna spadać. Poniżej tej wartości również jest sztywny jak p… skała!

3. Zasilacz szeregowy dużej mocy 1500mA -> https://muzgaudio.com/produkt/zasilacz-szeregowy-duzej-mocy/

+ dedykowany transformator 50VA 8V-> https://muzgaudio.com/produkt/transformator-toroidalny-50va/

• 

• 

Zasilacz ten oparty jest o dyskretny, niskoszumny stabilizator napięcia, solidny kondensator wygładzający, filtr wejściowy CLC. Pozwala dołączyć zewnętrzny wydajny transformator. Transformator został wyselekcjonowany i dobrany tak aby zapewnił stabilizacje w całym zakresie zakładanych obciążeń.

Wydajność zasilacza to 1500mA ciągłego poboru i aż 5000mA wydajności chwilowej. Przez wydajność chwilową rozumiem <60s, co czyni go bardzo mocnym zawodnikiem! Nie jest przystosowany do ciągłych poborów >1500mA, ale wystarczy w zupełności aby zasilić Raspberry Pi 4B i pracować na całej wydajności.

Jeżeli zakładamy prądożerne akcesoria, jak dyski twarde, bezpośrednio podłączone DACi USB, lub napędy optyczne powinniśmy zainteresować się następnymi dwoma propozycjami.

4. Zasilacz szeregowy dużej mocy 3000mA -> https://muzgaudio.com/produkt/zasilacz-szeregowy-duzej-mocy/

+ dedykowany transformator 50VA 8V-> https://muzgaudio.com/produkt/transformator-toroidalny-50va/

• 

• 

Zasilacz ten oparty jest o dyskretny, niskoszumny stabilizator napięcia, solidny kondensator wygładzający, filtr wejściowy CLC. Pozwala dołączyć zewnętrzny wydajny transformator. Transformator został wyselekcjonowany i dobrany tak aby zapewnił stabilizacje w całym zakresie zakładanych obciążeń.

Wydajność zasilacza to 3000mA ciągłego poboru i aż 5000mA wydajności chwilowej. Przez wydajność chwilową rozumiem <60s, co czyni go bardzo mocnym zawodnikiem! 3000mA, a w praktyce nawet 3500mA sprawia, że możemy swobodnie korzystać z portów USB podłączając tam zewnętrzne dyski twarde, pendrivy, DACi USB…

Jest to bardzo dobra opcja dla osób chcących mieć spokój o to, czy ich zasilacz „wytrzyma”.

5. Zasilacz szeregowy dużej mocy 5000mA -> https://muzgaudio.com/produkt/zasilacz-szeregowy-duzej-mocy/

+ dedykowany transformator 50VA 8V-> https://muzgaudio.com/produkt/transformator-toroidalny-50va/

• 

• 

Zasilacz ten oparty jest o dyskretny, niskoszumny stabilizator napięcia, solidny kondensator wygładzający, filtr wejściowy CLC. Pozwala dołączyć zewnętrzny wydajny transformator. Transformator został wyselekcjonowany i dobrany tak aby zapewnił stabilizacje w całym zakresie zakładanych obciążeń.

Wydajność zasilacza to aż 5000mA ciągłego poboru. W dodatku niska rezystancja wyjściowa sprawia, że jest stabilny jak skała. Ten komplet jest najmocniejszym aktualnie, jaki mamy w ofercie.

Jest to bardzo dobra opcja dla osób chcących mieć spokój o to, czy ich zasilacz „wytrzyma”, a nawet zapewnia zapas na przyszłość.

6. Zasilacz regulowany LDO -> https://muzgaudio.com/produkt/zasilacz-regulowany-ldo/

+ dedykowany transformator 50VA 8V-> https://muzgaudio.com/produkt/transformator-toroidalny-50va/

• 

• 

Zasilacz zbudowany jest w oparciu o stabilizator LDO o maksymalnej wydajności 5A. Posiada duży kondensator wygładzający. Super mały rozmiar w połączeniu z wysoką wydajnością sprawią, że jest idealnym rozwiązaniem dla osób mających „mało miejsca” a nie chcących rezygnować z funkcjonalności. Dodatkowo jest to też najtańsze rozwiązanie. Niestety moduł ten ze wszystkich tutaj opisywanych posiada najgorsze „walory dźwiękowe”.

Wydajność prądowa zasilacza to 5000mA. Należy jednak zaznaczyć, że z racji wymiarów jego zdolność odprowadzania ciepła jest ograniczona, dlatego aby korzystać z maksymalnej wydajności należy zapewnić dodatkowe chłodzenie regulatorowi oraz dorobić chłodzenie diod prostowniczych. Tak jak jest zapewni on ok. 1500mA wydajności ciągłej i 5000mA chwilowej.

Podsumowanie:

Wersja zasilacza	Ocena cena/wydajność/jakość	cena kompletu	Uwagi
Zasilacz Audio Premium	++/+/+++	250zł	Wystarczający do odtwarzania audio
Zasilacz z transformatorem 16VA	+++/+/+	180zł	Wystarczający do odtwarzania audio
Zasilacz szeregowy dużej mocy 1500mA + dedykowany transformator 50VA	++/++/+++	315zł	Wystarczający do odtwarzania audio
Zasilacz szeregowy dużej mocy 3000mA + dedykowany transformator 50VA	++/+++/+++	395zł	Pełna wydajność w każdych warunkach
Zasilacz szeregowy dużej mocy 5000mA + dedykowany transformator 50VA	+/++++/+++	495zł	Duży zapas prądowy
Zasilacz regulowany LDO + dedykowany transformator 50VA	+++/++/+	175zł	Duża wydajność, ale najsłabsza jakość napięcia

Trzeba jednak zaznaczyć, że nawet rozwiązanie dające najsłabszą jakość napięcia (Zasilacz regulowany LDO) zapewnia kilka rzędów wielkości lepsze zasilanie niż w przypadku zasilaczy impulsowych. Jeżeli nawet szum zasilacza z LDO wynosiłby 50uV, to w porównaniu do 50mV zasilacza impulsowego daje przebitkę 1000 razy. Nie dziwi więc, że zasilacze oparte o LDO są popularne wśród entuzjastów zasilaczy liniowych.

Dlaczego jednak wybrać zasilacz oparty o dyskretny regulator MuzgAUDIO?

Zasilacze w pozycjach 1-5 zbudowane są w oparciu o regulator napięcia bazujący na elementach dyskretnych. Jest to autorskie rozwiązanie MuzgAUDIO, starannie wyselekcjonowane z wielu opracowanych, dające najlepszą jakość dźwięku. Rozwiązanie jest autorskie co oznacza, że jego schemat powstał w MuzgAUDIO, nie jest stosowany przez nikogo (mi znanego) na świecie i nie dostaniecie go u żadnego innego producenta. Rozwiązanie to zostało wybrane spośród 12 innych dostępnych w bazie wiedzy MuzgAUDIO i naszą renomą gwarantujemy jego jakość.

Mam nadzieję, że ten trochę przydługawy opis rozjaśni Państwu nieco tematykę zasilania komputerów Raspberry Pi pod kątem osiągania najlepszej jakości dźwięku w serwerach multimedialnych. Mam nadzieję również, że wybiorą Państwo produkty MuzgAUDIO i przekonają się na własne uszy, że te kwieciste opisy nie są tylko bełkotem marketingowym. Spędziłem sporo czasu projektując odpowiednie rozwiązania, co daje mi pewność, że są słuszne. Pozwoliło mi to także na pewną dawkę humoru, która mam nadzieję, że uprzyjemni lekturę.

W razie wątpliwości i pytań służę pomocą via e-mail oraz pod numerem telefonu.

Zapraszam

Konrad Siemientkowski – właściciel MuzgAUDIO