초코볼의 inside Tech

이번에 Raspberry Pi 4B 를 구입하면서, 높아진 전류를 충족하는 USB Type-C 어뎁터가 필요해 졌습니다.

* Hardware | Raspberry Pi 4 Model B 4GB 버전 구매기

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Raspberry-Pi-4-4GB-buy

1. USB 의 충전 사양

USB-C 타입이라면, 모바일 기기부터 렙탑까지 많은 기기에서 유행하기 시작한 전원 공급 방식입니다.

어차피 구입해야 할 것, Raspberry Pi 4 전용 어뎁터 보다, 여러 기기에 활용 될 수 있는 어뎁터를 이참에 구입해 놓는게 나아 보입니다.

범용적인 USB-C 어뎁터를 구입하기 위해서는, 우선 USB PD / Quick Charge 사양에 대해 어느정도 알고 있어야 합니다.

닌텐도 스위치에서 dock mode 라는 것이 있는데, 이걸 가능하게 하려면, USB PD 사양 충족이 필요하다는 글을 우연히 보게 됩니다.

* [일반] [정보] 독 모드 가능하고 돼지코 없어도 되는 어댑터를 알아보자

- https://gall.dcinside.com/mgallery/board/view/?id=nintendoswitch&no=27650

* [NS하드] 스위치의 충전과 USB PD에 관하여

- https://bbs.ruliweb.com/nin/board/300004/read/2135853

* Xiaomi 45W USB PD対応ACアダプタ レビュー

- https://hanpenblog.com/5613

위의 글 들을 통하여, 아래 부분만이 우리가 필요한 지식 입니다.

* USB PD (Power Delivery)

- USB PD는 충전기와 전자기기가 서로 어떤 사양을 지원하는지 신호를 주고받고 최적의 전압/전류로 고속충전을 할 수 있는 규격임.

- 충전기가 지원하는 볼트와 최대전력은 정해져있는데, 가끔 15V는 건너뛰고 12V, 20V 만 지원하는 애들도 있어서 잘 확인해야 됨.

- USB PD 1.0 때는 Power Profiles 라고 해서 최대 전력에 따라 5V, 12V, 20V 만 지원 했었음.

- USB PD 2.0 에서는 Power Rules 라고 하서 최대 전력에 따라 5V, 9V, 15V, 20V 를 지원함.

- USB-C to USB-C 충전시에만 적용됨.

- 퀄컴 퀵차지와는 전혀 별개의 규격이므로 주의.

* Quick Charge

- USB PD 와 USB QC 는 혼용될 수 없슴.

- QC 4.0 에서는 혼용될 수 있도록 계획하고 있으나, QC 3.0 이하에서는 혼용 사용을 금지하고 있슴.

- 이는 USB-C 의 경우, USB 가 정한 방법 이외로 VBUS 전압을 정해놓은 기본값 외로 변화시키는 것을 금지가호 있기 때문.

- 이를 위반시에는 케이블에 내장된 eMarker 를 파손시킬 수 있슴.

생소한 용어와 여러 조건들이 열거되어 있습니다만, 일반 USB-C 전원 어뎁터를 Raspberry Pi 4 에서 사용하려면 최종적으로 아래 세 가지를 만족하는 것을 구입하는게 좋다는 결론이 도출됩니다.

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- 이왕이면 USB-C PD 2.0 을 만족하는 어뎁터가 best 

- 5V / 3A 충족

- USB-C to USB-C 케이블 사용

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2. Xiaomi 45W USB Charger

대륙의 실수 중 하나인, 샤오미 생산 USB-C 충전기 입니다.

* 샤오미 USB Type-C 45W 충전기 개봉 / 사용 후기

- https://ruinses.tistory.com/1346

일본의 어느 까다로운 블로거가 칭찬할 정도로 잘 만들어 졌다 합니다.

특히, QC 3.0 과 USB PD 규격을 혼용할 수 없도록 규정되어 있으나, 그런 규정을 씹어 먹고 양쪽을 대응하는 스펙.

65W 가격이 약 3만원 정도로 엄청 싸거나 비싼 정도는 아니고, 그럭 저럭으로 보입니다.

3. HP 65W USB-C Slim Travel Power Adapter

HP 에서 새로 출시된 여행자용 USB-C 어뎁터.

* HP 65W USB-C 슬림 여행용 전원 어댑터

- https://store.hp.com/kr-ko/default/hp-65w-usb-c-slim-travel-power-adapter-3pn48aa.html

컴팩트 하면서 심플한 디자인이 돋보입니다.

케이블도 굵으며, 외부 스크래치에 강한 면소재로 마감되어 있습니다.

따로 USB-A 포트를 가지고 있어, 동시에 충전이 가능합니다.

스펙상으로도 최고이며, 휴대성도 좋아, 출장시 가지고 다닐만 할 듯 합니다. 이것으로 결정!

4. 구입

마침 전직한 새로운 직장에서, 환영의 뜻으로 원하는 전자기기 (업무에 필요한) 구입 할 수 있는 복지가 있어서 바로 신청!

가격은 5만원.

이걸 산 당신, 떠나라~! 의 문구들.

이쪽 제품 중, 가장 비싼 만큼 포장이 깔끔합니다.

한국에서 구입하니, 한국 콘센트에 맞는 플러그 동봉.

가끔 유럽 형식으로 출시되어, 정작 한국의 콘센트에 꼽을 시 헐렁하여, 스파크가 튈 수 있으나, 한국형이라 안심.

USB-C 케이블은 돌돌 말려서 고정될 수 있게 되어 있습니다. 역시 여행자 / 출장자를 위한 배려.

5. 렙탑 충전

이번 회사에서 새로 지급 받은 HP Probook 440 G7 노트북 충전에 사용해 봤습니다.

일반 동그란 단자의 충전기 단자도 있고 USB-C 단자도 지원하는 노트북 입니다. 회사에는 구입시 딸려온 일반 충전기로 충전하고 있습니다.

집에서 업무를 하려면, 매번 전용 충전기를 가지고 다녀야 해서 불편했었죠.

이번 구입으로 USB-C 지원하는 다른 기기들도 활용 하면서, 회사 노트북 충전에도 활용할 수 있는지 확인해 봤습니다.

올 오케이.

6. Raspberry Pi 4

라즈베리파이 4 는 5V/3A 를 기본 전원으로 요구하고 있습니다.

일반적인 USB Charger 들이 1~2A 대응을 감안할 때, 3A 는 꽤 높은 수치 입니다.

비싸며 단순히 5V/3A 만 대응하는 제품보다, Fast Charging 이나 9V / 12V / 15V / 20V 대응 되는 USB PD 제품을 구매하는 것이 좋겠죠.

이번에 구하게 된 HP 65W USB-C 를 새로 구입한 Raspberry Pi 4 에 물려 봤습니다.

아래 사이트에서 제공하는 소스를 돌려, 충분한 전력을 공급하여 Raspberry Pi 4B 가 throttling 이 걸리는지 확인해 주는 스크립트 입니다.

* maxme/raspberry-power-supply-check.sh

- https://gist.github.com/maxme/d5f000c84a4313aa531288c35c3a8887

소스는 다음과 같습니다.

#!/bin/bash

# Before running this script, make sure you have sysbench installed:
#           sudo apt-get install sysbench
#
# This script helps you check if your Raspberry pi is correctly powered.
# You can read more about Raspberry pi powering issues here: https://ownyourbits.com/2019/02/02/whats-wrong-with-the-raspberry-pi/


# If you're pi is correctly powered (stable power supply and quality cable), after running the script, you should get something like:
#
# 45.6'C 1400 / 600 MHz 1.3813V -
# 55.3'C 1400 / 1400 MHz 1.3813V -
# 58.0'C 1400 / 1400 MHz 1.3813V -
# 60.2'C 1400 / 1400 MHz 1.3813V -
# 60.2'C 1400 / 1400 MHz 1.3813V -
# 61.1'C 1400 / 1400 MHz 1.3813V -
# 61.1'C 1400 / 1400 MHz 1.3813V -
# 60.8'C 1400 / 1400 MHz 1.3813V -

# If your power supply can't provide a stable 5V 2.5A or if the cable is not good enough, you should get something like:
#
# 45.6'C 1400 / 600 MHz 1.3813V - Under-voltage,
# 55.3'C 1400 / 1400 MHz 1.3813V - Under-voltage,
# 58.0'C 1400 / 1400 MHz 1.3813V - Under-voltage,
# 60.1'C 1400 / 1400 MHz 1.3813V - Under-voltage,
# 60.1'C 1400 / 1400 MHz 1.2875V - Under-voltage, Under-voltage has occurred,
# 59.6'C 1400 / 1200 MHz 1.2875V - Under-voltage, Under-voltage has occurred,
# 60.1'C 1400 / 1200 MHz 1.3813V - Under-voltage, Under-voltage has occurred,
# 60.1'C 1400 / 1200 MHz 1.2875V - Under-voltage,
# 60.1'C 1400 / 1200 MHz 1.2875V - Under-voltage, Under-voltage has occurred,
# 60.7'C 1400 / 1200 MHz 1.2875V - Under-voltage, Under-voltage has occurred,
# 60.7'C 1400 / 1200 MHz 1.2875V - Under-voltage, Under-voltage has occurred,

function throttleCodeMask {
  perl -e "printf \"%s\", $1 & $2 ? \"$3\" : \"$4\""
}

# Make the throttled code readable
#
# See https://github.com/raspberrypi/documentation/blob/JamesH65-patch-vcgencmd-vcdbg-docs/raspbian/applications/vcgencmd.md
#
# bit 0 0x80000: Under-voltage detected
# bit 1 0x40000: Arm frequency capped
# bit 2 0x20000: Currently throttled
#
# bit 16 0x8: Under-voltage has occurred
# bit 17 0x4: Arm frequency capped has occurred
# bit 18 0x2: Throttling has occurred
# bit 19 0x1: Soft temperature limit has occurred
#
function throttledToText {
  throttledCode=$1
  throttleCodeMask $throttledCode 0x80000 "Under-voltage, " ""
  throttleCodeMask $throttledCode 0x40000 "Arm frequency capped, " ""
  throttleCodeMask $throttledCode 0x20000 "Currently throttled, " ""
  throttleCodeMask $throttledCode 0x8 "Under-voltage has occurred, " ""
  throttleCodeMask $throttledCode 0x4 "Arm frequency capped has occurred, " ""
  throttleCodeMask $throttledCode 0x2 "Throttling has occurred, " ""
  throttleCodeMask $throttledCode 0x1 "Soft temperature limit has occurred, " ""
}

# Main script, kill sysbench when interrupted
trap 'kill -HUP 0' EXIT
sysbench --test=cpu --cpu-max-prime=10000000 --num-threads=4 run > /dev/null &
maxfreq=$(( $(awk '{printf ("%0.0f",$1/1000); }' < /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_max_freq) -15 ))

# Read sys info, print and loop
while true; do
  temp=$(vcgencmd measure_temp | cut -f2 -d=)
  real_clock_speed=$(vcgencmd measure_clock arm | awk -F"=" '{printf ("%0.0f", $2 / 1000000); }' )
  sys_clock_speed=$(awk '{printf ("%0.0f",$1/1000); }' 

바로 돌려 봤습니다.

프라임 연산을 시키면서 CPU 를 풀로 혹사시켜도, 전혀 흔들림 없는 전압과 충분한 전류로 throttling 이 전혀 걸리지 않습니다!

대만족!

1. 빵판

전자부품을 이용하여 놀려면 빵판이 필요합니다.

AliExpress 에서 빵판을 구매하기로 하고 돌아봅니다.

큰것도 있고 작은것도 있고...

큰거는 부담스럽고, 작은 것은 프로토타입 만드는 용도 정도라, 반쪽 사이즈를 찾아봅니다.

당연히 있네요.

2. 주문

AliExpress 에서 딱 적당한 크기의 빵판을 팔고 있습니다.

- https://ko.aliexpress.com/item/Breadboard-830-Point-Solderless-PCB-Bread-Board-MB-102-MB102-Test-Develop-DIY/32339925888.html

특히 좋은 것은 몇 개의 lead 선들과 전원 모듈을 같이 동봉되어 있네요.

바로 주문합니다. 무료배송인지는 항상 확인합니다.

3. MB102 Power Supply Module

주문한 빵판에는 MB102 Power Supply Module 이라는, 전원 공급장치가 있습니다.

Arduino 에 필요한 5V/3.3V 는 물론이거니와 USB를 통한 전원도 공급하는 모양입니다.

원래는 YwRobot 이라는 회사에서 정식으로 제조되는 물건인데,

중국분들이 클론을 제조해 팔고 있는 듯 합니다.

요렇코롬 생겼습니다.

빵판의 +/- 에 딱 다리가 맞게 되어 있습니다.

한쪽에 다리가 두개씩 되어 있습니다.

다음과 같이 끼우면 됩니다.

뒷면입니다.

워낙 구조가 간단하다 보니 그렇게 특별하지 않아 보입니다.

4. 구동

전원을 인가해 봅니다.

단, 어느정도의 voltage 를 넣어도 되는지 아무런 설명서가 동봉되어 있지 않습니다.

뭐 늘상 그러려니 하고 인터넷을 뒤져 봅니다.

뭔가 복잡한 회로도가 나왔습니다.

각 단자들의 연결과 부품들이 나와 있습니다.

이렇게 잘 나와 있으니 카피 뜨는건 정말 쉬울 듯 합니다.

좀더 찾아보니 input voltage 를 명시한 그림이 있네요.

그렇습니다. "6V ~ 12V" 를 DC로 입력하라고 그러네요.

적당한 DC adapter 를 골라서 꼽아 줍니다.

집에는 9V / 1A 어뎁터가 있어, 이것을 이용합니다.

5. 전압 확인

전원을 인가했을 때, 전압이 제대로 나오는지 확인해 봅니다.

우선, 점퍼를 3.3V 으로 옮겨 놓고, 빵판의 전원 라인에 3.3V 가 되는지 확인해 봅니다.

3.273V... 뭐 적정한것 같습니다.

이번에는 5V 에 점퍼를 옮겨 놓고 측정해 봅니다.

4.94V... 나쁘지 않은 것 같습니다.

빵판의 전원선에 연결하는 것 외에

보드상에서 바로 3.3V / 5V / GND 핀으로만 되어 있는 부분에 연결해 봅니다.

3.3V / GND 를 확인해 보면, 3.273V 가 나옵니다.

어찌보면 당연하네요. 동일한 레귤레이터를 거쳐서 3.3V / 5V 를 만들어 내므로, 전원 리드선에서 나오는 값과 같을 수밖에 없습니다.

아쉬우니 5V / GND 핀도 측정해 봅니다.

동일하게 4.94V 가 측정됩니다.

USB 를 통한 전원 공급도 문제 없는지 봅니다.

Arduino Micro 가 잘 동작하네요.

5V / GND 와 USB를 동시에 사용했을때도 검사해 봅니다.

특별히 로드를 걸지 않아서 적절한 확인인지는 모르겠지만, 문제 없이 잘 나옵니다.

특별히 문제 없고 괜찮은 듯 합니다.

OLED 같이 항상 그 자리에 놓고 전원을 인가하는 module 일 경우는, 3.3V / GND 에 항상 연결해 놓고 사용해도 편할 것 같습니다.

6. 주의사항

아래 URL 에서 자세한 주의사항 및 spec. 정보가 있었습니다.

- http://www.petervis.com/Raspberry_PI/Breadboard_Power_Supply/YwRobot_Breadboard_Power_Supply.html

이 사이트에서도 제품을 받고 사양을 믿고 바로 사용하지 말고, 꼭 디지털 미터기로 측정한 다음 사용해라고 나와 있습니다.

또한 어뎁터도 가능한 6.5V 근처의 것을 사용하라고 권장하고 있습니다.

이는, 어차피 5V / 3.3V 로 떨어트려 사용하므로, 레귤레이터에 무리가 없게 하려면, 낮으면 낮을 수록 좋을것 같습니다.

흠흠... 그렇군.

FIN

하나씩 알아가는 재미가 쏠쏠합니다.