Raspberry piのgpio出力をUSB5Vとして出力する方法

ラズパイのGPIOを使うとき、実はいろいろな制限があります。
ピンの出力電圧は3,3V、流せる電流はピンごとでは8mA、トータルで50mA程度が最大だそうです。

例えばこんなパトランプを制御しようとすると…




ダメですね。0.14Aも流れているのでまったく動かせません。というよりそもそもUSB出力なので５V仕様です。

USB出力を動かすやり方は２つあります。

①ラズパイのUSB出力を制御する。
②トランジスタを使って増幅させる。

①はラズパイのUSB出力をシェルスクリプトでON、OFFさせる方法です。

USB OFF のスクリプト
sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 0

USB ON　のスクリプト
sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 1

ラズパイ３B＋でしか試していませんが、USB出力すべてが動作してしまうため、あまり使い勝手がよくありません。USBのWEBカメラなども接続している場合は停止してしまいます。

続いて②です。arduinoのように５VでGPIO出力できなくてもピンとしては５Ｖ電源は取れるので

下記のように接続し、GPIOの信号で負荷に５V印加できるようにします。
※８/10図を修正しました。指摘の多かった電流制限抵抗とフライホイールダイオードを入れています。

ＵＳＢのメス側とトランジスタ（２C１８１５）が必要です。

パトランプは負荷のところへ挟み込み、片方はラズパイの５V出力につなぎます。3.3VのGPIO出力はベースとしてトランジスタへ接続します。コレクタに流せる最大電流は150mAなので問題ありません。

あとはGPIOを制御するプログラムを作るだけです。このやり方はラズパイだけではなく、ESP32
あたりのモジュールでも使うのですが、今回「あれ？どうやってやるんだっけ？」ってなったので備忘でまとめました。直流モーターを制御するときに必要です。

…こんなめんどくさいことしなくていいようにラズパイに５Vの入出力端子デフォルトで作ってほしいですけどね。