Mod di alimentazione e raffreddamento Raspberry Pi: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

È un po' imbarazzante ammettere di avere dieci Raspberry Pi che fanno vari lavori in casa, ma detto questo, ne ho appena comprato un altro, quindi ho pensato che sarebbe stata una buona idea documentare e condividere le mie modifiche Pi standard come Instructable.

Aggiungo queste mod alla maggior parte dei miei Pi - consentono a qualsiasi modello di Raspberry Pi di essere alimentato da un alimentatore di riserva che altrimenti rimarrebbe bloccato in un cassetto - essere in grado di utilizzare un alimentatore altrimenti indesiderato dovrebbe farti risparmiare qualche centesimo e questa disposizione può anche fornire un'utile fonte di alimentazione per altri dispositivi come relè. La modalità di raffreddamento rende più difficile l'uso del display e dei connettori della fotocamera, ma può impedire al Pi di rallentare quando si esegue l'overclocking o si esegue un lavoro intensivo del processore. L'accesso al connettore GPIO non è normalmente impedito ma devi posizionare la ventola con attenzione…

Ho diviso Instructable in due parti per facilitare la leggibilità: la parte 1 riguarda la modifica dell'alimentatore, la parte 2 l'aggiunta di una ventola di raffreddamento e dissipatori di calore. La possibile novità della parte 2 è l'utilizzo di una ventola a 12v dc alimentata dall'uscita a 5v dc del regolatore di tensione. L'uso di una ventola da 12 V in questo modo serve a fornire un minimo di raffreddamento con rumore ridotto, una caratteristica necessaria quando si utilizza il RasPi (come un media center OSMC) nel nostro soggiorno poiché il mio compagno può sentire una caduta di spillo da bene, praticamente qualsiasi distanza tu voglia menzionare….

Si prega di notare che ho cercato di presentare i dettagli per coprire il più ampio numero di lettori possibile, ma sono necessarie alcune abilità elettroniche di base, come la saldatura, l'uso di un multimetro, ecc. Mi scuso quindi se quanto segue è troppo semplice o presuppone troppo - qualsiasi commento costruttivo è ovviamente molto gradito!

Passaggio 1: Moduli di alimentazione della parte 1: strumenti e parti

Parti:

• (Un Raspberry Pi e una custodia): una custodia trasparente rende queste mod più facili, ma una custodia opaca non è uno spettacolo.
• Un alimentatore da CA a CC, potenza di uscita minima 18 W, da 9 V CC a 30 V CC.*
• LM2596 Convertitore buck regolatore di tensione step-down regolabile a commutazione DC-DC (disponibile su eBay da più venditori diversi)
• Presa jack per alimentazione CC Connettore femmina per montaggio a pannello 5,5 x 2,1 mm o qualsiasi altra cosa necessaria per adattarsi all'alimentatore sopra. Questo è il più comune però. (eBay, più venditori)
• Un cavo sacrificale micro USB di tipo B (junk box) OPPURE
• Connettore presa jack maschio a saldare 1-off micro USB tipo B a 5 pin (eBay, più venditori)
• Due lunghezze di 150 mm di cavo per apparecchiature a più fili (ad es. cavo per altoparlanti in rame).
• Due distanziatori isolati (le brevi lunghezze della custodia della biro sono ottimi distanziatori se non ne hai nella tua spazzatura)
• Due viti autofilettanti da 2,8 mm di diametro (cestino della spazzatura) - queste devono essere lunghe solo quanto è necessario affinché il filo passi attraverso la custodia - Ho usato viti lunghe 12 mm.
• Termoretraibile ID da 2,5 mm e termoretraibile ID da 1/4" per adattarsi (vedi passaggio 5) (eBay, più venditori).

Utensili:

• Saldatore e saldatura multicore.
• Multimetro in grado di misurare la resistenza e la tensione continua.
• Pistola termica (per termoretraibile)
• Pistola per colla a caldo (non necessaria se si utilizza un cavo USB sacrificale)
• Pennarello fine
• Punte e trapano HSS da 1,5 mm e 2,5 mm.
• Tagliafili e spelafili.

*Note sulla scelta dell'alimentatore:

I parametri importanti sono la tensione di uscita e la potenza. È necessario fornire al regolatore LM2596 circa tre volt in più sul suo ingresso di quelli necessari sull'uscita, quindi per l'uscita di 5 V necessaria al Pi, sono necessari circa 8 V sull'ingresso. Consiglierei un po' di più per essere sicuri, quindi il minimo di 9v sopra. La tensione massima che puoi utilizzare è di circa 35v per alcuni modelli di questo regolatore, superiore per altri. Mi limiterei a 30v max.

L'alimentatore deve anche essere in grado di fornire abbastanza corrente al Pi (vedi qui per i requisiti attuali per i diversi modelli di Pi). Il collegamento dice che è necessario un alimentatore in grado di fornire un minimo di 2,5 A per un Pi 3. Tuttavia, l'LM2596 è un regolatore a commutazione, quindi è necessaria meno corrente di questa purché la tensione fornita sia proporzionalmente più alta.

Per capire cosa ti serve, calcola la potenza assorbita dal Pi e tieni conto delle perdite di conversione nel regolatore (es.) un Pi 3 ha bisogno di 5v @ 2,5 A, quindi il suo fabbisogno di potenza è 5 x 2,5 = 12,5 W. Moltiplica questo per 1,1 per tenere conto delle perdite nel regolatore e ottieni 12,5 x 1,1 = 13,75 W. Essendo arrivato a quella cifra, non è mai una buona idea stressare un alimentatore utilizzandolo al 100% della capacità, quindi aggiungerei almeno un margine del 30% per assicurarmi che non si surriscaldi e scada prematuramente.

Per rendere le cose più facili per tutti, ecco i requisiti minimi di corrente di alimentazione per diverse tensioni in base ai calcoli precedenti:

Pi 3: 9v / 2A; 12v / 1,5A; 15v/1,2A; 19v/0.9A; 26v/0.7A; 30v/0.6A

Pi B+ e 2B: 9v / 1.5A; 12v/1,1A; 15v/0.9A; 19v/0.7A; 26v/0,5A; 30v/0.4A

Pi Zero e Zero W: 9v / 1.0A; 12v/0.7A; 15v/0.6A; 19v/0,5A; 26v/0.3A; 30v/0.3A

(Quest'ultimo è incluso per completezza)

Passaggio 2: contrassegnare il caso

Posizionare il regolatore come mostrato. I pad di input dovrebbero essere sullo stesso lato del case del connettore di alimentazione del Pi.

Se stai installando anche un ventilatore, posizionalo come mostrato. Nota che nella migliore delle ipotesi sarai in grado di utilizzare solo tre dei quattro fori per le viti della ventola poiché i ritagli della custodia sono spesso d'intralcio. Si noti inoltre che questa mod ventola non è adatta se è necessario utilizzare i connettori della fotocamera o del display (a meno che non si utilizzi un nuovo percorso di cablaggio).

Assicurati che il foro di montaggio del regolatore più vicino al bordo del case sia posizionato sopra lo spazio tra le due pile di prese USB del Pi (in modo che la vite di montaggio non si sporchi - vedi il passaggio 4 per una foto del regolatore montato dove puoi vedere dove la vite è posizionato).

Utilizzare un pennarello indelebile fine per contrassegnare la posizione dei due fori di montaggio del regolatore sul case e, se lo si desidera, i fori di montaggio della ventola e un foro per il flusso d'aria della ventola.

Passaggio 3: forare la custodia

Prendi la parte superiore della custodia e capovolgila su un pezzo di legno come supporto.

Utilizzare un trapano fine (1,5 mm) per praticare un foro pilota dove segnato nell'ultimo passaggio.

Utilizzare un trapano da 2,5 mm per allargare uno dei fori e verificare che la vite autofilettante selezionata possa essere avvitata senza troppi sforzi. Se necessario, allargare la dimensione del foro.

Una volta che sei soddisfatto della dimensione del foro, fora l'altro per adattarlo.

Passaggio 4: montare il regolatore

Montare il regolatore utilizzando i distanziatori e le viti autofilettanti come mostrato nelle fotografie. Prendere nota della posizione della vite tra i due stack di connettori USB.

Passaggio 5: cablaggio

Saldare il cavo dell'apparecchiatura alla presa di alimentazione CC e isolare con il manicotto termoretraibile come mostrato. Supponendo che tu abbia un alimentatore standard in cui la tensione positiva si trova sul connettore interno, salda il filo rosso al tag corto e il filo nero al tag lungo (questo presuppone che il tag lungo sia collegato all'esterno della presa - usa un multimetro per controllare però). Se la polarità è invertita, saldare i fili rosso e nero ai tag opposti.

Spingere l'altra estremità dei fili sotto la scheda del regolatore e saldare ai pad di ingresso del regolatore come mostrato (di nuovo, rosso su +ve, nero su -ve).

Se hai un cavo micro USB sacrificale, taglialo in modo da avere circa 180 mm di cavo collegato all'estremità micro USB. Usando un filo sottile e il multimetro in modalità resistenza, identifica quale filo è collegato ai contatti positivo e negativo del connettore micro USB (vedi sopra per uno schema). Rosso e nero sono i soliti colori utilizzati nei cavi USB per le connessioni +ve e -ve (a volte contrassegnati rispettivamente con 'Vcc' e 'Gnd'). Tagliare gli altri fili (di solito bianco e verde) corti. Infilare un pezzo di guaina termoretraibile su di loro e sulla guaina esterna e restringere in posizione.

Spingere l'estremità tagliata sotto il regolatore, spellare e stagnare i fili rosso e nero e saldarli rispettivamente ai pad di uscita +ve e -ve del regolatore.

Se sei coraggioso (come wot I woz), crea il tuo cavo USB usando un connettore nudo. Saldare i fili ai pad del connettore USB come mostrato, coprire le giunture con un sottile strato di colla a caldo e, una volta impostato, far scivolare il manicotto termoretraibile da 1/4 come mostrato.

Riduci la guaina con la pistola termica e la colla fungerà da serracavo (si spera!).

Come sopra, infilare le altre estremità del filo sotto il regolatore e saldare ai pad di uscita.

È sempre una buona idea ricontrollare la polarità delle connessioni: utilizzare il multimetro e un filo sottile per verificare che i pin USB siano collegati correttamente al regolatore.

Passaggio 6: impostazione della tensione

Prima di collegare l'uscita del regolatore al Pi, è necessario impostare la tensione di uscita.

Collegare l'alimentatore alla presa di ingresso dc del regolatore e accenderlo. C'è un LED blu sul regolatore che dovrebbe accendersi immediatamente. Se non lo fa e/o c'è una zaffata di fumo, disconnettiti e (se sei me) abbassa la testa per la vergogna. Potresti farla franca, ma se c'è stato del fumo non è di buon auspicio. Controllare attentamente il cablaggio, correggere e riprovare. Speriamo che il LED si sia acceso però…

Usando un piccolo cacciavite, regola il potenziometro sul regolatore (la scatola blu con una vite di ottone in alto) finché il multimetro non legge un po' sotto 5.1v. In senso antiorario riduce la tensione e spesso ci vogliono più giri del previsto per cambiare la tensione - non disperare se ci vogliono alcuni giri per vedere un effetto.

Spegnere l'alimentazione e collegare l'uscita del regolatore al Pi. Sei pronto per l'azione!

Passaggio 7: Parte 2 - Aggiunta di una ventola di raffreddamento e dissipatori di calore - Strumenti e parti

Parti:

• Ventola con cuscinetto a manicotto 12 V CC 0,12 A 50 mm x 50 mm x 10 mm (eBay, più venditori)
• 3 viti autofilettanti con DE da 15 mm e 2,8 mm (junk box)
• Dissipatori di calore autoadesivi in rame massiccio da 2 pezzi per Raspberry Pi (eBay, più venditori)

Utensili:

• Sega da traforo o utensile elettrico tipo Dremel con fresa a bava
• Punte e trapano da 1,5 mm e 2,5 mm
• Saldatore e saldatore
• Tagliafili e spellafili.
• Pistola per colla a caldo (per tenere in posizione i dissipatori di calore)

Passaggio 8: tagliare i fori per la ventola

Utilizzando i segni sulla custodia realizzati al punto 2, praticare i tre fori di montaggio nello stesso modo del regolatore (cioè praticare i fori pilota con il trapano da 1,5 mm e allargare uno dei fori con il trapano da 2,5 mm. Testare l'adattamento delle viti autofilettanti e, se tutto va bene, praticare gli altri due fori. In caso contrario, allargare i fori se necessario.

Usando la sega da traforo o l'alternativa Dremel, tagliare il foro di plastica per consentire il flusso d'aria della ventola. Pulisci i bordi con una lima se necessario (se la mia esperienza è valida, l'uso di un utensile elettrico crea inevitabilmente plastica fusa che è un dolore da pulire - da qui la mia preferenza per una sega da traforo).

Offrire la ventola ai fori di montaggio e avvitare con cura gli autofilettanti. La ventola deve essere montata con l'etichetta rivolta verso il basso, in modo che il flusso d'aria sia diretto nel Pi. Lo orienterei anche in modo che il cablaggio non sia immediatamente adiacente al regolatore in modo da avere un filo allentato con cui giocare.

Gira la ventola manualmente per verificare che non ci sia nulla che si incastri.

Passaggio 9: cablaggio della ventola

La mia esperienza è che tutti i fan del tipo nell'elenco delle parti tranne uno si sono avviati da soli quando sono stati alimentati da 5v cc. In quel caso ho scoperto che far funzionare la ventola da 12v cc per circa cinque minuti l'ha allentata e da allora in poi andava bene su 5v. Tuttavia, ventole di produttori diversi potrebbero comportarsi in modo diverso, quindi potrebbe essere necessario avviare manualmente la ventola - dovrebbe quindi essere OK e continuare a funzionare. In caso contrario, hai comunque la possibilità di collegare la ventola all'ingresso del regolatore purché questa tensione sia compresa tra 9 V e 12 V e accetti l'aumento del rumore.

Tagliare il connettore della ventola lasciando cablaggio sufficiente per raggiungere il regolatore. Puoi tagliare il filo giallo più indietro poiché non viene utilizzato in questo tipo di applicazione. Usa un piccolo pezzo di guaina come mostrato per isolarlo e tenerlo lontano. Instradare il cablaggio della ventola sotto il regolatore e saldare ai suoi pad di uscita (rosso con positivo, nero con negativo).

Passaggio 10: aggiunta dei dissipatori di calore

Ci sono molte informazioni su Internet su dove (e quando) aggiungere dissipatori di calore a Raspberry Pis. I passaggi seguenti sono la mia opinione personale.

Per quanto posso raccogliere, il consiglio tramite la Raspberry Pi Foundation è che non è necessario aggiungere dissipatori di calore a nessun modello di Pi a meno che non li si overclocchi. Tuttavia, ho scoperto che il Pi 3 diventa piuttosto caldo quando si tenta di riprodurre video H265 e, se non viene raffreddato, può rallentare in un atto di autoconservazione.

In queste circostanze, il SoC Broadcom (il grande chip sulla superficie superiore del Pi) diventa il più caldo, quindi vale la pena dissipare il calore. Seguendo alcuni consigli di cui al momento non riesco a trovare la fonte, ho anche dissipato il chip RAM sul lato inferiore. Non mi preoccupo del chip LAN più piccolo in quanto non sembra diventare così caldo.

Quindi, per affari, stacca la striscia di copertura dal dissipatore di calore e posizionala con cura sopra il chip SoC. Usando la pistola per colla a caldo, aggiungi con attenzione un paio di gocce di colla su entrambi i lati del dissipatore di calore come mostrato. Uso molti dei miei Pis sui loro lati, quindi dopo un po' di tempo i dissipatori di calore scivolano via - la colla aiuta a prevenire questo. Ad oggi la colla non si è ammorbidita sufficientemente nell'uso per perdere integrità (si scioglie a circa 120°C, quindi non dovrebbe!)

La procedura per montare un dissipatore di calore sul chip RAM è la stessa, tranne per il fatto che dovrai tagliare parte della griglia nella parte inferiore del case per lasciare spazio sufficiente. Nota che non sporcherà oltre il confine del caso.

Passaggio 11: non esiste il passaggio 11

…e basta.

Spero che questo Instructable si riveli utile e/o informativo.

Se notate errori ecc. fatemelo sapere e sarò lieto di modificare di conseguenza.