Režimy napájania a chladenia Raspberry Pi: 11 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Je trochu trápne priznať si, že desať Raspberry Pis robí rôzne práce okolo domu, ale to znamená, že som si kúpil ďalší, a tak som si povedal, že by bolo dobré zdokumentovať a zdieľať moje štandardné úpravy Pi ako inštruktážne.

Tieto režimy pridávam do väčšiny svojich Pis - umožňujú napájanie akéhokoľvek modelu Raspberry Pi z náhradného napájacieho zdroja, ktorý by inak len uviazol v zásuvke - možnosť používať inak neželaný napájací zdroj by vám mala ušetriť pár drobných a toto usporiadanie môže tiež poskytovať užitočný zdroj energie pre iné zariadenia, ako sú relé. Chladiaci režim sťažuje používanie konektorov displeja a kamery, ale môže zastaviť obmedzenie otáčania Pi pri pretaktovaní alebo pri práci náročnej na procesor. Prístup ku konektoru GPIO nie je bežne obmedzovaný, ale musíte ventilátor umiestniť opatrne …

Na uľahčenie čítania som Instructable rozdelil na dve časti - časť 1 sa zaoberá úpravou napájania, časť 2 pridaním chladiaceho ventilátora a chladičov. Možnou novinkou časti 2 je použitie 12 V DC ventilátora napájaného z výstupu 5 V DC regulátora napätia. Použitie 12 V ventilátora týmto spôsobom má zaistiť mierny výkon chladenia so zníženým hlukom, čo je funkcia, ktorá je potrebná pri použití RasPi (ako mediálneho centra OSMC) v našej obývačke, pretože môj partner môže dobre počuť spadnutie kolíka, prakticky na akúkoľvek vzdialenosť, ktorú by ste chceli spomenúť …

Upozorňujeme, že som sa pokúsil priblížiť detaily tak širokému okruhu čitateľov, ako je to možné, ale sú potrebné niektoré základné znalosti elektroniky, ako napríklad spájkovanie, používanie multimetra atď. Ospravedlňujem sa preto, ak sa nasledujúci text číta príliš jednoducho alebo príliš veľa. - všetky konštruktívne pripomienky sú samozrejme veľmi vítané!

Krok 1: Časť 1 Režimy napájania: Nástroje a diely

Diely:

• (Raspberry Pi a puzdro) - priehľadné puzdro uľahčuje tieto režimy, ale nepriehľadné puzdro nie je prekážkou.
• Nevyžiadaná zásuvka striedavý prúd na jednosmerný prúd, minimálny výstupný výkon 18 W, 9 V DC až 30 V DC.*
• LM2596 Prepínanie DC-DC nastaviteľného regulátora krokového napätia (k dispozícii na eBay od viacerých rôznych predajcov)
• Zásuvka napájacieho zdroja DC Zásuvka Zásuvka na panel 5,5 x 2,1 mm alebo čokoľvek, čo potrebujete, aby zodpovedalo vyššie uvedenému zdroju napájania. Toto je však najbežnejšie. (eBay, viac predajcov)
• Obetný kábel micro USB typu B (nevyžiadaná pošta) ALEBO
• 1-kolíkový 5-kolíkový konektor spájkovacej zásuvky micro USB typu B (eBay, viacerí predajcovia)
• Dva 150 mm dlhé viacžilové lanko zariadenia (napr.) Medený reproduktor.
• Dva izolované stojany (krátke dĺžky dvojitého puzdra sú vynikajúcimi vzperami, ak žiadne nemáte v škatuľke)
• Dve samorezné skrutky s priemerom 2,8 mm (nevyžiadaná schránka) - tieto musia byť iba také dlhé, ako je potrebné, aby závit prešiel skrinkou - použil som skrutky dlhé 12 mm.
• 2,5 mm ID chladič a 1/4 "ID chladič podľa potreby (pozri krok 5) (eBay, viac predajcov).

Náradie:

• Spájkovačka a viacjadrová spájka.
• Multimetr schopný merať odpor a jednosmerné napätie.
• Tepelná pištoľ (na zmršťovanie za tepla)
• Horúca lepiaca pištoľ (nie je potrebná, ak používate obetný kábel USB)
• Jemné značkovacie pero
• Vrtáky a vŕtačky HSS 1,5 mm a 2,5 mm.
• Strihač drôtov a striptérka.

*Poznámky k výberu napájacieho zdroja:

Dôležitými parametrami sú výstupné napätie a výkon. Regulátoru LM2596 musíte na jeho vstupe poskytnúť približne o tri volty viac, ako potrebujete na výstupe, takže na výstup 5 V potrebný pre Pi potrebujete vstup asi 8 V. Pre istotu by som odporučil trochu viac, preto vyššie uvedené minimum 9 V. Maximálne napätie, ktoré môžete použiť, je pre niektoré modely tohto regulátora okolo 35 V, pre iné vyššie. Držal by som sa max 30V.

Napájací zdroj musí byť tiež schopný poskytnúť dostatok prúdu pre Pi (aktuálne informácie o rôznych modeloch Pi nájdete tu). Odkaz hovorí, že potrebujete napájací zdroj schopný dodať minimálne 2,5 A pre Pi 3. LM2596 je však spínací regulátor, takže ak je napätie, ktoré poskytujete, proporcionálne vyššie, potrebujete menší prúd.

Aby ste zistili, čo potrebujete, vypočítajte výkon odoberaný Pi a vezmite do úvahy straty z konverzie v regulátore (napr.) Pi 3 potrebuje 5v @ 2,5A, takže jeho výkon je 5 x 2,5 = 12,5W. Vynásobte to 1,1, aby ste zohľadnili straty v regulátore, a získate 12,5 x 1,1 = 13,75 W. Keď dospejeme k tomuto číslu, nikdy nie je dobré zdôrazňovať zdroj napájania tým, že ho budete používať na 100%, preto by som pridal aspoň 30% rezervu, aby som sa ubezpečil, že sa príliš nezahreje a predčasne nevyprší.

Aby sme to všetkým uľahčili, tu sú požiadavky na minimálny prúd napájania pre rôzne napätia založené na vyššie uvedených výpočtoch:

Pi 3: 9v / 2A; 12v / 1,5A; 15v / 1,2A; 19v / 0,9A; 26v / 0,7A; 30v / 0,6A

Pi B+ & 2B: 9v / 1,5A; 12v / 1,1A; 15v / 0,9A; 19v / 0,7A; 26v / 0,5A; 30v / 0,4A

Pi Zero & Zero W: 9v / 1,0A; 12v / 0,7A; 15v / 0,6A; 19v / 0,5A; 26v / 0,3A; 30v / 0,3A

(Ten posledný je zahrnutý pre úplnosť)

Krok 2: Vyznačenie prípadu

Umiestnite regulátor podľa obrázku. Vstupné podložky by mali byť na tej istej strane puzdra ako napájací konektor Pi.

Ak montujete aj ventilátor, umiestnite ho podľa obrázku. Všimnite si toho, že v najlepšom prípade budete môcť použiť iba tri zo štyroch otvorov pre skrutky ventilátora, pretože často stoja v ceste výrezy v puzdre. Upozorňujeme, že tento režim ventilátora nie je vhodný, ak potrebujete použiť konektory pre kameru alebo displej (pokiaľ nepoužívate nové vedenie káblov).

Zaistite, aby bol montážny otvor regulátora najbližšie k okraju puzdra umiestnený nad medzerou medzi dvoma stohmi zásuviek USB Pi (aby montážna skrutka neznečisťovala - fotografiu namontovaného regulátora nájdete v kroku 4, kde môžete vidieť, kde je skrutka je umiestnený).

Jemnou trvalou značkou označte polohu dvoch montážnych otvorov regulátora na skrini a ak je to potrebné, montážnych otvorov ventilátora a otvoru na prúdenie vzduchu ventilátora.

Krok 3: Vyvŕtajte puzdro

Vezmite hornú časť puzdra a otočte ho hore dnom na kus dreva na podporu.

Jemným (1,5 mm) vrtákom vyvŕtajte pilotný otvor tam, kde je to vyznačené v poslednom kroku.

2,5 mm vŕtačkou rozšírte jeden z otvorov a skontrolujte, či je možné vybranú samoreznú skrutku zaskrutkovať bez prílišného úsilia. V prípade potreby zväčšite veľkosť otvoru.

Akonáhle ste s veľkosťou otvoru spokojní, vyvŕtajte druhý, ktorý vám vyhovuje.

Krok 4: Namontujte regulátor

Namontujte regulátor pomocou stojanov a samorezných skrutiek, ako je znázornené na fotografiách. Všimnite si polohu skrutky medzi dvoma zväzkami konektorov USB.

Krok 5: Zapojenie

Zapájajte kábel zariadenia do zásuvky napájania jednosmerným prúdom a zaizolujte ho chladiacou rúrkou podľa obrázku. Za predpokladu, že máte štandardný napájací zdroj, kde je kladné napätie na vnútornom konektore, spájkujte červený vodič na krátky štítok a čierny vodič na dlhý štítok (to predpokladá, že dlhý štítok je pripojený k vonkajšej časti zásuvky - Na kontrolu však použite multimeter). Ak je polarita opačná, spájkujte červený a čierny vodič k opačným značkám.

Zatlačte druhý koniec drôtov pod dosku regulátora a spájkujte so vstupnými podložkami regulátora podľa obrázku (opäť červené až +ve, čierne až po).

Ak máte obetavý kábel micro USB, odstrihnite ho, aby ste ku koncu micro USB pripojili približne 180 mm kábla. Pomocou jemného drôtu a multimetra v odporovom režime identifikujte, ktorý vodič je pripojený k kladným a záporným kontaktom konektora micro USB (diagram nájdete vyššie). Červená a čierna sú obvyklé farby používané v kábloch USB na kladné a záporné pripojenia (niekedy označené „Vcc“a „Gnd“). Ostatné vodiče (zvyčajne biele a zelené) prestrihajte. Prevlečte cez ne kus teplom zmrštiteľného obalu a vonkajší plášť a stiahnite ich na miesto.

Zatlačte odstrihnutý koniec pod regulátor, odizolujte a pocínujte červený a čierny vodič a spájkujte ich s výstupnými podložkami regulátora +ve & -ve.

Ak máte odvahu (napríklad čo ja), vytvorte si vlastný kábel USB pomocou holého konektora. Spájkujte vodiče k podložkám konektora USB, ako je znázornené na obrázku, spoje prekryte tenkou vrstvou horúceho lepidla a po nastavení prevlečte 1/4 teplom zmrštiteľnú objímku, ako je znázornené na obrázku.

Zúžte rukáv tepelnou pištoľou a lepidlo bude pôsobiť ako odľahčenie napätia (dúfajme!).

Ako je uvedené vyššie, zasuňte ostatné konce drôtu pod regulátor a spájku k výstupným podložkám.

Vždy je vhodné dvakrát skontrolovať polaritu pripojení - pomocou multimetra a tenkého drôtu overte, či sú kolíky USB správne zapojené do regulátora.

Krok 6: Nastavenie napätia

Pred zapojením výstupu regulátora do Pi je potrebné nastaviť výstupné napätie.

Pripojte napájací zdroj do vstupnej zásuvky DC regulátora a zapnite ho. Na regulátore je modrá LED dióda, ktorá by sa mala okamžite rozsvietiť. Ak to tak nie je a/alebo je cítiť závan dymu, odpojte sa a (ak ste to ja) od hanby zveste hlavu. Môžete sa z toho dostať, ale ak je tam nejaký dym, neveští to to dobré. Starostlivo skontrolujte zapojenie, opravte ho a skúste to znova. Našťastie sa LED rozsvietila, aj keď …

Malým skrutkovačom nastavte potenciometer na regulátore (modrý box s mosadznou skrutkou na vrchu), kým multimetr nebude čítať trochu pod 5,1 V. Proti smeru hodinových ručičiek znižuje napätie a často to trvá viac otáčok, ako by ste očakávali, aby sa napätie zmenilo - nezúfajte, ak to bude trvať niekoľko otáčok, kým sa prejaví efekt.

Vypnite napájanie a zapojte výstup regulátora na Pi. Ste pripravení konať!

Krok 7: Časť 2 - Pridanie chladiaceho ventilátora a chladičov - nástroje a diely

Diely:

• 12V DC 0,12A 50 mm x 50 mm x 10 mm ventilátor s valcovými ložiskami (eBay, viacerí predajcovia)
• 3-off 15 mm 2,8 mm OD samorezné skrutky (nevyžiadaná pošta)
• 2-off pevné medené samolepiace chladiče pre Raspberry Pi (eBay, viacerí predajcovia)

Náradie:

• Fretova píla alebo elektrický nástroj typu Dremel s frézou na otrepy
• Vrtáky 1,5 mm a 2,5 mm a vŕtačka
• Spájkovačka a spájkovačka
• Strihače drôtov a striptérka.
• Horúca lepiaca pištoľ (na udržanie chladičov na mieste)

Krok 8: Vyrezanie otvorov pre ventilátor

Pomocou značiek na puzdre vyrobenom v kroku 2 vyvŕtajte tri montážne otvory rovnakým spôsobom ako pre regulátor (tj.) Vyvŕtajte pilotné otvory vrtákom 1,5 mm a jeden z otvorov rozšírte 2,5 mm vrtákom. Vyskúšajte dotiahnutie samorezných skrutiek a ak je všetko v poriadku, vyvŕtajte ďalšie dva otvory. V opačnom prípade otvory podľa potreby rozšírte.

Pomocou pražcovej píly alebo alternatívy Dremel odrežte plastový otvor, aby mohol ventilátor prúdiť vzduch. Ak je to potrebné, vyčistite okraje pilníkom (ak mám skúsenosti, použitie elektrického náradia nevyhnutne vytvára roztavený plast, ktorý je bolestivé čistiť - preto dávam prednosť pražcovej píle).

Ponorte ventilátor do montážnych otvorov a opatrne zaskrutkujte závitníky. Ventilátor by mal byť namontovaný štítkom nadol, aby prúdenie vzduchu smerovalo do Pi. Tiež by som to orientoval tak, aby káble neboli bezprostredne priľahlé k regulátoru, takže máte nejaký uvoľnený drôt na hranie.

Ručne roztočte ventilátor a skontrolujte, či sa nič nechytí.

Krok 9: Zapojenie ventilátora

Mám skúsenosť, že až na jedného fanúšika typu v zozname náhradných dielov sa spustil samostatne pri napájaní 5 V ss. V takom prípade som zistil, že spustenie ventilátora z 12 V DC na približne päť minút ho uvoľnilo a potom bolo v poriadku na 5 V. Rôzni fanúšikovia výrobcu sa však môžu správať odlišne, takže budete musieť ventilátor pravdepodobne spustiť ručne - potom by to malo byť v poriadku a pokračovať v prevádzke. Ak to tak nie je, stále máte možnosť zapojiť ventilátor na vstup regulátora, pokiaľ je toto napätie 9v až 12v a môžete akceptovať zvýšenie hluku.

Odrežte konektor ventilátora a ponechajte dostatok káblov, aby ste sa dostali k regulátoru. Žltý drôt môžete odstrihnúť viac dozadu, pretože sa pri tomto type aplikácií nepoužíva. Na izoláciu použite malý kúsok objímky, ako je znázornené na obrázku, a zabráňte jej v prístupe. Veďte zapojenie ventilátora pod regulátorom a spájku k jeho výstupným podložkám (červená na pozitívnu, čierna na negatívnu).

Krok 10: Pridanie chladičov

Na internete je veľa informácií o tom, kam (a kedy) pridať chladiče do Raspberry Pis. Nasledujúce kroky sú mojím osobným krokom.

Pokiaľ môžem zhromaždiť, rada prostredníctvom nadácie Raspberry Pi Foundation hovorí, že v skutočnosti nemusíte do žiadneho modelu Pi pridávať chladiče, pokiaľ ich nepretaktujete. Zistil som však, že Pi 3 sa pri pokuse o prehrávanie videí H265 dosť zahrieva a ak nie je vychladnutý, môže pri sebazáchove ubrať.

Za týchto okolností je Broadcom SoC (veľký čip na hornom povrchu Pi) najhorúcejší, takže stojí za to ho chladiť. Podľa niekoľkých rád, z ktorých momentálne nemôžem nájsť zdroj, tiež chladím čip RAM na spodnej strane. S menším čipom LAN sa neobťažujem, pretože sa nezdá, že by bol taký horúci.

Takže do práce - odlepte krycí pásik z chladiča a opatrne ho umiestnite na čip SoC. Pomocou horúcej lepiacej pištole opatrne pridajte pár kvapiek lepidla na obidve strany chladiča, ako je znázornené na obrázku. Používam veľa svojich Pisov na ich stranách, takže po určitom čase chladiče skĺznu - lepidlo tomu pomáha predchádzať. K dnešnému dňu lepidlo pri použití dostatočne nezmäklo, aby stratilo integritu (topí sa pri teplote približne 120 ° C, takže by nemalo!)

Postup montáže chladiča na čip RAM je rovnaký, ibaže budete musieť odrezať časť grilu v spodnej časti puzdra, aby bol dostatok miesta. Všimnite si toho, že sa nevystrčí za hranicu puzdra.

Krok 11: Neexistuje žiadny krok 11

… a to je všetko.

Dúfam, že sa tento návod stane užitočným a/alebo informatívnym.

Ak nájdete nejaké chyby atď., Dajte mi prosím vedieť a ja ich podľa toho upravím.