Raspberry Pi Power & Cooling Mods: 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

To trochę zawstydzające, że mam dziesięć Raspberry Pis wykonujących różne prace w domu, ale to powiedziawszy, właśnie kupiłem inny, więc pomyślałem, że dobrym pomysłem byłoby udokumentowanie i udostępnienie moich standardowych modyfikacji Pi jako instrukcji.

Dodaję te mody do większości moich Pis - umożliwiają zasilanie dowolnego modelu Raspberry Pi z zapasowego zasilacza, który w przeciwnym razie po prostu utknąłby w szufladzie - możliwość korzystania z niechcianego zasilacza powinna zaoszczędzić kilka groszy a ten układ może również stanowić użyteczne źródło zasilania dla innych urządzeń, takich jak przekaźniki. Mod chłodzenia utrudnia korzystanie ze złączy wyświetlacza i kamery, ale może powstrzymać dławienie Pi podczas przetaktowania lub intensywnej pracy procesora. Dostęp do złącza GPIO nie jest zwykle utrudniony, ale musisz ostrożnie ustawić wentylator…

Podzieliłem Instructable na dwie części, aby ułatwić czytelność - część 1 obejmuje modyfikację zasilacza, część 2 dodanie wentylatora chłodzącego i radiatorów. Możliwą nowością części 2 jest zastosowanie wentylatora 12v dc zasilanego z wyjścia 5v dc regulatora napięcia. Zastosowanie wentylatora 12V w ten sposób ma zapewnić odrobiną chłodzenia przy zmniejszonym hałasie, co jest potrzebne, gdy RasPi jest używane (jako centrum multimedialne OSMC) w naszym salonie, ponieważ mój partner dobrze słyszy upuszczenie szpilki, praktycznie na każdą odległość, o której chcesz wspomnieć….

Proszę zauważyć, że starałem się rozbić szczegóły, aby pokryć jak najszersze grono czytelników, ale niezbędne są pewne podstawowe umiejętności elektroniczne, takie jak lutowanie, używanie multimetru itp. Przepraszam, jeśli poniższe czytanie jest zbyt proste lub zakłada zbyt wiele - oczywiście bardzo mile widziane są wszelkie konstruktywne uwagi!

Krok 1: Część 1: Mody zasilaczy: narzędzia i części

Części:

• (Raspberry Pi i obudowa) - przezroczysta obudowa ułatwia korzystanie z tych modów, ale nieprzezroczysta obudowa nie jest przeszkodą.
• Szuflada na śmieci Zasilacz AC na DC, minimalna moc wyjściowa 18 W, 9 V DC do 30 V DC.*
• LM2596 DC-DC Switching Regulowany regulator napięcia obniżającego napięcie Buck Converter (dostępny w serwisie eBay od wielu różnych sprzedawców)
• Gniazdo zasilania DC Gniazdo żeńskie do montażu na panelu 5,5 x 2,1 mm lub cokolwiek potrzebujesz, aby dopasować zasilacz powyżej. To jest jednak najczęstsze. (eBay, wielu sprzedawców)
• Poświęcony przewód micro USB typu B (skrzynka na śmieci) LUB
• 1-off micro USB typu B 5-pinowe męskie złącze lutowane typu jack (eBay, wielu sprzedawców)
• Dwa odcinki przewodu wielożyłowego o długości 150 mm (np.) miedziany przewód głośnikowy.
• Dwie izolowane podpórki (krótkie odcinki walizki na biro stanowią doskonałe podpórki, jeśli nie masz ich w swoim śmietniku)
• Dwa wkręty samogwintujące o średnicy 2,8 mm (pudełko na śmieci) - muszą być tylko tak długie, jak potrzeba, aby gwint przeszedł przez obudowę - użyłem wkrętów o długości 12 mm.
• Termokurczliwe koszulki termokurczliwe o średnicy 2,5 mm i termokurczliwe o średnicy wewnętrznej 1/4 cala (patrz krok 5) (eBay, wielu sprzedawców).

Narzędzia:

• Lutownica lutownicza i lut wielordzeniowy.
• Multimetr zdolny do pomiaru rezystancji i napięcia stałego.
• Opalarka (do termokurczu)
• Pistolet do klejenia na gorąco (nie jest potrzebny, jeśli używasz protektorowego przewodu USB)
• Drobny marker
• Wiertła i wiertła HSS 1,5 mm i 2,5 mm.
• Przecinak do drutu i ściągacz izolacji.

*Uwagi dotyczące wyboru zasilacza:

Ważnymi parametrami są napięcie wyjściowe i moc. Musisz zapewnić regulatorowi LM2596 około trzy wolty więcej na wejściu niż potrzebujesz na wyjściu, więc dla wyjścia 5 V potrzebnego do Pi, potrzebujesz około 8 V na wejściu. Dla pewności polecam trochę więcej, stąd minimum 9v powyżej. Maksymalne napięcie, jakie możesz zastosować, wynosi około 35V dla niektórych modeli tego regulatora, wyższe dla innych. Trzymałbym się maksymalnie 30v.

Zasilacz musi również być w stanie dostarczyć wystarczający prąd do Pi (patrz tutaj, aby zapoznać się z aktualnymi wymaganiami dla różnych modeli Pi). Łącze mówi, że potrzebujesz zasilacza, który może dostarczyć minimum 2,5 A dla Pi 3. Jednak LM2596 jest regulatorem przełączającym, więc potrzebujesz mniej prądu, o ile dostarczane napięcie jest proporcjonalnie wyższe.

Aby obliczyć, czego potrzebujesz, oblicz moc pobieraną przez Pi i uwzględnij straty konwersji w regulatorze (np. Pi 3 potrzebuje 5v @ 2,5A, więc jego zapotrzebowanie na moc to 5 x 2,5 = 12,5W. Pomnóż to przez 1,1, aby uwzględnić straty w regulatorze i otrzymasz 12,5 x 1,1 = 13,75W. Po osiągnięciu tej liczby nigdy nie jest dobrym pomysłem obciążanie zasilacza przy użyciu go w 100%, więc dodałbym co najmniej 30% marginesu, aby upewnić się, że nie będzie zbyt gorący i nie wygaśnie przedwcześnie.

Aby ułatwić wszystkim pracę, oto minimalne wymagania dotyczące prądu zasilania dla różnych napięć na podstawie powyższych obliczeń:

Pi 3: 9v/2A; 12v/1,5A; 15v/1,2A; 19v / 0,9A; 26v/0.7A; 30v / 0,6A

Pi B+ i 2B: 9v / 1,5A; 12v/1.1A; 15v / 0,9A; 19v / 0,7A; 26v/0,5A; 30v / 0,4A

Pi Zero i Zero W: 9v / 1.0A; 12v/0.7A; 15v/0.6A; 19v/0,5A; 26v / 0,3A; 30v/0.3A

(Ten ostatni jest dołączony dla kompletności)

Krok 2: Zaznaczanie sprawy

Ustaw regulator, jak pokazano. Pady wejściowe powinny znajdować się po tej samej stronie obudowy, co złącze zasilania Pi.

Jeśli montujesz również wentylator, ustaw go tak, jak pokazano. Pamiętaj, że w najlepszym razie będziesz mógł użyć tylko trzech z czterech otworów na śruby wentylatora, ponieważ wycięcia w obudowie często przeszkadzają. Należy również pamiętać, że ten mod wentylatora jest nieodpowiedni, jeśli musisz użyć złączy kamery lub wyświetlacza (chyba że używasz nowatorskiego prowadzenia okablowania).

Upewnij się, że otwór montażowy regulatora najbliżej krawędzi obudowy znajduje się powyżej szczeliny między dwoma stosami gniazd USB Pi (aby śruba montażowa nie była faulowana - patrz krok 4, aby uzyskać zdjęcie zamontowanego regulatora, gdzie możesz zobaczyć, gdzie śruba jest ustawiony).

Za pomocą drobnego, permanentnego markera zaznacz położenie dwóch otworów montażowych regulatora na obudowie oraz, w razie potrzeby, otworów montażowych wentylatora i otworu na przepływ powietrza wentylatora.

Krok 3: Wywierć obudowę

Weź górę obudowy i obróć ją do góry nogami na kawałku drewna, aby uzyskać wsparcie.

Użyj dokładnego wiertła (1,5 mm), aby wywiercić otwór pilotażowy w miejscu zaznaczonym w ostatnim kroku.

Użyj wiertła 2,5 mm, aby poszerzyć jeden z otworów i sprawdź, czy wybrany wkręt samogwintujący można wkręcić bez większego wysiłku. W razie potrzeby poszerz rozmiar otworu.

Gdy będziesz zadowolony z rozmiaru otworu, wywierć drugi odpowiedni.

Krok 4: Zamontuj regulator

Zamontuj regulator za pomocą kołków dystansowych i wkrętów samogwintujących, jak pokazano na zdjęciach. Zwróć uwagę na położenie śruby między dwoma stosami złączy USB.

Krok 5: Okablowanie

Przylutuj przewód urządzenia do gniazda zasilania prądu stałego i zaizoluj koszulką termokurczliwą, jak pokazano. Zakładając, że masz standardowy zasilacz, w którym napięcie dodatnie jest na wewnętrznym złączu, przylutuj czerwony przewód do krótkiej etykiety, a czarny przewód do długiej etykiety (przy założeniu, że długa etykieta jest podłączona do zewnętrznej części gniazda - użyj multimetru, aby to sprawdzić). Jeśli polaryzacja jest odwrócona, przylutuj czerwone i czarne przewody do przeciwległych znaczników.

Wciśnij drugi koniec przewodów pod płytkę regulatora i przylutuj do padów wejściowych regulatora, jak pokazano (ponownie, czerwony do +ve, czarny do -ve).

Jeśli masz protektorowy przewód micro USB, przytnij go, aby mieć około 180 mm kabla podłączonego do końcówki micro USB. Używając cienkiego kawałka przewodu i multimetru w trybie rezystancji, zidentyfikuj, który przewód jest podłączony do dodatniego i ujemnego styku złącza micro USB (patrz schemat powyżej). Czerwony i czarny to zwykłe kolory używane w przewodach USB dla połączeń +ve i -ve (czasami oznaczone odpowiednio „Vcc” i „Gnd”). Pozostałe przewody (zwykle biały i zielony) należy skrócić. Nałóż na nie kawałek rękawa termokurczliwego oraz zewnętrzną powłokę i obkurcz na miejscu.

Wsuń odcięty koniec pod regulator, odizoluj i ocynuj czerwone i czarne przewody i przylutuj je odpowiednio do padów wyjściowych +ve i -ve regulatora.

Jeśli jesteś odważny (jak wot I woz), stwórz własny przewód USB za pomocą gołego złącza. Przylutuj przewody do padów złącza USB, jak pokazano, przykryj złącza cienką warstwą gorącego kleju, a po ustawieniu nasuń koszulkę termokurczliwą 1/4 , jak pokazano.

Obkurcz rękaw opalarką, a klej zadziała jak odciążenie (mam nadzieję!).

Jak wyżej, wsuń drugie końce drutu pod regulator i przylutuj do padów wyjściowych.

Zawsze dobrze jest dokładnie sprawdzić biegunowość połączeń - użyj multimetru i cienkiego przewodu, aby sprawdzić, czy piny USB są prawidłowo podłączone do regulatora.

Krok 6: ustawienie napięcia

Przed podłączeniem wyjścia regulatora do Pi należy ustawić napięcie wyjściowe.

Podłącz zasilacz do gniazda wejściowego dc regulatora i włącz go. Na regulatorze jest niebieska dioda LED, która powinna się natychmiast zapalić. Jeśli nie i/lub poczujesz zapach dymu, odłącz się i (jeśli jesteś mną) zwiedź głowę ze wstydu. Może ujdzie ci to na sucho, ale jeśli pojawiło się trochę dymu, nie wróży to dobrze. Dokładnie sprawdź okablowanie, popraw i spróbuj ponownie. Mam nadzieję, że dioda LED się zapaliła…

Za pomocą małego śrubokręta wyreguluj potencjometr na regulatorze (niebieskie pudełko z mosiężną śrubą na górze), aż multimetr wskaże odrobinę poniżej 5,1V. Przeciwnie do ruchu wskazówek zegara zmniejsza napięcie i często potrzeba więcej obrotów, niż się spodziewasz, aby napięcie się zmieniło - nie rozpaczaj, jeśli potrzeba kilku obrotów, aby zobaczyć efekt.

Wyłączyć zasilanie i podłączyć wyjście regulatora do Pi. Jesteś gotowy do działania!

Krok 7: Część 2 - Dodawanie wentylatora chłodzącego i radiatorów - Narzędzia i części

Części:

• Wentylator z łożyskiem ślizgowym 12 V DC 0,12 A 50 mm x 50 mm x 10 mm (eBay, wielu sprzedawców)
• 3 wkręty samogwintujące o średnicy zewnętrznej 15 mm i średnicy zewnętrznej 2,8 mm (pudełko na śmieci)
• Dwuczęściowe samoprzylepne radiatory z litej miedzi dla Raspberry Pi (eBay, wielu sprzedawców)

Narzędzia:

• Wyrzynarka lub narzędzie elektryczne typu Dremel z nożem wiertniczym
• Wiertła i wiertła 1,5 mm i 2,5 mm
• Lutownica i lutownica
• Przecinaki do drutu i ściągacz izolacji.
• Pistolet do klejenia na gorąco (do utrzymywania radiatorów na miejscu)

Krok 8: Wycinanie otworów na wentylator

Korzystając z oznaczeń na obudowie wykonanej w punkcie 2, wywierć trzy otwory montażowe w taki sam sposób jak dla regulatora (tj. wywierć otwory pilotujące wiertłem 1,5 mm i poszerz jeden z otworów wiertłem 2,5 mm. Sprawdź dopasowanie wkrętów samogwintujących i jeśli wszystko jest w porządku, wywierć pozostałe dwa otwory. W przeciwnym razie w razie potrzeby poszerz otwory.

Za pomocą wyrzynarki lub narzędzia Dremel wytnij plastikowy otwór, aby umożliwić przepływ powietrza z wentylatora. W razie potrzeby wyczyść krawędzie pilnikiem (jeśli moje doświadczenie jest przydatne, użycie elektronarzędzia nieuchronnie tworzy stopiony plastik, który jest trudny do czyszczenia - stąd moja preferencja dla wyrzynarki).

Przyłóż wentylator do otworów montażowych i ostrożnie wkręć samogwintujące. Wentylator należy montować etykietą do dołu, tak aby strumień powietrza był skierowany do Pi. Zorientowałbym go również tak, aby okablowanie nie przylegało bezpośrednio do regulatora, więc masz trochę luźnego przewodu do zabawy.

Obróć wentylator ręcznie, aby sprawdzić, czy nic się nie zaczepia.

Krok 9: Okablowanie wentylatora

Z mojego doświadczenia wynika, że wszystkie poza jednym wentylatorem tego typu, który znajduje się na liście części, zaczął działać samodzielnie, gdy był zasilany z 5V DC. W tym przypadku odkryłem, że uruchomienie wentylatora z 12V DC przez około pięć minut poluzowało go i potem było dobrze na 5V. Jednak wentylatory różnych producentów mogą zachowywać się inaczej, więc może być konieczne ręczne uruchomienie wentylatora - powinno być wtedy OK i nadal działać. Jeśli tak nie jest, nadal masz możliwość podłączenia wentylatora do wejścia regulatora, o ile napięcie wynosi od 9 V do 12 V i możesz zaakceptować wzrost hałasu.

Odetnij złącze wentylatora, pozostawiając wystarczającą ilość przewodów, aby dotrzeć do regulatora. Żółty przewód można odciąć dalej, ponieważ nie jest używany w tego typu zastosowaniach. Użyj małego kawałka rękawa, jak pokazano, aby go zaizolować i nie przeszkadzać. Poprowadź przewody wentylatora pod regulatorem i przylutuj do jego padów wyjściowych (czerwony do dodatniego, czarny do ujemnego).

Krok 10: Dodawanie radiatorów

W Internecie jest sporo informacji o tym, gdzie (i kiedy) dodać radiatory do Raspberry Pis. Poniższe kroki są moim osobistym podejściem.

O ile wiem, rada Raspberry Pi Foundation brzmi, że tak naprawdę nie musisz dodawać radiatorów do żadnego modelu Pi, chyba że je podkręcasz. Odkryłem jednak, że Pi 3 robi się dość gorący podczas próby odtwarzania filmów H265, a jeśli nie jest schłodzony, może dławić się z powrotem w akcie samozachowawczy.

W tych okolicznościach, Broadcom SoC (duży chip na górnej powierzchni Pi) robi się najgorętszy, więc warto go pochłaniać. Idąc za radą, której w tej chwili nie mogę znaleźć źródła, podgrzałem również układ RAM na spodzie. Nie przejmuję się mniejszym chipem LAN, ponieważ nie wydaje się, aby był tak gorący.

A więc do biznesu - zdejmij pasek ochronny z radiatora i ostrożnie umieść go na chipie SoC. Używając pistoletu do klejenia na gorąco, ostrożnie dodaj kilka kropel kleju po obu stronach radiatora, jak pokazano. Używam dużo moich Pis na ich bokach, więc po pewnym czasie radiatory się zsuwają - klej pomaga temu zapobiec. Do tej pory klej nie zmiękł wystarczająco podczas użytkowania, aby stracił integralność (topi się w temperaturze około 120°C, więc nie powinien!)

Procedura montażu radiatora na chipie pamięci RAM jest taka sama, z wyjątkiem tego, że będziesz musiał wyciąć część kratki na spodzie obudowy, aby zapewnić wystarczającą ilość miejsca. Pamiętaj, że nie wystawi poza granicę sprawy.

Krok 11: Nie ma kroku 11

…i to jest to.

Mam nadzieję, że ten Instruktaż okaże się przydatny i / lub pouczający.

Jeśli zauważysz jakieś błędy itp., daj mi znać, a chętnie dokonam odpowiednich zmian.