Моды питания и охлаждения для Raspberry Pi: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Немного неловко признать, что десять Raspberry Pis выполняют различные работы по дому, но при этом я только что купил еще один, поэтому я подумал, что было бы неплохо задокументировать и поделиться своими стандартными модификациями Pi в качестве обучающего материала.

Я добавляю эти моды к большинству своих Pis - они позволяют питать любую модель Raspberry Pi от резервного источника питания, который в противном случае просто застрял бы в ящике - возможность использовать в противном случае нежелательный источник питания должна сэкономить вам несколько копеек и эта компоновка может также обеспечить полезный источник питания для других устройств, таких как реле. Режим охлаждения затрудняет использование разъемов дисплея и камеры, но может остановить дросселирование Pi при разгоне или интенсивной работе процессора. Доступ к разъему GPIO обычно не затруднен, но вы должны осторожно размещать вентилятор …

Я разделил Instructable на две части, чтобы облегчить чтение: часть 1 касается модификации блока питания, часть 2 - добавление охлаждающего вентилятора и радиаторов. Возможная новинка части 2 - это использование вентилятора на 12 В постоянного тока, питаемого от выхода 5 В постоянного тока регулятора напряжения. Использование вентилятора 12 В таким образом должно обеспечить небольшое охлаждение с пониженным уровнем шума, функция, которая необходима, когда RasPi используется (в качестве медиацентра OSMC) в нашей гостиной, поскольку мой партнер может слышать падение булавки из колодца., практически любое расстояние, о котором вы хотите упомянуть….

Обратите внимание, что я попытался представить детали, чтобы охватить как можно более широкий круг читателей, но необходимы некоторые базовые навыки в области электроники, такие как пайка, использование мультиметра и т.д. - конечно, приветствуются любые конструктивные комментарии!

Шаг 1: Часть 1 Модификации блока питания: инструменты и детали

Части:

• (Raspberry Pi и чехол) - прозрачный корпус упрощает эти моды, но непрозрачный корпус не является препятствием.
• Ящик для мусора, источник питания переменного тока в постоянный, минимальная выходная мощность 18 Вт, от 9 до 30 В постоянного тока. *
• Понижающий преобразователь импульсного регулируемого понижающего регулятора напряжения LM2596 DC-DC (доступен на eBay у нескольких разных продавцов)
• Гнездо для источника питания постоянного тока Гнездовой соединитель для монтажа на панель 5,5 x 2,1 мм или что-то еще, что вам нужно, чтобы установить источник питания, указанный выше. Однако это самый распространенный вариант. (eBay, несколько продавцов)
• Жертвенный кабель micro-USB типа B (мусорная коробка) ИЛИ
• 5-контактный разъем micro-USB типа B, штекерный разъем для пайки (eBay, несколько продавцов)
• Два многожильных провода длиной 150 мм (например, медный провод динамика).
• Две изолированные стойки (короткие кейсы biro отлично подойдут, если у вас их нет в ящике для мусора)
• Два самореза диаметром 2,8 мм (мусорный ящик) - их длина должна быть ровно столько, сколько необходимо для прохождения резьбы через корпус - я использовал винты длиной 12 мм.
• Термоусадочная термоусадка с внутренним диаметром 2,5 мм и термоусадочная термоусадка с внутренним диаметром 1/4 дюйма (см. Шаг 5) (eBay, несколько продавцов).

Инструменты:

• Паяльник и многожильный припой.
• Мультиметр, способный измерять сопротивление и постоянное напряжение.
• Тепловая пушка (для термоусадки)
• Пистолет для горячего клея (не требуется при использовании съемного USB-кабеля)
• Тонкая маркерная ручка
• Сверла и сверло из быстрорежущей стали 1,5 мм и 2,5 мм.
• Кусачки и стриппер.

* Примечания по выбору источника питания:

Важными параметрами являются выходное напряжение и мощность. Вам необходимо обеспечить регулятор LM2596 примерно на три вольта больше на его входе, чем вам нужно на выходе, поэтому для выхода 5 В, необходимого для Pi, вам потребуется около 8 В на входе. Я бы порекомендовал немного больше, чтобы быть уверенным, поэтому минимум 9В выше. Максимальное напряжение, которое вы можете использовать, составляет около 35 В для некоторых моделей этого регулятора, для других - выше. Я бы придерживался 30в макс.

Блок питания также должен обеспечивать достаточный ток для Pi (см. Здесь текущие требования для различных моделей Pi). В ссылке говорится, что вам нужен источник питания, способный выдавать минимум 2,5 А для Pi 3. Однако LM2596 является импульсным стабилизатором, поэтому вам нужен меньший ток, чем этот, при условии, что напряжение, которое вы обеспечиваете, пропорционально выше.

Чтобы определить, что вам нужно, рассчитайте мощность, потребляемую Pi, и примите во внимание потери преобразования в регуляторе (например) для Pi 3 требуется 5 В при 2,5 А, поэтому его потребляемая мощность составляет 5 x 2,5 = 12,5 Вт. Умножьте это на 1,1, чтобы учесть потери в регуляторе, и вы получите 12,5 x 1,1 = 13,75 Вт. Достигнув этой цифры, никогда не стоит подвергать блок питания нагрузке, используя его на 100%, поэтому я бы добавил не менее 30% запаса, чтобы гарантировать, что он не станет слишком горячим и не истечет преждевременно.

Чтобы упростить задачу для всех, вот минимальные требования к току источника питания для различных напряжений, основанные на расчетах выше:

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

Pi B + и 2B: 9 В / 1,5 А; 12В / 1,1А; 15 В / 0,9 А; 19 В / 0,7 А; 26В / 0,5А; 30 В / 0,4 А

Pi Zero и Zero W: 9 В / 1,0 А; 12В / 0,7А; 15 В / 0,6 А; 19в / 0,5А; 26В / 0,3А; 30 В / 0,3 А

(Последний включен для полноты)

Шаг 2: Разметка корпуса

Установите регулятор, как показано. Контактные площадки должны находиться на той же стороне корпуса, что и разъем питания Pi.

Если вы также устанавливаете вентилятор, расположите его, как показано. Обратите внимание, что в лучшем случае вы сможете использовать только три из четырех отверстий для винтов вентилятора, поскольку вырезы в корпусе часто мешают. Также обратите внимание, что этот мод вентилятора не подходит, если вам нужно использовать разъемы камеры или дисплея (если вы не используете новую разводку проводов).

Убедитесь, что монтажное отверстие регулятора, ближайшее к краю корпуса, расположено над зазором между двумя стеками USB-разъемов Pi (чтобы крепежный винт не засорялся - см. Шаг 4 для фотографии установленного регулятора, где вы можете увидеть, где находится винт. позиционируется).

С помощью тонкого перманентного маркера отметьте положение двух монтажных отверстий регулятора на корпусе и, если необходимо, монтажных отверстий вентилятора и отверстия для воздушного потока вентилятора.

Шаг 3. Просверлите корпус

Возьмите верхнюю часть футляра и переверните его вверх дном на кусок дерева для поддержки.

Используйте тонкое (1,5 мм) сверло, чтобы просверлить пилотное отверстие в месте, отмеченном на последнем этапе.

С помощью сверла 2,5 мм расширите одно из отверстий и убедитесь, что выбранный саморез можно вкрутить без особых усилий. При необходимости увеличьте размер отверстия.

Как только вы будете довольны размером отверстия, просверлите другое, подходящее для вас.

Шаг 4: Установите регулятор

Установите регулятор, используя стойки и саморезы, как показано на фотографиях. Обратите внимание на положение винта между двумя наборами разъемов USB.

Шаг 5: Подключение

Припаяйте провод оборудования к розетке источника постоянного тока и изолируйте термоусадочной муфтой, как показано. Предполагая, что у вас есть стандартный источник питания, где положительное напряжение находится на внутреннем разъеме, припаяйте красный провод к короткой метке, а черный провод к длинной метке (это предполагает, что длинная метка подключена к внешней стороне гнезда - для проверки используйте мультиметр). Если полярность поменяна, припаяйте красный и черный провода к противоположным биркам.

Протолкните другой конец проводов под плату регулятора и припаяйте к входным площадкам регулятора, как показано (снова красный к + ve, черный к -ve).

Если у вас есть жертвенный кабель микро-USB, обрежьте его так, чтобы у вас было около 180 мм кабеля, подключенного к концу микро-USB. Используя тонкий кусок провода и мультиметр в режиме сопротивления, определите, какой провод подключен к положительным и отрицательным контактам разъема micro USB (см. Схему выше). Красный и черный - это обычные цвета, используемые в выводах USB для положительных и отрицательных подключений (иногда обозначаются как «Vcc» и «Gnd» соответственно). Обрежьте остальные провода (обычно белый и зеленый). Наденьте на них и внешнюю оболочку кусок термоусадочной муфты и усадите на место.

Вставьте обрезанный конец под регулятор, зачистите и залудите красный и черный провода и припаяйте их к положительным и отрицательным выходным контактам регулятора соответственно.

Если вы смелы (например, wot I woz), сделайте свой собственный USB-кабель, используя голый разъем. Припаяйте провода к контактным площадкам USB-разъема, как показано, покройте стыки тонким слоем горячего клея и, когда застынет, наденьте термоусадочную муфту 1/4 дюйма, как показано.

Сожмите гильзу тепловым пистолетом, и клей снимет натяжение (надеюсь!).

Как и выше, проденьте другие концы провода под регулятор и припаяйте к выходным контактным площадкам.

Всегда рекомендуется дважды проверять полярность ваших подключений - используйте мультиметр и какой-нибудь тонкий провод, чтобы убедиться, что контакты USB правильно подключены к регулятору.

Шаг 6: Установка напряжения

Перед подключением выхода регулятора к Pi необходимо настроить выходное напряжение.

Подключите блок питания к входному разъему постоянного тока регулятора и включите его. На регуляторе есть синий светодиод, который должен немедленно загореться. Если этого не происходит и / или появляется запах дыма, отключитесь и (если вы - я) опустите голову от стыда. Вам может сойти с рук, но если и был дым, это не предвещает ничего хорошего. Тщательно проверьте проводку, устраните неисправность и попробуйте еще раз. Надеюсь, светодиод загорелся…

Используя небольшую отвертку, отрегулируйте потенциометр на регуляторе (синяя коробка с латунным винтом вверху), пока мультиметр не покажет чуть меньше 5,1 В. Против часовой стрелки напряжение уменьшается, и для изменения напряжения часто требуется больше оборотов, чем вы ожидаете - не отчаивайтесь, если потребуется несколько оборотов, чтобы увидеть эффект.

Отключите питание и подключите выход регулятора к Pi. Вы готовы к действию!

Шаг 7: Часть 2 - Добавление охлаждающего вентилятора и радиаторов - Инструменты и детали

Части:

• Вентилятор с подшипником скольжения, 12 в постоянного тока, 0,12 A, 50 мм x 50 мм x 10 мм (eBay, несколько продавцов)
• 3 самонарезающих винта диаметром 15 мм, наружный диаметр 2,8 мм, 3 шт. (Мусорная коробка)
• 2-х сплошные медные самоклеящиеся радиаторы для Raspberry Pi (eBay, несколько продавцов)

Инструменты:

• Лобзик или электрический инструмент типа Dremel с фрезой с фрезой
• Сверла и дрель 1,5 мм и 2,5 мм
• Паяльник и припой
• Кусачки и стриппер.
• Пистолет для горячего клея (для удержания радиаторов на месте)

Шаг 8: вырезание отверстий для вентилятора

Используя метки на корпусе, сделанные на шаге 2, просверлите три монтажных отверстия таким же образом, как и для регулятора (т.е. просверлите пилотные отверстия сверлом 1,5 мм и расширьте одно из отверстий сверлом 2,5 мм. Проверьте установку саморезов и, если все в порядке, просверлите два других отверстия. В противном случае расширьте отверстия по мере необходимости.

Используя лобзик или альтернативу Dremel, вырежьте пластиковое отверстие, чтобы обеспечить поток воздуха от вентилятора. При необходимости очистите края напильником (по моему опыту, использование электроинструмента неизбежно приводит к образованию расплавленного пластика, который сложно очистить - отсюда я предпочитаю лобзик).

Поднесите вентилятор к монтажным отверстиям и осторожно ввинтите саморезы. Вентилятор следует устанавливать этикеткой вниз, чтобы воздушный поток направлялся в Pi. Я бы также сориентировал его так, чтобы проводка не примыкала к регулятору, чтобы у вас был провисший провод, с которым можно было бы поиграть.

Проверните вентилятор вручную, чтобы убедиться, что ничего не цепляет.

Шаг 9: Подключение вентилятора

По моему опыту, все вентиляторы, кроме одного, из того типа, который указан в списке запчастей, запускались сами по себе при питании от 5В постоянного тока. В этом случае я обнаружил, что работа вентилятора от 12 В постоянного тока в течение примерно пяти минут ослабила его, и после этого все было нормально на 5 В. Однако вентиляторы разных производителей могут вести себя по-разному, поэтому вам, возможно, придется вручную запустить вентилятор - тогда он должен быть в порядке и продолжать работать. Если это не так, у вас все еще есть возможность подключить вентилятор ко входу регулятора, если это напряжение составляет от 9 до 12 В, и вы можете согласиться с увеличением шума.

Отрежьте разъем вентилятора, оставив достаточно проводов, чтобы добраться до регулятора. Вы можете отрезать желтый провод дальше назад, так как он не используется в этом типе приложений. Используйте небольшой кусок рукава, как показано на рисунке, чтобы изолировать его и не мешать. Проложите проводку вентилятора под регулятором и припаяйте к его выходным площадкам (красный к плюсу, черный к минусу).

Шаг 10: Добавление радиаторов

В Интернете довольно много информации о том, где (и когда) добавлять радиаторы к Raspberry Pis. Приведенные ниже шаги - мое личное мнение.

Насколько я могу понять, Raspberry Pi Foundation дает совет: вам действительно не нужно добавлять радиаторы к какой-либо модели Pi, если вы не разгоняете их. Тем не менее, я обнаружил, что Pi 3 довольно сильно нагревается при попытке воспроизвести видео H265, и, если он не охлаждается, он может сбросить скорость в акте самосохранения.

В этих условиях Broadcom SoC (большой чип на верхней поверхности Pi) становится самым горячим, так что ради этого стоит подумать. Следуя некоторым советам, источник которых я пока не могу найти, я также охладил чип RAM на нижней стороне. Я не беспокоюсь о меньшем сетевом чипе, потому что он не так сильно нагревается.

Итак, к делу - снимите защитную полосу с радиатора и аккуратно положите ее поверх чипа SoC. Используя пистолет для горячего клея, аккуратно нанесите пару капель клея с каждой стороны радиатора, как показано на рисунке. Я использую много своих Pis на боках, поэтому через некоторое время радиаторы соскальзывают - клей помогает предотвратить это. На сегодняшний день клей недостаточно размягчился при использовании, чтобы потерять целостность (он плавится при температуре около 120 ° C, поэтому не должен!)

Процедура установки радиатора на микросхему RAM такая же, за исключением того, что вам придется отрезать часть решетки на нижней стороне корпуса, чтобы оставить достаточно места. Обратите внимание, что он не будет выходить за пределы корпуса.

Шаг 11: Нет Шага 11

… Вот и все.

Я надеюсь, что это руководство окажется полезным и / или информативным.

Если вы заметите какие-либо ошибки и т. Д., Дайте мне знать, и я с радостью отредактирую их.