Raspberry Pi Power & Cooling Mods - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Het is een beetje gênant om toe te geven dat tien Raspberry Pi's verschillende klussen in huis doen, maar dat gezegd hebbende, ik heb er net nog een gekocht, dus ik dacht dat het een goed idee zou zijn om mijn standaard Pi-aanpassingen te documenteren en te delen als een Instructable.

Ik voeg deze mods toe aan de meeste van mijn Pi's - ze zorgen ervoor dat elk model Raspberry Pi kan worden gevoed door een reservevoeding die anders gewoon in een la zou blijven zitten - als je een anders ongewenste voeding kunt gebruiken, zou je een paar centen moeten besparen en deze opstelling kan ook een nuttige stroombron vormen voor andere apparaten zoals relais. De koelingsmod maakt het gebruik van de display- en camera-aansluitingen moeilijker, maar kan voorkomen dat de Pi terugloopt bij overklokken of processorintensief werk. De toegang tot de GPIO-connector wordt normaal gesproken niet belemmerd, maar je moet de ventilator wel voorzichtig positioneren…

Ik heb de Instructable in twee delen verdeeld om de leesbaarheid te vergemakkelijken - deel 1 behandelt de wijziging van de voeding, deel 2 de toevoeging van een koelventilator en koellichamen. De mogelijke nieuwigheid van deel 2 is het gebruik van een 12v dc-ventilator aangedreven door de 5v dc-uitgang van de spanningsregelaar. Het gebruik van een 12v-ventilator op deze manier is om een beetje koeling te bieden met minder geluid, een functie die nodig is wanneer de RasPi wordt gebruikt (als een OSMC-mediacentrum) in onze woonkamer, omdat mijn partner een speld kan horen vallen van goed, vrijwel elke afstand die u maar wilt noemen….

Houd er rekening mee dat ik heb geprobeerd de details te pitchen om een zo breed mogelijk lezerspubliek te bestrijken, maar er zijn enkele elementaire elektronische vaardigheden nodig, zoals solderen, een multimeter gebruiken, enz. Daarom bied ik mijn excuses aan als het volgende te eenvoudig leest of te veel veronderstelt - alle constructieve opmerkingen zijn natuurlijk van harte welkom!

Stap 1: Deel 1 Voedingsmods: Gereedschap & Onderdelen

Onderdelen:

• (Een Raspberry Pi en behuizing) - een transparante behuizing maakt deze mods gemakkelijker, maar een ondoorzichtige behuizing is geen showstopper.
• Een rommellade AC naar DC voeding, minimaal uitgangsvermogen 18W, 9v dc tot 30v dc.*
• LM2596 DC-DC schakelende instelbare step-down spanningsregelaar Buck-converter (verkrijgbaar op eBay bij meerdere verschillende verkopers)
• DC-voedingsaansluiting Vrouwelijke paneelmontageconnector 5,5 x 2,1 mm of wat u maar nodig hebt om op de bovenstaande voeding te passen. Dit is wel de meest voorkomende. (eBay, meerdere verkopers)
• Een opofferende micro-USB type B-kabel (junkbox) OF
• 1-off micro USB Type B 5-pins mannelijke soldeeraansluiting Socket Connector (eBay, meerdere verkopers)
• Twee lengtes van 150 mm meeraderige apparatuurdraad (bijv. koperen luidsprekerdraad).
• Twee geïsoleerde afstandhouders (korte stukken biro-koffer zijn uitstekende afstandhouders als u er geen in uw rommeldoos hebt)
• Twee zelftappende schroeven met een diameter van 2,8 mm (junkbox) - deze hoeven maar zo lang te zijn als nodig is om de draad door de behuizing te laten gaan - ik heb 12 mm lange schroeven gebruikt.
• 2,5 mm ID krimpkous & 1/4" ID krimpkous (zie stap 5) (eBay, meerdere verkopers).

Gereedschap:

• Soldeerbout & multicore soldeer.
• Multimeter geschikt voor het meten van weerstand en gelijkspanning.
• Warmtepistool (voor krimpkous)
• Heet lijmpistool (niet nodig bij gebruik van een opofferbare USB-kabel)
• Fijne markeerstift
• 1,5 mm en 2,5 mm HSS-boren en boor.
• Draadknipper en stripper.

*Opmerkingen bij de keuze van de voeding:

De belangrijke parameters zijn de uitgangsspanning en het vermogen. Je moet de LM2596-regelaar voorzien van ongeveer drie volt meer op de ingang dan je nodig hebt op de uitgang, dus voor de 5v-uitgang die de Pi nodig heeft, heb je ongeveer 8v op de ingang nodig. Ik zou iets meer aanbevelen om zeker te zijn, vandaar het minimum van 9v hierboven. De maximale spanning die u kunt gebruiken is ongeveer 35v voor sommige modellen van deze regelaar, hoger voor andere. Ik zou het bij 30v max houden.

De voeding moet ook voldoende stroom kunnen leveren aan de Pi (zie hier voor de huidige eisen voor verschillende modellen Pi). De link zegt dat je een voeding nodig hebt die minimaal 2,5A kan leveren voor een Pi 3. De LM2596 is echter een schakelende regelaar, dus je hebt minder stroom nodig zolang de spanning die je levert proportioneel hoger is.

Om erachter te komen wat je nodig hebt, bereken je het vermogen dat door de Pi wordt getrokken en houd je rekening met de conversieverliezen in de regelaar (bijvoorbeeld) een Pi 3 heeft 5v @ 2,5A nodig, dus de stroombehoefte is 5 x 2,5 = 12,5W. Vermenigvuldig dit met 1,1 om rekening te houden met de verliezen in de regelaar en je krijgt 12,5 x 1,1 = 13,75W. Als we tot dat cijfer zijn gekomen, is het nooit een goed idee om een voeding te benadrukken door deze op 100% vermogen te gebruiken, dus ik zou een marge van ten minste 30% toevoegen om ervoor te zorgen dat deze niet te heet wordt en voortijdig verloopt.

Om het iedereen gemakkelijker te maken, volgen hier de minimale stroomvereisten voor de stroomvoorziening voor verschillende spanningen op basis van de bovenstaande berekeningen:

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 Nul & Nul W: 9v / 1.0A; 12v / 0,7A; 15v / 0,6A; 19v / 0,5A; 26v / 0,3A; 30v / 0.3A

(Dit laatste is voor de volledigheid bijgevoegd)

Stap 2: Markering van de zaak

Plaats de regelaar zoals afgebeeld. De invoerpads moeten zich aan dezelfde kant van de behuizing bevinden als de stroomconnector van de Pi.

Als je ook een ventilator monteert, plaats deze dan zoals afgebeeld. Houd er rekening mee dat je in het beste geval slechts drie van de vier schroefgaten van de ventilator kunt gebruiken, omdat de uitsparingen in de behuizing vaak in de weg zitten. Houd er ook rekening mee dat deze ventilatormod niet geschikt is als u de camera- of schermconnectoren moet gebruiken (tenzij u een nieuwe bedradingsroutering gebruikt).

Zorg ervoor dat het montagegat van de regelaar het dichtst bij de rand van de behuizing zich boven de opening tussen de twee USB-socketsstapels van de Pi bevindt (zodat de montageschroef niet vuil wordt - zie stap 4 voor een foto van de gemonteerde regelaar waar je kunt zien waar de schroef staat).

Gebruik een fijne permanente stift om de positie van de twee montagegaten van de regelaar op de behuizing te markeren en, indien gewenst, de montagegaten voor de ventilator en een gat voor de luchtstroom van de ventilator.

Stap 3: boor de behuizing

Neem de bovenkant van de behuizing en draai deze ondersteboven op een stuk hout voor ondersteuning.

Gebruik een fijne (1,5 mm) boor om een geleidegat te boren waar dit in de laatste stap is gemarkeerd.

Gebruik een boor van 2,5 mm om een van de gaten te verbreden en controleer of de geselecteerde zelftappende schroef er zonder al te veel moeite in kan worden geschroefd. Verbreed indien nodig het gat.

Als u tevreden bent met de grootte van het gat, boort u de andere uit die bij u past.

Stap 4: Monteer de regelaar

Monteer de regelaar met behulp van de afstandhouders en zelftappende schroeven zoals weergegeven op de foto's. Let op de positie van de schroef tussen de twee USB-connectorstapels.

Stap 5: Bedrading

Soldeer de draad van de apparatuur aan de DC-voedingsaansluiting en isoleer met de krimpkous zoals afgebeeld. Ervan uitgaande dat je een standaard voeding hebt waarbij de positieve spanning op de binnenste connector zit, soldeer je de rode draad aan de korte tag en de zwarte draad aan de lange tag (dit veronderstelt dat de lange tag is aangesloten op de buitenkant van de socket - gebruik echter een multimeter om te controleren). Als de polariteit is omgekeerd, soldeert u de rode en zwarte draden aan de tegenoverliggende tags.

Duw het andere uiteinde van de draden onder de regelaarkaart en soldeer aan de ingangspads van de regelaar zoals weergegeven (opnieuw, rood naar +ve, zwart naar -ve).

Als je een micro-USB-kabel hebt, knip deze dan af zodat je ongeveer 180 mm kabel hebt aangesloten op het micro-USB-uiteinde. Gebruik een fijn stuk draad en uw multimeter in weerstandsmodus om te bepalen welke draad is aangesloten op de positieve en negatieve contacten van de micro-USB-connector (zie hierboven voor een diagram). Rood en zwart zijn de gebruikelijke kleuren die worden gebruikt in USB-kabels voor +ve- en -ve-verbindingen (soms respectievelijk aangeduid met 'Vcc' en 'Gnd'). Knip de andere draden (meestal wit en groen) kort. Schuif een stuk krimpkous over hen en de buitenmantel en krimp ze op hun plaats.

Duw het afgesneden uiteinde onder de regelaar, strip en vertin de rode en zwarte draden en soldeer ze respectievelijk aan de +ve & -ve uitgangspads van de regelaar.

Als je dapper bent (zoals wot I woz), verzin dan je eigen USB-kabel met behulp van een kale connector. Soldeer de draden aan de USB-connectorpads zoals afgebeeld, bedek de verbindingen met een dunne laag hete lijm en schuif de 1/4 krimpkous eroverheen zoals afgebeeld.

Krimp de sleeve met het heteluchtpistool en de lijm werkt als trekontlasting (hopelijk!).

Zoals hierboven, schuif de andere uiteinden van de draad onder de regelaar en soldeer aan de uitgangspads.

Het is altijd een goed idee om de polariteit van uw aansluitingen dubbel te controleren - gebruik de multimeter en een dunne draad om te controleren of de USB-pinnen correct zijn aangesloten op de regelaar.

Stap 6: De spanning instellen

Voordat de uitgang van de regelaar op de Pi wordt aangesloten, moet de uitgangsspanning worden ingesteld.

Sluit de voeding aan op de DC-ingang van de regelaar en schakel deze in. Er zit een blauwe LED op de regelaar die onmiddellijk moet oplichten. Als dat niet het geval is en/of er is een vleugje rook, ontkoppel dan en (als jij mij bent) schaam je je hoofd. Je komt er misschien mee weg, maar als er wat rook is geweest, voorspelt dat niet veel goeds. Controleer uw bedrading zorgvuldig, corrigeer en probeer het opnieuw. Hopelijk is de LED echter aangegaan…

Stel met een kleine schroevendraaier de potentiometer op de regelaar in (het blauwe kastje met een koperen schroef aan de bovenkant) totdat de multimeter iets minder dan 5,1v aangeeft. Tegen de klok in verlaagt de spanning en het duurt vaak meer omwentelingen dan je zou verwachten om de spanning te veranderen - wanhoop niet als het een paar slagen duurt om een effect te zien.

Schakel de voeding uit en sluit de uitgang van de regelaar aan op de Pi. Je bent klaar voor actie!

Stap 7: Deel 2 - Een koelventilator en koellichamen toevoegen - Gereedschappen en onderdelen

Onderdelen:

• 12v dc 0.12A 50mm x 50mm x 10mm glijlagerventilator (eBay, meerdere verkopers)
• 3-off 15 mm 2.8 mm OD zelftappende schroeven (junk box)
• 2-off massief koperen zelfklevende koellichamen voor Raspberry Pi (eBay, meerdere verkopers)

Gereedschap:

• Fretzaag of elektrisch gereedschap van het type Dremel met een frees van het braamtype
• Boren van 1,5 mm en 2,5 mm en boren
• Soldeerbout en soldeer
• Draadknipper en stripper.
• Heet lijmpistool (om de koellichamen op hun plaats te houden)

Stap 8: De gaten voor de ventilator snijden

Gebruik de markeringen op de behuizing gemaakt in stap 2, boor de drie montagegaten op dezelfde manier als voor de regelaar (dwz) boor geleidegaten met de 1,5 mm-boor en maak een van de gaten breder met de 2,5 mm-boor. Test de pasvorm van de parkers en boor als alles goed is de andere twee gaten uit. Maak anders de gaten zo nodig breder.

Gebruik de fretzaag of Dremel-alternatief om het plastic gat weg te snijden om de luchtstroom van de ventilator mogelijk te maken. Maak de randen indien nodig schoon met een vijl (als mijn ervaring iets is om te gebruiken, veroorzaakt het gebruik van een elektrisch gereedschap onvermijdelijk gesmolten plastic, wat lastig is om op te ruimen - vandaar mijn voorkeur voor een fretzaag).

Breng de ventilator naar de montagegaten en schroef de zelftappers voorzichtig vast. De ventilator moet met het label naar beneden worden gemonteerd, zodat de luchtstroom in de Pi wordt geleid. Ik zou het ook zo oriënteren dat de bedrading niet direct naast de regelaar ligt, zodat je wat slappe draad hebt om mee te spelen.

Draai de ventilator handmatig rond om te controleren of er niets aan de hand is.

Stap 9: bedrading van de ventilator

Mijn ervaring is dat op één na alle fans van het type in de onderdelenlijst uit zichzelf begonnen toen ze werden gevoed door 5v dc. In dat geval ontdekte ik dat het ongeveer vijf minuten draaien van de ventilator van 12v dc het losser maakte en daarna was het prima op 5v. De ventilatoren van verschillende fabrikanten kunnen zich echter anders gedragen, dus het kan zijn dat u de ventilator handmatig moet starten - hij zou dan in orde moeten zijn en blijven draaien. Als dit niet het geval is, heb je nog steeds de mogelijkheid om de ventilator aan te sluiten op de ingang van de regelaar zolang deze spanning 9v tot 12v is en je de ruistoename kunt accepteren.

Knip de ventilatorconnector af en laat voldoende bedrading over om de regelaar te bereiken. U kunt de gele draad verder naar achteren knippen, omdat deze bij dit soort toepassingen niet wordt gebruikt. Gebruik een klein stukje kous zoals afgebeeld om het te isoleren en uit de weg te houden. Leid de ventilatorbedrading onder de regelaar en soldeer naar de uitgangspads (rood naar positief, zwart naar negatief).

Stap 10: De koellichamen toevoegen

Er is nogal wat informatie op internet te vinden over waar (en wanneer) heatsinks aan Raspberry Pis kunnen worden toegevoegd. De onderstaande stappen zijn mijn persoonlijke aanpak.

Voor zover ik kan nagaan, is het advies via de Raspberry Pi Foundation dat je niet echt heatsinks hoeft toe te voegen aan een Pi-model, tenzij je ze overklokt. Ik heb echter geconstateerd dat Pi 3 behoorlijk heet wordt wanneer hij H265-video's probeert af te spelen en als hij niet wordt afgekoeld, kan hij teruglopen in een daad van zelfbehoud.

Onder deze omstandigheden wordt de Broadcom SoC (de grote chip aan de bovenkant van de Pi) het heetst, dus dat is het waard om te koelen. Na wat advies waarvan ik de bron op dit moment niet kan vinden, heb ik ook de RAM-chip aan de onderkant heatsinkt. Ik stoor me niet aan de kleinere LAN-chip, omdat deze niet zo heet lijkt te worden.

Dus, voor zaken: verwijder de afdekstrip van het koellichaam en plaats deze voorzichtig op de SoC-chip. Gebruik het hete lijmpistool om voorzichtig een paar klodders lijm aan weerszijden van het koellichaam toe te voegen, zoals weergegeven. Ik gebruik veel van mijn Pi's op hun zijkanten, dus na enige tijd glijden de koellichamen eraf - de lijm helpt dit te voorkomen. Tot op heden is de lijm bij gebruik niet voldoende zacht geworden om de integriteit te verliezen (hij smelt bij ongeveer 120 °C, dus dat zou niet moeten!)

De procedure voor het monteren van een koellichaam op de RAM-chip is hetzelfde, behalve dat je een deel van de grill aan de onderkant van de behuizing moet wegsnijden om voldoende ruimte te hebben. Houd er rekening mee dat het niet voorbij de rand van de behuizing zal uitsteken.

Stap 11: Er is geen stap 11

…en dat is dat.

Ik hoop dat dit Instructable nuttig en/of informatief blijkt.

Als je fouten enz. ontdekt, laat het me dan weten, dan pas ik het graag aan.