hvor varmt er for varmt til Raspberry Pi?

et rapporteret problem med Raspberry Pi kan overophedes med et resulterende tab af ydeevne, når brættet udsættes for høje temperaturer.

alle elektriske apparater er kvalificeret til et bestemt Driftstemperaturområde, hvor enheden fungerer effektivt. Driftstemperaturen afhænger af den angivne funktion og anvendelse af enheden; og spænder fra et minimum til en maksimal Omgivelsestemperatur, hvor ydeevnen er optimeret. Temperaturer, der falder uden for det kvalificerede ‘sikre’ interval, risikerer tab af funktionalitet og i nogle tilfælde total fiasko.

Hvad er den maksimale driftstemperatur for en Raspberry Pi?

for at holde omkostningerne lave er Raspberry Pi bygget med chips af kommerciel kvalitet, der er kvalificeret til forskellige temperaturområder; USB-og Ethernet-controlleren til Pi 3+ (mikrochip LAN7515) er specificeret af producenterne som kvalificeret fra 0-karts C til 70-karts C.

SoC (System on Chip – det integrerede kredsløb, der udfører Pi ‘s behandling, en Broadcom BCM2837B0) er kvalificeret fra -40 liter C til 85 liter C.

dette betyder effektivt, at den maksimale driftstemperatur for Raspberry Pi’ s nøglekomponenter er henholdsvis 70oC og 85oc. I betragtning af effekten af overophedning på en Raspberry Pi prototype er det nødvendigt at overveje andre varmekilder. Ud over omgivelsestemperaturen stiller alle applikationer krav til Pi ‘ s CPU, GPU og udstyr, og da denne belastning øges, gør også temperaturen på kortet – især til de to nøglekomponenter – USB-og Ethernet-controlleren og processoren (SoC).

komponent driftstemperatur = Omgivelsestemperatur + belastningsinduceret temperaturstigning

i sin typiske konfiguration i stabile omgivelsestemperaturer øger desktop – applikationer – som f.eks.

i industrielle miljøer kræves det ofte, at en Raspberry Pi-prototype fungerer 24 timer i døgnet uanset årstiden. I modsætning til det typiske kontormiljø med aircondition kan industrielle miljøer have højere omgivelsestemperaturer på grund af faktorer som metaltag, der kan fungere som radiatorer, nærhed til industrielle ovne og andre varme maskiner osv. Da Pi ‘ s komponenttemperatur kan nå og endda overstige det øverste niveau af dets driftsområde, mens det sidder på et skrivebord i et temperaturstyret kontor, vil et industrielt miljø med sin betydelige stigning i omgivelsestemperaturen uundgåeligt levere endnu højere temperaturer til brættet.

Hvordan håndterer Raspberry Pi høje temperaturer?

Raspberry Pi 3+ termisk kort

kilde: Gareth Halfacree fra Bradford, UK

det er rapporteret, at Raspberry Pi kan være sårbar over for overophedningsproblemer. Det termiske kort ovenfor viser en Raspberry Pi 3 + – processor, der når mod 90oC. I flere tests har Pi ‘ s SoC vist sig at overstige 100oC. I visse situationer kan Pi skubbes ud over sit kvalificerede Driftstemperaturområde, derfor er dets langsigtede ydeevne ikke garanteret.

Over temperatur advarsel (80oC-85oC) over temperatur advarsel (over 85oC)

CPU Underclocking

CPU underclocking er processen med at begrænse frekvensen, hvormed impulser bruges til at synkronisere en processors operationer. Med andre ord, at bevidst underclock CPU er at bevidst reducere processorens hastighed. Underclocking reducerer den belastningsinducerede temperaturstigning, da lavere ydelse reducerer strømforbrugskravene og derfor genererer mindre varme inde i en enhed.

for Raspberry Pi 3+ er der indført en ‘blød’ temperaturgrænse på 60oC. Dette betyder, at selv før den hårde grænse ved 85oC nås, reduceres klokhastigheden fra 1,4 GTS til lavere frekvenser, hvilket reducerer temperaturstigningen til komponenterne. Denne underclocking øger Pi ‘ s systemstabilitet ved høje temperaturer med det formål at sikre, at driftstemperaturen forbliver under 80oC ‘safe’ – niveauet, men dette kommer på bekostning af processorens ydeevne. Når et system bevidst underclocks ved at throttle CPU ‘ en for at beskytte mod skader på udstyr; processorens hastighed sænkes, hvilket uundgåeligt begrænser driftshastigheden.

langsommere drift + øget nedetid = reducerede fortjenstmargener

forøgelse af Pi ‘s CPU-throttling-tærskel

som standard er Pi’ s bløde grænse indstillet til 60 liter C, men det er muligt at indstille temperaturen, hvor CPU-throttling forekommer, til en højere tærskelværdi. Ved at tilføje linjen temp_soft_limit=70 til/boot / config.automatisk underclocking kan ‘udskydes’, indtil Pi når en højere temperatur. Mens Raspberry Pi ‘ s CPU generelt er i stand til at modstå høje temperaturer i korte udbrud, udgør drift i den øverste ende af området betydelige risici for enhedens levetid.

er den eneste måde at undgå overophedningsproblemer med Pi for at underklokke eller begrænse belastningen på CPU ‘ en?

heldigvis kan enhver løsning, der mindsker effekten af omgivelsestemperatur eller belastningsinduceret temperaturstigning, hjælpe med at holde SoC under den bløde grænse uden behov for at begrænse applikationsbelastningen eller gashåndtere processorens hastighed, selv i industrielle applikationer.

få lodret

ved blot at flytte Raspberry Pi i lodret retning med GPIO-overskriften i bunden og HDMI-portene øverst forbedres styringen af omgivelsestemperaturen.

Raspberry Pi 4 i opretstående stilling

kilde: Raspberrypi.org / blog

orientering af komponenterne lodret vil have en øjeblikkelig indvirkning på afkøling og vil bremse efterfølgende opvarmning, da forbedret konvektion gør det muligt for den omgivende luft at trække varmen væk fra brættet hurtigere. Derudover øges det tilgængelige overfladeareal til afkøling ved at flytte bagsiden af brættet væk fra varmeisolerende overflader.

installer en ventilator

Raspberry Pi med ventilator og kasse

Lorenso Toscano

hvis varmen hurtigt kan fjernes fra komponenterne, vil den belastningsinducerede temperaturstigning ikke have så dramatisk effekt på ydeevnen. En mulighed for at sprede varme fra Pi ‘ s komponenter er at montere en køleventilator, der drives gennem GPIO. Kompatible ventilatorer er bredt tilgængelige til en relativt lav pris og kan placeres til at levere køling til det sted, hvor det er mest nødvendigt: SoC.

Absorber og spred varme med en køleplade

designet med et maksimeret overfladeareal til bedst at udnytte kontakten med et kølemedium – såsom luftvarmeplader bruger termisk ledning til at sprede varme fra elektroniske enheder. Ved udviklingen af model 3+ anerkendte Raspberry Pi Foundation overophedningsproblemerne og valgte at passe et metalskærm over SoC for at sprede og sprede varme.

mens test indikerer, at Raspberry Pi med metalskærmen (Pi 3+) fungerer bedre end uden (Pi 3), til industrielle applikationer kan tilføjelsen af en designet til formål køleplade hjælpe med at bekæmpe høje temperaturer og dramatisk reducere temperaturen på SoC.

BRAINKASSER BB-400 med brugerdefineret aluminium heatsink

Hjernebokse designet en brugerdefineret aluminium heatsink til BB-400 Industrial Edge ControllerBB-400 Industrial Edge Controller, der sidder i direkte kontakt med Pi ‘ s SoC. Kølelegemets overfladeareal maksimeres til mest effektivt at udnytte termisk ledning og trække varme væk fra processoren. Når Raspberry Pi er placeret i det industrialiserede dæksel, er den i lodret retning på linje med udluftningsåbningerne og udnytter således også varmekonvektion for at give den højest mulige grad af afkøling. Derudover erstattes LAN7515 med en industriel spec-chip, hvilket gør alle BB-400 ‘ S komponenter klassificeret til industriel drift (fra-25oC til +80oC.)

anmodet vs faktisk CPU

test udført ved 21oC ambient, faktisk CPU registreret efter vedvarende drift:

for eksempel kan en overvågningsapplikation have brug for 75% CPU-udnyttelse i vedvarende perioder for at udføre sit job. På den lodrette Y-akse er mængden af CPU-ydelse, som Pi er i stand til at levere. I mangel af gasspjæld, vil spore med den ønskede CPU ydeevne på en 1:1 basis, da CPU gasspjæld opstår, når komponenten temperaturen stiger. Throttling / processor underclocking på grund af overophedning betyder imidlertid, at den faktiske leverede CPU-ydelse er mindre end den ønskede.

den første ting at bemærke er ved 21oC, en typisk kontortemperatur, Raspberry Pi 3 kunne kun levere maksimalt 40% CPU-ydelse i vedvarende perioder. Raspberry Pi 3 + tilbyder en stor forbedring-på grund af sit metalliske låg kan det tilbyde op til 65% CPU i vedvarende perioder.

BB-400 med sin brugerdefinerede køleplade kan levere 95% CPU-ydelse i vedvarende perioder.

artikel: http://www.brainboxes.com/article/items/raspberry-pi-overheating

Læs mere: Hvad er BB-400 ‘ s kølelegemefunktioner?

denne artikel er det 3.kapitel i Hjernebokse gratis E-bog “Prototyping on a Pi – din Guide til implementering af en Raspberry Pi-baseret Prototype direkte til industrien”, fremhæver nogle af de mest almindelige problemer med Raspberry Pi i industrielle miljøer og foreslår muligheder for en problemfri industriel implementering. Overvejelser inkluderer ‘industrielle sensorer’, ‘EMC’, ‘strøm & hukommelseskorruption’ og mere. Tilmeld dig vores nyhedsbrev for at modtage din gratis kopi!