Un problema reportado con Raspberry Pi puede ser el sobrecalentamiento, con la consiguiente pérdida de rendimiento, cuando la placa está expuesta a altas temperaturas.
Todos los dispositivos eléctricos están calificados para un rango de temperatura de funcionamiento específico en el que el dispositivo funcionará de manera efectiva. La temperatura de funcionamiento depende de la función y aplicación especificadas del dispositivo; y varía de una temperatura ambiente mínima a una máxima a la que se optimiza el rendimiento. Las temperaturas que caen fuera del rango «seguro» calificado correrán el riesgo de pérdida de funcionalidad y, en algunos casos, de fallo total.
- ¿Cuál es la temperatura máxima de funcionamiento de una Raspberry Pi?
- Underclocking de CPU
- Aumento del umbral de limitación de CPU de Pi
- ¿Es la única manera de evitar problemas de sobrecalentamiento con Pi para hacer un reloj insuficiente o limitar la carga de la CPU?
- Obtener vertical
- Instale un ventilador
- Absorba y disipe el calor con un disipador de calor
- Pruebas solicitadas vs CPU real
¿Cuál es la temperatura máxima de funcionamiento de una Raspberry Pi?
Para mantener los costos bajos, el Raspberry Pi está construido con chips de calidad comercial que están calificados para diferentes rangos de temperatura; el controlador USB y Ethernet del Pi 3+ (Microchip LAN7515) está especificado por los fabricantes como calificado de 0°C a 70°C.
El SoC (Sistema en Chip, el circuito integrado que procesa el Pi, un Broadcom BCM2837B0) está calificado de -40°C a 85°C.
Esto significa efectivamente que la temperatura máxima de funcionamiento de los componentes clave de Raspberry Pi es de 70oC y 85oC, respectivamente. Al considerar el efecto del sobrecalentamiento en un prototipo de Raspberry Pi, es necesario considerar otras fuentes de calor. Además de la temperatura ambiente, todas las aplicaciones exigen la CPU, la GPU y el hardware de la Pi, y a medida que aumenta esta carga, también aumenta la temperatura de la placa, en particular de los dos componentes clave: el controlador USB y Ethernet y el procesador (SoC).
temperatura de funcionamiento de los componentes = temperatura ambiente + aumento de temperatura inducido por la carga
En su configuración típica en temperaturas ambiente estables, las aplicaciones de escritorio, como navegadores de Internet y programas de oficina como procesadores de texto, aumentan el aumento de temperatura inducido por la carga y, en consecuencia, el calor de los componentes.
En entornos industriales, a menudo se requerirá un prototipo de Raspberry Pi para funcionar las 24 horas del día, independientemente de la temporada. A diferencia del entorno de oficina típico con aire acondicionado, los entornos industriales pueden tener temperaturas ambiente más altas debido a factores como techos metálicos que pueden actuar como radiadores, proximidad a hornos industriales y otras máquinas calientes, etc. Como la temperatura de los componentes de Pi puede alcanzar, e incluso superar, el nivel superior de su rango de funcionamiento mientras está sentado en un escritorio en una oficina con temperatura controlada, un entorno industrial con su aumento sustancial de la temperatura ambiente inevitablemente proporcionará temperaturas aún más altas a la placa.
¿Cómo hace Raspberry Pi frente a las altas temperaturas?
Raspberry Pi 3+ mapa térmico
Fuente: Gareth Halfacree de Bradford, Reino Unido
Se ha informado de que Raspberry Pi puede ser vulnerable a problemas de sobrecalentamiento. El mapa térmico de arriba muestra un procesador Raspberry Pi 3 + que alcanza los 90oC. En varias pruebas, se ha demostrado que el SoC del Pi supera los 100oC. En ciertas situaciones, el Pi puede ser empujado más allá de su rango de temperatura de funcionamiento calificado, por lo que su rendimiento a largo plazo no está garantizado.
Advertencia de sobrecalentamiento (80oC – 85oC) Advertencia de sobrecalentamiento (más de 85oC)
Underclocking de CPU
El underclocking de CPU es el proceso de limitar la frecuencia a la que se utilizan los pulsos para sincronizar las operaciones de un procesador. En otras palabras, subclavar deliberadamente la CPU es reducir conscientemente la velocidad del procesador. El underclocking reduce el aumento de temperatura inducido por la carga, ya que un menor rendimiento reduce los requisitos de consumo de energía y, por lo tanto, genera menos calor dentro de un dispositivo.
Para Raspberry Pi 3+, se ha introducido un límite de temperatura’ suave ‘ de 60oC. Esto significa que incluso antes de alcanzar el límite máximo a 85oC, la velocidad del reloj se reduce de 1,4 GHz a frecuencias más bajas, lo que reduce el aumento de temperatura de los componentes. Este underclocking aumenta la estabilidad del sistema Pi a altas temperaturas, con el objetivo de garantizar que la temperatura de funcionamiento se mantenga por debajo del nivel «seguro» de 80oC, pero esto se produce a expensas del rendimiento del procesador. Cuando un sistema se debilita deliberadamente al limitar la CPU para protegerse de daños en el hardware, la velocidad del procesador se ralentiza, lo que inevitablemente limita la velocidad de las operaciones.
Operaciones más lentas + Mayor tiempo de inactividad = menores márgenes de beneficio
Aumento del umbral de limitación de CPU de Pi
De forma predeterminada, el límite suave de Pi se establece en 60°C, pero es posible establecer la temperatura a la que se produce la limitación de CPU a un valor de umbral más alto. Añadiendo la línea temp_soft_limit = 70 a /boot / config.archivo txt, el underclocking automático se puede ‘posponer’ hasta que el Pi alcance una temperatura más alta. Mientras que la CPU de Raspberry Pi generalmente es capaz de soportar altas temperaturas para ráfagas cortas, operar en el extremo superior de la gama plantea riesgos significativos para la longevidad del dispositivo.
¿Es la única manera de evitar problemas de sobrecalentamiento con Pi para hacer un reloj insuficiente o limitar la carga de la CPU?
Afortunadamente, cualquier solución que disminuya el efecto de la temperatura ambiente o el aumento de temperatura inducido por la carga puede ayudar a mantener el SoC por debajo del límite suave sin la necesidad de limitar la carga de la aplicación o acelerar la velocidad del procesador, incluso en aplicaciones industriales.
Obtener vertical
Simplemente moviendo el Raspberry Pi hacia una orientación vertical con el cabezal GPIO en la parte inferior y los puertos HDMI en la parte superior, se mejorará la gestión de la temperatura ambiente.
Raspberry Pi 4 en posición vertical
Fuente: Raspberrypi.org / blog
Orientar los componentes verticalmente tendrá un impacto inmediato en el enfriamiento y ralentizará el calentamiento posterior, ya que la convección mejorada permite que el aire circundante aleje el calor de la placa más rápidamente. Además, el área de superficie disponible para el enfriamiento se incrementa al mover la parte trasera de la tabla lejos de las superficies termoaislantes.
Instale un ventilador
Raspberry Pi con ventilador y carcasa
Lorenzo Toscano
Si se puede eliminar el calor de los componentes rápidamente, el aumento de temperatura inducido por la carga no tendrá un efecto tan dramático en el rendimiento. Una opción para disipar el calor de los componentes de Pi es montar un ventilador de refrigeración, alimentado a través del GPIO. Los ventiladores compatibles están ampliamente disponibles a un costo relativamente bajo y se pueden colocar para suministrar refrigeración donde más se necesita: el SoC.
Absorba y disipe el calor con un disipador de calor
Diseñado con una superficie maximizada para aprovechar mejor el contacto con un medio de refrigeración, como los disipadores de calor de aire, que utilizan la conducción térmica para dispersar el calor de los dispositivos electrónicos. En el desarrollo del modelo 3+, la Fundación Raspberry Pi reconoció los problemas de sobrecalentamiento y eligió colocar un escudo de metal sobre el SoC para esparcir y disipar el calor.
Mientras que las pruebas indican que el Raspberry Pi con el protector de metal (Pi 3+) funciona mejor que sin (Pi 3), para aplicaciones industriales, la adición de un disipador térmico diseñado para fines específicos puede ayudar a combatir las altas temperaturas y reducir drásticamente la temperatura del SoC.
Brainboxes BB-400 con disipador térmico de aluminio personalizado
Brainboxes diseñó un disipador térmico de aluminio personalizado para el Controlador de Bordes Industrial BB-400b-400, que se encuentra en contacto directo con el SoC del Pi. El área de superficie del disipador térmico se maximiza para utilizar de la manera más eficiente la conducción térmica y extraer el calor del procesador. Cuando se encuentra en la cubierta industrializada, la Raspberry Pi está en una orientación vertical alineada con las aberturas de ventilación y, por lo tanto, también aprovecha la convección de calor para proporcionar el mayor grado de enfriamiento posible. Además, el LAN7515 se reemplaza por un chip de especificaciones industriales, lo que hace que todos los componentes del BB-400 estén clasificados para operación industrial (de-25oC a +80oC).)
Pruebas solicitadas vs CPU real
Realizadas a 21oC ambiente, CPU real grabada después de una operación sostenida:
En el eje X inferior se encuentran los requisitos de CPU que realiza una aplicación – por ejemplo, una aplicación de monitoreo puede necesitar un 75% de uso de CPU durante períodos de tiempo prolongados para realizar su trabajo. En el eje vertical y está la cantidad de rendimiento de la CPU que el Pi es capaz de ofrecer. En ausencia de limitación, realizará un seguimiento del rendimiento de la CPU solicitado en una base 1:1, dado que la limitación de la CPU se produce cuando la temperatura del componente aumenta. Sin embargo, la limitación o el bajo reloj del procesador debido al sobrecalentamiento significa que el rendimiento real de la CPU entregada es menor que el solicitado.
Lo primero a tener en cuenta es que a 21oC, una temperatura típica de oficina, la Raspberry Pi 3 solo podía ofrecer un máximo del 40% de rendimiento de la CPU durante períodos de tiempo prolongados. La Raspberry Pi 3 + ofrece una gran mejora, debido a su tapa metálica, puede ofrecer hasta un 65% de CPU durante períodos de tiempo prolongados.
El BB-400 con su disipador térmico personalizado puede ofrecer un rendimiento de CPU del 95% durante períodos prolongados.
Artículo: http://www.brainboxes.com/article/items/raspberry-pi-overheating
Más información: ¿Cuáles son las capacidades del disipador de calor del BB-400?
Este artículo es el capítulo 3 del Libro electrónico gratuito Brainboxes «Prototipado en una Pi – Su guía para implementar un Prototipo basado en Raspberry Pi Directamente en la industria», destacando algunos de los problemas más comunes con Raspberry Pi en entornos industriales y sugiere posibilidades para una implementación industrial sin interrupciones. Las consideraciones incluyen ‘Sensores industriales’, ‘EMC’, ‘Corrupción de memoria de potencia &’ y más. ¡Suscríbase al boletín informativo de Brainboxes para recibir su copia gratuita!