À quel point Est-Il Trop chaud pour Raspberry Pi?

Un problème signalé avec Raspberry Pi peut être une surchauffe, avec une perte de performance qui en résulte, lorsque la carte est exposée à des températures élevées.

Tous les appareils électriques sont qualifiés pour une plage de température de fonctionnement spécifique à laquelle l’appareil fonctionnera efficacement. La température de fonctionnement dépend de la fonction spécifiée et de l’application de l’appareil; et s’étend d’une température ambiante minimale à une température ambiante maximale à laquelle les performances sont optimisées. Des températures en dehors de la plage de sécurité qualifiée risquent de perdre la fonctionnalité et, dans certains cas, de tomber en panne totale.

Quelle est la température de fonctionnement maximale d’un Raspberry Pi ?

Pour maintenir les coûts bas, le Raspberry Pi est construit avec des puces de qualité commerciale qualifiées pour différentes plages de température; le contrôleur USB et Ethernet du Pi 3 + (Puce LAN7515) est spécifié par les fabricants comme étant qualifié de 0 ° C à 70 ° C.

Le SoC (System on Chip – le circuit intégré qui effectue le traitement du Pi, un Broadcom BCM2837B0) est qualifié de -40 ° C à 85 ° C.

Cela signifie effectivement que la température de fonctionnement maximale des composants clés du Raspberry Pi est respectivement de 70oC et 85oC. En considérant l’effet de la surchauffe sur un prototype de Raspberry Pi, il est nécessaire de considérer d’autres sources de chaleur. En plus de la température ambiante, toutes les applications exigent le CPU, le GPU et le matériel du Pi, et à mesure que cette charge augmente, la température de la carte augmente, en particulier pour les deux composants clés – le contrôleur USB et Ethernet et le processeur (SoC).

température de fonctionnement des composants = température ambiante + élévation de température induite par la charge

Dans sa configuration typique à des températures ambiantes stables, les applications de bureau – telles que les navigateurs Internet et les programmes de bureau tels que les traitements de texte – augmentent l’élévation de température induite par la charge et, par conséquent, la chaleur des composants.

Dans les environnements industriels, un prototype Raspberry Pi sera souvent nécessaire pour fonctionner 24 heures sur 24 quelle que soit la saison. Contrairement à l’environnement de bureau typique avec climatisation, les environnements industriels peuvent avoir des températures ambiantes plus élevées en raison de facteurs tels que les toits métalliques pouvant servir de radiateurs, la proximité de fours industriels et d’autres machines chaudes, etc. Comme la température des composants de Pi peut atteindre, voire dépasser, le niveau supérieur de sa plage de fonctionnement lorsqu’il est assis sur un bureau dans un bureau à température contrôlée, un environnement industriel avec son augmentation substantielle de la température ambiante fournira inévitablement des températures encore plus élevées à la carte.

Comment le Raspberry Pi fait-il face aux températures élevées?

Carte thermique Raspberry Pi 3 +

Source: Gareth Halfacree de Bradford, Royaume-Uni

Il a été signalé que Raspberry Pi peut être vulnérable aux problèmes de surchauffe. La carte thermique ci-dessus montre un processeur Raspberry Pi 3+ atteignant vers 90oC. Dans plusieurs tests, il a été démontré que le SoC du Pi dépassait 100oC. Dans certaines situations, le Pi peut être poussé au-delà de sa plage de température de fonctionnement qualifiée, de sorte que ses performances à long terme ne sont pas garanties.

Avertissement de surchauffe (80oC-85oC) Avertissement de surchauffe (plus de 85oC)

Sous-verrouillage du processeur

Le sous-verrouillage du PROCESSEUR consiste à limiter la fréquence à laquelle les impulsions sont utilisées pour synchroniser les opérations d’un processeur. En d’autres termes, sous-accélérer délibérément le processeur, c’est réduire consciemment la vitesse du processeur. Le sous-verrouillage réduit l’élévation de température induite par la charge, car des performances inférieures réduisent les exigences de consommation d’énergie et génèrent donc moins de chaleur à l’intérieur d’un appareil.

Pour le Raspberry Pi 3+, une limite de température « douce » de 60oC a été introduite. Cela signifie que même avant d’atteindre la limite stricte à 85oC, la vitesse d’horloge est réduite de 1,4 GHz à des fréquences plus basses, réduisant ainsi l’élévation de température des composants. Ce sous-verrouillage augmente la stabilité du système de Pi à des températures élevées, visant à garantir que la température de fonctionnement reste inférieure au niveau « sûr » de 80oC, mais cela se fait au détriment des performances du processeur. Lorsqu’un système sous-claque délibérément en étranglant le processeur pour se protéger des dommages matériels, la vitesse du processeur est ralentie, ce qui limite inévitablement la vitesse des opérations.

Des opérations plus lentes + des temps d’arrêt accrus = des marges bénéficiaires réduites

Augmentation du seuil de limitation du processeur de Pi

Par défaut, la limite souple de Pi est fixée à 60 ° C, mais il est possible de régler la température à laquelle la limitation du PROCESSEUR se produit à une valeur de seuil plus élevée. En ajoutant la ligne temp_soft_limit=70 à /boot/config.fichier txt, le sous-verrouillage automatique peut être « reporté » jusqu’à ce que le Pi atteigne une température plus élevée. Alors que le processeur du Raspberry Pi est généralement capable de résister à des températures élevées pour de courtes rafales, son fonctionnement à l’extrémité supérieure de la plage présente des risques importants pour la longévité de l’appareil.

Le seul moyen d’éviter les problèmes de surchauffe avec Pi est-il de sous-accélérer ou de limiter la charge sur le processeur?

Heureusement, toute solution qui diminue l’effet de la température ambiante ou de l’élévation de température induite par la charge peut aider à maintenir le SoC sous la limite douce sans avoir à limiter la charge d’application ou à réduire la vitesse du processeur, même dans les applications industrielles.

Obtenez vertical

En déplaçant simplement le Raspberry Pi dans une orientation verticale avec l’en-tête GPIO en bas et les ports HDMI en haut, la gestion de la température ambiante sera améliorée.

Raspberry Pi 4 en position verticale

Source: Raspberrypi.org / blog

L’orientation verticale des composants aura un impact immédiat sur le refroidissement et ralentira le chauffage ultérieur, car une convection améliorée permet à l’air environnant d’évacuer plus rapidement la chaleur de la carte. De plus, la surface disponible pour le refroidissement est augmentée en éloignant l’arrière de la planche des surfaces isolantes.

Installer un ventilateur

Raspberry Pi avec ventilateur et boîtier

Lorenzo Toscano

Si la chaleur peut être évacuée rapidement des composants, l’élévation de température induite par la charge n’aura pas un effet aussi dramatique sur les performances. Une option pour dissiper la chaleur des composants de Pi consiste à monter un ventilateur de refroidissement alimenté par le GPIO. Les ventilateurs compatibles sont largement disponibles à un coût relativement faible et peuvent être positionnés pour fournir un refroidissement là où il est le plus nécessaire: le SoC.

Absorbez et dissipez la chaleur avec un dissipateur thermique

Conçu avec une surface maximisée pour utiliser au mieux le contact avec un fluide de refroidissement – tel que l’air – les dissipateurs thermiques utilisent la conduction thermique pour disperser la chaleur des appareils électroniques. En développant le modèle 3 +, la Fondation Raspberry Pi a reconnu les problèmes de surchauffe et a choisi d’installer un bouclier métallique sur le SoC pour diffuser et dissiper la chaleur.

Alors que les tests indiquent que le Raspberry Pi avec bouclier métallique (Pi 3 +) fonctionne mieux que sans (Pi 3), pour les applications industrielles, l’ajout d’un dissipateur thermique conçu à cet effet peut aider à lutter contre les températures élevées et réduire considérablement la température du SoC.

Brainboxes BB-400 avec dissipateur thermique en aluminium personnalisé

Brainboxes a conçu un dissipateur thermique en aluminium sur mesure pour le contrôleur de bord industriel BB-400BB-400, qui est en contact direct avec le SoC du Pi. La surface du dissipateur thermique est maximisée pour utiliser le plus efficacement possible la conduction thermique et éloigner la chaleur du processeur. Lorsqu’il est situé dans le couvercle industrialisé, le Raspberry Pi est dans une orientation verticale alignée avec les ouvertures de ventilation et exploite donc également la convection thermique pour fournir le plus haut degré de refroidissement possible. De plus, le LAN7515 est remplacé par une puce de spécification industrielle, ce qui rend tous les composants du BB-400 conçus pour un fonctionnement industriel (de -25oC à + 80oC.)

Tests demandés par rapport au CPU réel

effectués à une température ambiante de 21 Oc, CPU réel enregistré après un fonctionnement soutenu:

Sur l’axe des abscisses inférieur se trouvent les exigences du PROCESSEUR imposées par une application – par exemple, une application de surveillance peut avoir besoin d’une utilisation du PROCESSEUR de 75% pendant des périodes prolongées pour effectuer son travail. Sur l’axe y vertical se trouve la quantité de performances du processeur que le Pi est capable de fournir. En l’absence de limitation, suivra les performances du processeur demandées sur une base 1: 1, étant donné que la limitation du PROCESSEUR se produit lorsque la température du composant augmente. Cependant, la limitation / le sous-verrouillage du processeur en raison d’une surchauffe signifie que les performances réelles du processeur fourni sont inférieures à celles demandées.

La première chose à noter est qu’à 21oC, une température de bureau typique, le Raspberry Pi 3 ne pouvait fournir qu’un maximum de 40% de performances CPU pendant des périodes de temps prolongées. Le Raspberry Pi 3 + offre une grande amélioration – grâce à son couvercle métallique, il peut offrir jusqu’à 65% de CPU pendant des périodes de temps prolongées.

Le BB-400 avec son dissipateur thermique personnalisé peut offrir des performances CPU de 95% pendant des périodes prolongées.

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

En savoir plus: Quelles sont les capacités du dissipateur de chaleur du BB-400?

Cet article est le 3ème chapitre du livre électronique gratuit Brainboxes « Prototypage sur un Pi – Votre Guide pour déployer un Prototype basé sur un Raspberry Pi Directement dans l’industrie », mettant en évidence certains des problèmes les plus courants avec le Raspberry Pi dans les environnements industriels et suggère des possibilités pour un déploiement industriel transparent. Les considérations incluent « Capteurs industriels », « CEM », « Corruption de mémoire de puissance & », etc. Inscrivez-vous à la newsletter Brainboxes pour recevoir votre exemplaire gratuit !