Hvor Varmt Er For Varmt For Raspberry Pi?

et rapportert problem Med Raspberry Pi kan være overoppheting, med et resultat tap av ytelse, når brettet er utsatt for høye temperaturer.

alle elektriske enheter er kvalifisert til et bestemt driftstemperaturområde hvor enheten vil fungere effektivt. Driftstemperaturen avhenger av den angitte funksjonen og bruken av enheten; og varierer fra et minimum til en maksimal omgivelsestemperatur der ytelsen er optimalisert. Temperaturer som faller utenfor det kvalifiserte ‘safe’ – området vil risikere tap av funksjonalitet og i noen tilfeller total svikt.

hva er den maksimale driftstemperaturen Til En Raspberry Pi?

For å holde kostnadene lave, Er Raspberry Pi bygget med kommersielle chips som er kvalifisert til forskjellige temperaturområder; USB-og Ethernet-kontrolleren Til Pi 3+ (Microchip LAN7515) er spesifisert av produsentene som kvalifisert fra 0°C til 70°C.

SoC (System on Chip-den integrerte kretsen som gjør Pi ‘s behandling, En Broadcom BCM2837B0) er kvalifisert fra -40°C til 85°C.

dette betyr effektivt at maksimal driftstemperatur På Raspberry Pi’ s nøkkelkomponenter er henholdsvis 70oc og 85oc. Når man vurderer effekten av overoppheting på En Raspberry Pi prototype, er det nødvendig å vurdere andre kilder til varme. I tillegg til omgivelsestemperaturen stiller alle applikasjoner krav til Pi ‘ S CPU, GPU og maskinvare, og når denne belastningen øker, øker temperaturen på brettet – spesielt TIL DE to nøkkelkomponentene – USB-og Ethernet-kontrolleren og prosessoren (SoC).

komponentoperasjonstemperatur = omgivelsestemperatur + belastningsindusert temperaturstigning

i sin typiske konfigurasjon i stabile omgivelsestemperaturer øker skrivebordsprogrammer – som nettlesere og kontorprogrammer som tekstbehandlere – den belastningsinduserte temperaturstigningen og dermed hvor varmt komponentene vil bli.

i industrielle miljøer vil En Raspberry Pi-prototype ofte være nødvendig for å fungere 24 timer i døgnet, uansett årstid. I motsetning til det typiske kontormiljøet med klimaanlegg, kan industrielle miljøer ha høyere omgivelsestemperaturer på grunn av faktorer som metalltak som kan fungere som radiatorer, nærhet til industrielle ovner og andre varme maskiner, etc. Ettersom Pi-komponenttemperaturen kan nå, og til og med overstige, det øvre nivået av driftsområdet mens du sitter på et skrivebord i et temperaturstyrt kontor, vil et industrimiljø med sin betydelige økning i omgivelsestemperaturen uunngåelig levere enda høyere temperaturer til brettet.

Hvordan Håndterer Raspberry Pi høye temperaturer?

Raspberry Pi 3+ termisk kart

Kilde: Gareth Halfacree Fra Bradford, UK

Det har blitt rapportert At Raspberry Pi kan være utsatt for overopphetingsproblemer. Det termiske kartet over viser En Raspberry Pi 3 + prosessor som når mot 90oC. I flere tester Har Pi ‘ S SoC vist seg å overstige 100oC. I visse situasjoner Kan Pi skyves utover det kvalifiserte driftstemperaturområdet, derfor er den langsiktige ytelsen ikke garantert.

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

CPU Underclocking

CPU underclocking er prosessen med å begrense frekvensen som pulser brukes til å synkronisere en prosessors operasjoner. MED andre ord, å bevisst underklokke CPU er å bevisst redusere prosessorens hastighet. Underklokking reduserer belastningsindusert temperaturøkning, da lavere ytelse reduserer strømforbruket og genererer derfor mindre varme inne i en enhet.

For Raspberry Pi 3+ er det innført en myk temperaturgrense på 60oC. Dette betyr at selv før du når den harde grensen ved 85oC, reduseres klokkehastigheten fra 1,4 GHz til lavere frekvenser, noe som reduserer temperaturstigningen til komponentene. Denne underklokkingen øker Pi ‘ s systemstabilitet ved høye temperaturer, med sikte på å sikre at driftstemperaturen forblir under 80oc ‘safe’ – nivået, men dette kommer på bekostning av prosessorens ytelse. Når et system bevisst underclocks ved struping CPU for å beskytte mot maskinvareskader; hastigheten på prosessoren er bremset ned, noe som uunngåelig begrenser hastigheten på operasjoner.

Tregere drift + Økt nedetid = reduserte fortjenestemarginer

Ved Å Øke Pi ‘S CPU struping terskel

Som standard Er Pi’ s soft grense satt til 60°C, men det er mulig å stille temperaturen DER CPU struping skjer til en høyere terskelverdi. Ved å legge til linjen temp_soft_limit=70 til / boot / config.txt-fil, automatisk underklokking kan bli ‘utsatt’ til Pi når en høyere temperatur. Mens Raspberry Pi ‘ S CPU generelt er i stand til å motstå høye temperaturer for korte brister, opererer i den øvre enden av området betydelig risiko for enhetens levetid.

Er Den eneste måten å unngå overopphetingsproblemer Med Pi å underklokke eller begrense belastningen på CPU?

Heldigvis kan enhver løsning som reduserer effekten av omgivelsestemperatur eller belastningsindusert temperaturstigning, bidra til å holde SoC under den myke grensen uten å måtte begrense applikasjonsbelastningen eller gasspjeldet på prosessorens hastighet, selv i industrielle applikasjoner.

få vertikal

ved å flytte Raspberry Pi til en oppreist orientering med GPIO-hodet nederst og HDMI-portene øverst, vil styringen av omgivelsestemperaturen bli forbedret.

Raspberry Pi 4 i oppreist stilling

Kilde: Raspberrypi.org / blog

Å Orientere komponentene vertikalt vil ha en umiddelbar innvirkning på kjøling, og vil bremse påfølgende oppvarming ned, da forbedret konveksjon gjør at omgivende luft kan trekke varme bort fra brettet raskere. I tillegg økes det tilgjengelige overflatearealet for kjøling ved å flytte baksiden av brettet vekk fra varmeisolerende overflater.

Installer en vifte

Raspberry Pi med vifte og etui

Lorenzo Toscano

hvis varmen raskt kan fjernes fra komponentene, vil den belastningsinduserte temperaturstigningen ikke ha så dramatisk effekt på ytelsen. Et alternativ for å spre varme fra Pi ‘ s komponenter er å montere en kjølevifte, drevet gjennom GPIO. Kompatible vifter er allment tilgjengelige til en relativt lav pris og kan plasseres for å levere kjøling til der Det trengs mest: SoC.

Absorber og spre varme med en kjøleribbe

Designet med et maksimalt overflateareal for best å utnytte kontakt med et kjølemedium – for eksempel luft – kjøleribber bruker termisk ledning for å spre varme fra elektroniske enheter. I utviklingen av model 3+ anerkjente Raspberry Pi Foundation overopphetingsproblemene og valgte å passe et metallskjold over SoC for å spre og spre varme.

mens tester indikerer At Raspberry Pi med metallskjoldet (Pi 3+) utfører bedre enn Uten (Pi 3), for industrielle applikasjoner kan tilsetningen av en designet for formål kjøleribbe bidra til å bekjempe høye temperaturer og dramatisk redusere temperaturen På SoC.

Brainboxes BB-400 med tilpasset aluminium heatsink

Brainboxes designet en tilpasset aluminium kjøleribbe FOR BB-400 Industrial Edge ControllerBB-400 Industrial Edge Controller, som sitter i direkte kontakt med Pi ‘ S SoC. Overflaten på kjøleflaten er maksimert for å utnytte termisk ledning mest effektivt og trekke varme bort fra prosessoren. Når Den befinner seg i det industrialiserte dekselet, Er Raspberry Pi i vertikal retning justert med ventilasjonsåpningene, og utnytter også varmekonveksjon for å gi den høyeste grad av kjøling mulig. I TILLEGG er LAN7515 erstattet med en industriell spec-chip, noe som gjør ALLE BB-400-komponentene vurdert for industriell drift (fra-25oc til +80oC.)

Forespurt vs Faktisk CPU

Tester utført ved 21oc ambient, faktisk CPU registrert etter vedvarende drift:

PÅ den nederste x-aksen er CPU-kravene laget av et program – for eksempel kan et overvåkingsprogram trenge 75% CPU-utnyttelse i vedvarende perioder for å utføre jobben. På den vertikale y-aksen er MENGDEN CPU-ytelse Som Pi er i stand til å levere. I fravær av gasspjeld, vil sporet med den forespurte CPU-ytelsen pa en 1: 1 basis, gitt AT CPU-gasspjeld oppstar nar komponenttemperaturen stiger. Gasspjeld / prosessor underklokking på grunn av overoppheting betyr imidlertid at DEN faktiske leverte CPU-ytelsen er mindre enn den forespurte.

den første tingen å merke seg er på 21oC, en typisk kontortemperatur, Raspberry Pi 3 kunne bare levere maksimalt 40% CPU-ytelse i vedvarende perioder. Raspberry Pi 3 + gir en stor forbedring – på grunn av det metalliske lokket kan det tilby opptil 65% CPU i vedvarende perioder.

BB-400 med sin tilpassede kjøleribbe kan levere 95% CPU-ytelse for vedvarende perioder.

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

Les mer: Hva er kjøleribben egenskapene TIL BB-400?

Denne artikkelen er 3rd kapittel I Brainboxes gratis E-Bok «Prototyping på En Pi – Din Guide Til Distribusjon Av En Raspberry Pi basert Prototype Rett Til Industri», fremhever noen av de vanligste problemene Med Raspberry Pi i industrielle miljøer og foreslår muligheter for en sømløs industriell distribusjon. Betraktninger inkluderer ‘Industrielle Sensorer’, ‘EMC’, ‘Strøm & Minnekorrupsjon’ og mer. Registrer Deg På Brainboxes Nyhetsbrev for å motta din gratis kopi!