hoe heet Is te heet voor Raspberry Pi?

een gemeld probleem met Raspberry Pi kan oververhit raken, met als gevolg verlies van prestaties, wanneer het bord wordt blootgesteld aan hoge temperaturen.

alle elektrische apparaten zijn gekwalificeerd voor een specifiek Bedrijfstemperatuurbereik waarbij het apparaat effectief zal werken. De bedrijfstemperatuur is afhankelijk van de opgegeven functie en toepassing van het apparaat; en varieert van een minimale tot een maximale omgevingstemperatuur waarbij de prestaties worden geoptimaliseerd. Temperaturen die buiten het gekwalificeerde ‘veilige’ bereik vallen, riskeren verlies van functionaliteit en in sommige gevallen totale mislukking.

Wat is de maximale bedrijfstemperatuur van een Raspberry Pi?

om de kosten laag te houden, is de Raspberry Pi gebouwd met commerciële kwaliteit chips die zijn gekwalificeerd voor verschillende temperatuurbereiken; de USB en Ethernet controller van de Pi 3 + (Microchip LAN7515) is gespecificeerd door de fabrikanten als gekwalificeerd van 0°C tot 70°C.

de SoC (System on Chip-de geïntegreerde schakeling die de PI ‘ s verwerking doet, een Broadcom BCM2837B0) is gekwalificeerd van -40°C tot 85°C.

dit betekent effectief dat de maximale bedrijfstemperatuur van de belangrijkste componenten van Raspberry Pi is 70oC en 85oC respectievelijk. Bij het overwegen van het effect van oververhitting op een Raspberry Pi prototype, is het noodzakelijk om andere bronnen van warmte te overwegen. Naast de omgevingstemperatuur stellen alle toepassingen eisen aan de CPU, GPU en hardware van de Pi, en naarmate deze belasting toeneemt, neemt ook de temperatuur van het bord toe – met name voor de twee belangrijke componenten: de USB – en Ethernetcontroller en de processor (SoC).

bedrijfstemperatuur van componenten = omgevingstemperatuur + door belasting veroorzaakte temperatuurstijging

in zijn typische configuratie bij stabiele omgevingstemperaturen verhogen desktoptoepassingen – zoals internetbrowsers en kantoorprogramma ‘ s zoals tekstverwerkers – de door belasting veroorzaakte temperatuurstijging en bijgevolg hoe heet de componenten zullen worden.

in industriële omgevingen zal een Raspberry Pi-prototype vaak nodig zijn om 24 uur per dag te functioneren, ongeacht het seizoen. In tegenstelling tot de typische kantooromgeving met airconditioning, kunnen industriële omgevingen hogere omgevingstemperaturen hebben als gevolg van factoren zoals metalen daken die kunnen fungeren als radiatoren, de nabijheid van industriële ovens en andere hete machines, enz. Omdat de componenttemperatuur van Pi het bovenste niveau van zijn werkbereik kan bereiken en zelfs kan overschrijden terwijl hij op een bureau in een temperatuurgestuurd kantoor zit, zal een industriële omgeving met zijn aanzienlijke stijging van de omgevingstemperatuur onvermijdelijk nog hogere temperaturen aan het bord leveren.

Hoe werkt Raspberry Pi omgaan met hoge temperaturen?

Raspberry Pi 3+ thermische kaart

bron: Gareth Halfacree Uit Bradford, UK

er is gerapporteerd dat Raspberry Pi kwetsbaar kan zijn voor oververhitting. De thermische kaart hierboven toont een Raspberry Pi 3+ processor bereiken naar 90oC. In verschillende tests is aangetoond dat het SoC van de Pi meer dan 100oC bedraagt. In bepaalde situaties kan de Pi buiten zijn gekwalificeerde Bedrijfstemperatuurbereik worden geduwd, waardoor zijn prestaties op lange termijn niet worden gegarandeerd.

over temperatuur waarschuwing (80oC-85oC) over temperatuur waarschuwing (meer dan 85oC)

CPU Underclocking

CPU underclocking is het proces van het beperken van de frequentie waarmee pulsen worden gebruikt om de bewerkingen van een processor te synchroniseren. Met andere woorden, doelbewust underclock CPU is bewust verminderen van de snelheid van de processor. Onderklokken verminderen de belasting geïnduceerde temperatuurstijging als lagere prestaties vermindert het energieverbruik eisen en dus genereert minder warmte in een apparaat.

voor Raspberry Pi 3+ is een “zachte” temperatuurgrens van 60 ° C ingevoerd. Dit betekent dat zelfs voordat de harde limiet bij 85oC wordt bereikt, de kloksnelheid wordt verlaagd van 1,4 GHz naar lagere frequenties, waardoor de temperatuurstijging van de componenten wordt verminderd. Deze onderklokken verhogen Pi ’s systeemstabiliteit bij hoge temperaturen, met als doel ervoor te zorgen dat de bedrijfstemperatuur Onder het 80oC’ veilige ‘ niveau blijft, maar dit gaat ten koste van de prestaties van de processor. Wanneer een systeem opzettelijk underclocks door throttling de CPU te beschermen tegen hardware schade; de snelheid van de processor wordt vertraagd, die onvermijdelijk beperkt de snelheid van de operaties.

tragere operaties + verhoogde uitvaltijd = lagere winstmarges

het verhogen van Pi ’s CPU throttling drempel

standaard is Pi’ s soft limit ingesteld op 60°C, maar het is mogelijk om de temperatuur waarbij CPU throttling plaatsvindt in te stellen op een hogere drempelwaarde. Door de regel temp_soft_limit=70 toe te voegen aan de /boot/config.txt bestand, automatische onderklokken kunnen worden ‘uitgesteld’ tot de Pi een hogere temperatuur bereikt. Terwijl Raspberry Pi ’s CPU is over het algemeen bestand tegen hoge temperaturen voor korte uitbarstingen, werkt aan de bovenkant van het bereik vormt aanzienlijke risico’ s voor de levensduur van het apparaat.

Is de enige manier om te voorkomen dat oververhitting problemen met Pi te underclock of beperken van de belasting op de CPU?

gelukkig kan elke oplossing die het effect van omgevingstemperatuur of door belasting veroorzaakte temperatuurstijging vermindert, helpen de SoC onder de zachte limiet te houden zonder de belasting van de toepassing te beperken of de snelheid van de processor te beperken, zelfs in industriële toepassingen.

get vertical

door simpelweg de Raspberry Pi in een rechtopstaande richting te bewegen met de GPIO-header aan de onderkant en de HDMI-poorten aan de bovenkant, wordt het beheer van de omgevingstemperatuur verbeterd.

Raspberry Pi 4 rechtop

bron: Raspberrypi.org / blog

het verticaal Oriënteren van de componenten zal een onmiddellijk effect hebben op de koeling en de daaropvolgende verwarming vertragen, aangezien een betere convectie de omringende lucht in staat stelt sneller warmte van het bord af te voeren. Bovendien wordt de beschikbare oppervlakte voor koeling vergroot door de achterkant van het bord weg te bewegen van warmte-isolerende oppervlakken.

Installeer een ventilator

Raspberry Pi met ventilator en behuizing

Lorenzo Toscano

als de warmte snel uit de componenten kan worden verwijderd, zal de door belasting veroorzaakte temperatuurstijging niet zo ‘ n dramatisch effect hebben op de prestaties. Een optie om warmte af te voeren van Pi ‘ s Componenten is het monteren van een koelventilator, aangedreven door de GPIO. Compatibele ventilatoren zijn op grote schaal beschikbaar tegen relatief lage kosten en kunnen worden geplaatst om koeling te leveren waar het het meest nodig is: de SoC.

warmte absorberen en afvoeren met een koellichaam

, ontworpen met een maximaal oppervlak om optimaal gebruik te maken van contact met een koelmedium – zoals lucht – koellichamen gebruiken thermische geleiding om warmte uit elektronische apparaten te verspreiden. Bij de ontwikkeling van het model 3+, de Raspberry Pi stichting erkend de oververhitting problemen en gekozen voor een metalen schild passen over de SoC te verspreiden en warmte af te voeren.Hoewel tests aantonen dat de Raspberry Pi met het metalen schild (Pi 3+) beter presteert dan zonder (Pi 3), kan de toevoeging van een speciaal ontworpen koellichaam voor industriële toepassingen helpen bij het bestrijden van hoge temperaturen en het drastisch verlagen van de temperatuur van de SoC.

Brainboxes BB-400 met aangepaste aluminium heatsink

Brainboxes ontwierp een aangepaste aluminium heatsink voor de BB-400 Industriële Rand ControllerBB-400 Industriële Rand van de Controller, die zit in direct contact met de Pi ‘ s SoC. Het oppervlak van de koellichaam is gemaximaliseerd om de thermische geleiding zo efficiënt mogelijk te benutten en warmte van de processor af te voeren. Wanneer gelegen in de geïndustrialiseerde dekking, de Raspberry Pi is in een verticale oriëntatie uitgelijnd met de ontluchtingsopeningen en dus ook exploiteert warmte convectie te bieden de hoogste graad van koeling mogelijk. Daarnaast is de LAN7515 vervangen door een industriële spec chip, waardoor alle onderdelen van de BB-400 geschikt zijn voor industriële werking (van-25oC tot +80oC.)

gevraagd vs werkelijke CPU

Tests uitgevoerd bij 21oc omgevingstemperatuur, werkelijke CPU geregistreerd na langdurig gebruik:

op de onderste x-as staan de CPU – vereisten die door een toepassing worden gemaakt-een monitoringapplicatie kan bijvoorbeeld 75% CPU-gebruik nodig hebben voor langdurige perioden om zijn taak uit te voeren. Op de verticale y-as is de hoeveelheid CPU prestaties die de Pi kan leveren. In de afwezigheid van throttling, zal volgen met de gevraagde CPU prestaties op een 1:1 basis, gezien het feit dat CPU throttling optreedt wanneer de component temperatuur stijgt. Echter, throttling / processor onderklokken als gevolg van oververhitting betekent dat de werkelijke geleverde CPU prestaties is minder dan de gevraagde.

het eerste om op te merken is dat bij 21oC, een typische kantoortemperatuur, de Raspberry Pi 3 slechts een maximum van 40% CPU prestaties kon leveren voor langere tijd. De Raspberry Pi 3 + biedt een grote verbetering-als gevolg van zijn metalen deksel kan bieden tot 65% CPU voor langere tijd.

de BB-400 met zijn custom heatsink kan 95% CPU prestaties leveren voor langere perioden.

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

Lees verder: Wat zijn de warmteafvoermogelijkheden van de BB-400?

dit artikel is het 3e hoofdstuk in Brainboxes gratis E-Book “Prototyping op een Pi – uw Gids Voor het implementeren van een Raspberry Pi gebaseerde Prototype rechtstreeks naar de industrie”, aandacht voor een aantal van de meest voorkomende problemen met Raspberry Pi in industriële omgevingen en suggereert mogelijkheden voor een naadloze industriële implementatie. Hierbij gaat het onder meer om ‘industriële sensoren’, ‘EMC’, ‘vermogen & Geheugencorruptie’ en meer. Meld je aan voor de Brainboxes nieuwsbrief om je gratis exemplaar te ontvangen!