jak gorąco jest za gorąco na Raspberry Pi?

zgłoszony problem z Raspberry Pi może być przegrzany, co powoduje utratę wydajności, gdy płyta jest narażona na działanie wysokich temperatur.

wszystkie urządzenia elektryczne są kwalifikowane do określonego zakresu temperatur pracy, w którym urządzenie będzie działać skutecznie. Temperatura pracy zależy od określonej funkcji i zastosowania urządzenia; i waha się od minimalnej do maksymalnej temperatury otoczenia, w której wydajność jest zoptymalizowana. Temperatury mieszczące się poza kwalifikowanym „bezpiecznym” zakresem będą narażone na utratę funkcjonalności, a w niektórych przypadkach na całkowitą awarię.

Jaka jest maksymalna temperatura pracy Raspberry Pi?

aby utrzymać niskie koszty, Raspberry Pi jest zbudowany z komercyjnych układów scalonych, które są kwalifikowane do różnych zakresów temperatur; kontroler USB i Ethernet Pi 3+ (Microchip LAN7515) jest określony przez producentów jako kwalifikowany od 0°C do 70°C.

SoC (System On Chip – the integrated circuit that does the Pi ’ s processing, a Broadcom BCM2837B0) jest kwalifikowany od -40°C do 85°C.

oznacza to, że maksymalna temperatura robocza kluczowych komponentów Raspberry Pi wynosi odpowiednio 70oC i 85oC. Biorąc pod uwagę wpływ przegrzania na prototyp Raspberry Pi, należy wziąć pod uwagę inne źródła ciepła. Oprócz temperatury otoczenia, wszystkie aplikacje stawiają wymagania procesorowi Pi, procesorowi GPU i sprzętowi, a wraz ze wzrostem tego obciążenia rośnie temperatura płyty-szczególnie w odniesieniu do dwóch kluczowych komponentów-kontrolera USB i Ethernet oraz procesora (SoC).

temperatura pracy komponentu = Temperatura otoczenia + wzrost temperatury wywołany obciążeniem

w swojej typowej konfiguracji w stabilnych temperaturach otoczenia, aplikacje desktopowe – takie jak przeglądarki internetowe i programy biurowe, takie jak edytory tekstu – zwiększają wzrost temperatury wywołany obciążeniem, a w konsekwencji jak gorące będą komponenty.

w środowiskach przemysłowych prototyp Raspberry Pi często musi działać 24 godziny na dobę, niezależnie od sezonu. W przeciwieństwie do typowego środowiska biurowego z klimatyzacją, środowiska przemysłowe mogą mieć wyższe temperatury otoczenia ze względu na takie czynniki, jak metalowe dachy, które mogą działać jako grzejniki, bliskość pieców przemysłowych i innych maszyn gorących itp. Ponieważ temperatura komponentów Pi może osiągnąć, a nawet przekroczyć górny poziom zakresu roboczego, siedząc na biurku w biurze o kontrolowanej temperaturze, środowisko przemysłowe ze znacznym wzrostem temperatury otoczenia nieuchronnie dostarczy jeszcze wyższych temperatur do płyty.

jak Raspberry Pi radzą sobie z wysokimi temperaturami?

Raspberry Pi 3+ Mapa termiczna

źródło: Gareth Halfacree z Bradford, Wielka Brytania

odnotowano, że Raspberry Pi może być podatny na problemy z przegrzaniem. Powyższa Mapa termiczna pokazuje procesor Raspberry Pi 3+ sięgający 90oC. W kilku testach wykazano, że SoC Pi przekracza 100oC. W pewnych sytuacjach Pi może zostać wypchnięty poza kwalifikowany zakres temperatur pracy, dlatego jego długoterminowe działanie nie jest gwarantowane.

ostrzeżenie o nadmiernej temperaturze (80oC-85oC) ostrzeżenie o nadmiernej temperaturze (powyżej 85oC)

Podkręcanie procesora

Podkręcanie procesora to proces ograniczania częstotliwości, z jaką impulsy są używane do synchronizacji operacji procesora. Innymi słowy, celowe Podkręcanie procesora oznacza świadome zmniejszenie prędkości procesora. Podkręcanie zmniejsza wzrost temperatury wywołany obciążeniem, ponieważ niższa wydajność zmniejsza zapotrzebowanie na energię, a tym samym generuje mniej ciepła wewnątrz urządzenia.

dla Raspberry Pi 3+ wprowadzono „miękką” temperaturę 60oC. Oznacza to, że nawet przed osiągnięciem twardego limitu przy 85oC, Prędkość zegara jest zmniejszona z 1,4 GHz do niższych częstotliwości, zmniejszając wzrost temperatury komponentów. To Podkręcanie zwiększa stabilność systemu Pi w wysokich temperaturach, mając na celu zapewnienie, że temperatura robocza pozostanie poniżej „bezpiecznego” poziomu 80oC, ale dzieje się to kosztem wydajności procesora. Kiedy system celowo blokuje procesor, Dławienie procesora w celu ochrony przed uszkodzeniem sprzętu, prędkość procesora jest spowolniona, co nieuchronnie ogranicza szybkość operacji.

wolniejsze operacje + zwiększone przestoje = zmniejszone marże zysku

zwiększenie progu dławienia procesora Pi

domyślnie miękki limit Pi jest ustawiony na 60°C, ale możliwe jest ustawienie temperatury, w której występuje Dławienie procesora na wyższą wartość progową. Poprzez dodanie linii temp_soft_limit=70 do pliku/boot / config.plik txt, automatyczne Podkręcanie może być „odroczone”, aż Pi osiągnie wyższą temperaturę. Podczas gdy procesor Raspberry Pi jest na ogół w stanie wytrzymać wysokie temperatury w przypadku krótkich serii, praca na górnym końcu zakresu stwarza znaczne ryzyko dla długowieczności urządzenia.

czy jedynym sposobem na uniknięcie problemów z przegrzaniem Pi jest podkręcenie lub ograniczenie obciążenia procesora?

na szczęście każde rozwiązanie, które zmniejsza wpływ temperatury otoczenia lub wzrost temperatury wywołany obciążeniem, może pomóc utrzymać SoC w miękkim limicie bez konieczności ograniczania obciążenia aplikacji lub ograniczania prędkości procesora, nawet w zastosowaniach przemysłowych.

uzyskaj pionową

po prostu przesuwając Raspberry Pi w pionową orientację z nagłówkiem GPIO na dole i portami HDMI na górze, zarządzanie temperaturą otoczenia zostanie poprawione.

Raspberry Pi 4 w pozycji pionowej

źródło: Raspberrypi.org/blog

zorientowanie elementów w pionie będzie miało natychmiastowy wpływ na chłodzenie i spowolni późniejsze nagrzewanie, ponieważ ulepszona konwekcja pozwala otaczającemu powietrzu szybciej pobierać ciepło z płyty. Dodatkowo zwiększono dostępną powierzchnię do chłodzenia poprzez odsunięcie tylnej części płyty od powierzchni termoizolacyjnych.

zainstaluj wentylator

Raspberry Pi z wentylatorem i obudową

Lorenzo Toscano

jeśli ciepło można szybko usunąć z komponentów, wzrost temperatury wywołany obciążeniem nie będzie miał tak dramatycznego wpływu na wydajność. Jedną z opcji rozpraszania ciepła z komponentów Pi jest zamontowanie wentylatora chłodzącego, zasilanego przez GPIO. Kompatybilne wentylatory są powszechnie dostępne przy stosunkowo niskich kosztach i mogą być ustawione tak, aby dostarczać chłodzenie tam, gdzie jest najbardziej potrzebne: SoC.

pochłaniają i rozpraszają ciepło za pomocą radiatora

zaprojektowanego z maksymalnym polem powierzchni, aby jak najlepiej wykorzystać kontakt z medium chłodzącym – takim jak powietrze – radiatory wykorzystują przewodnictwo cieplne do rozpraszania ciepła z urządzeń elektronicznych. Przy opracowywaniu modelu 3+, Fundacja Raspberry Pi uznał problemy przegrzania i postanowił dopasować metalową osłonę nad SoC do rozprzestrzeniania się i rozpraszania ciepła.

chociaż testy wskazują, że Raspberry Pi z metalową osłoną (Pi 3+) działa lepiej niż bez (Pi 3), do zastosowań przemysłowych dodanie zaprojektowanego radiatora może pomóc w walce z wysokimi temperaturami i radykalnie obniżyć temperaturę SoC.

Brainboxes BB-400 with custom aluminium heatsink

Brainboxes zaprojektował Niestandardowy aluminiowy radiator do przemysłowego kontrolera krawędzi BB-400, który znajduje się w bezpośrednim kontakcie z SoC Pi. Powierzchnia radiatora jest zmaksymalizowana,aby jak najefektywniej wykorzystywać przewodnictwo cieplne i odprowadzać ciepło z procesora. Raspberry Pi znajduje się w uprzemysłowionej pokrywie, w orientacji pionowej wyrównanej z otworami odpowietrzającymi, dzięki czemu wykorzystuje konwekcję ciepła, aby zapewnić najwyższy możliwy stopień chłodzenia. Ponadto LAN7515 został zastąpiony przemysłowym układem scalonym, dzięki czemu wszystkie komponenty BB-400 są przystosowane do pracy w przemyśle (od-25oC do +80oC.)

wymagane vs rzeczywisty procesor

testy wykonywane w temperaturze otoczenia 21oC, rzeczywisty procesor rejestrowany po długotrwałej pracy:

na dolnej osi x znajdują się wymagania procesora stawiane przez aplikację-na przykład aplikacja monitorująca może potrzebować 75% wykorzystania procesora przez dłuższy czas, aby wykonać swoje zadanie. Na pionowej osi y jest ilość wydajności procesora, że Pi jest w stanie dostarczyć. W przypadku braku dławienia, będzie śledzić wymaganą wydajność procesora na zasadzie 1:1, biorąc pod uwagę, że Dławienie procesora występuje, gdy temperatura komponentu wzrasta. Jednak Dławienie / niedrożność procesora z powodu przegrzania oznacza, że rzeczywista wydajność procesora jest mniejsza niż wymagana.

pierwszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest temperatura 21oC, typowa temperatura biurowa, Raspberry Pi 3 może dostarczyć maksymalnie 40% wydajności procesora przez dłuższy czas. Raspberry Pi 3+ oferuje dużą poprawę – dzięki metalowej pokrywie może oferować do 65% procesora przez dłuższy czas.

BB-400 z własnym radiatorem może zapewnić 95% wydajności procesora przez dłuższy czas.

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

Czytaj więcej na ten temat: jakie są możliwości radiatora BB-400?

ten artykuł jest trzecim rozdziałem w Darmowym e-booku Brainboxes „Prototypowanie na Pi-Twój przewodnik po wdrożeniu prototypu opartego na Raspberry Pi prosto do przemysłu”, podkreślając niektóre z najczęstszych problemów z Raspberry Pi w środowiskach przemysłowych i sugeruje możliwości bezproblemowego wdrożenia przemysłowego. Rozważania obejmują „czujniki Przemysłowe”, „EMC”, „Zasilanie & uszkodzenie pamięci” i inne. Zapisz się do newslettera Brainboxes, aby otrzymać darmową kopię!