cât de fierbinte este prea fierbinte pentru Raspberry Pi?

o problemă raportată cu Raspberry Pi poate fi supraîncălzirea, cu o pierdere de performanță rezultată, atunci când placa este expusă la temperaturi ridicate.

toate dispozitivele electrice sunt calificate la un anumit interval de temperatură de funcționare la care dispozitivul va funcționa eficient. Temperatura de funcționare depinde de funcția specificată și de aplicarea dispozitivului; și variază de la o temperatură ambiantă minimă la o temperatură maximă la care performanța este optimizată. Temperaturile care se încadrează în afara intervalului ‘sigur’ calificat vor risca pierderea funcționalității și, în unele cazuri, defectarea totală.

care este temperatura maximă de funcționare a unui Raspberry Pi?

pentru a menține costurile scăzute, Raspberry Pi este construit cu cipuri de calitate comercială care sunt calificate la diferite intervale de temperatură; controlerul USB și Ethernet al Pi 3+ (microcip LAN7515) este specificat de producători ca fiind calificat de la 0 la 70 la 70 la sută.

soc (System on Chip – circuitul integrat care face procesarea Pi, un Broadcom BCM2837B0) este calificat de la -40 C la 85 C.

aceasta înseamnă efectiv că temperatura maximă de funcționare a componentelor cheie Raspberry Pi este 70oC și, respectiv, 85oC. Având în vedere efectul supraîncălzirii asupra unui prototip Raspberry Pi, este necesar să se ia în considerare alte surse de căldură. În plus față de temperatura ambiantă, toate aplicațiile solicită CPU – ul, GPU – ul și hardware-ul Pi și, pe măsură ce această sarcină crește, crește și temperatura plăcii-în special la cele două componente cheie-controlerul USB și Ethernet și procesorul (soc).

temperatura de funcționare a componentelor = temperatura ambiantă + creșterea temperaturii induse de sarcină

în configurația sa tipică la temperaturi ambientale stabile, aplicațiile desktop – cum ar fi browserele de internet și programele de birou precum procesoarele de text – măresc creșterea temperaturii induse de sarcină și, în consecință, cât de fierbinți vor deveni componentele.

în mediile industriale, un prototip Raspberry Pi va fi adesea necesar să funcționeze 24 de ore pe zi, indiferent de sezon. Spre deosebire de mediul tipic de birou cu aer condiționat, mediile industriale pot avea temperaturi ambientale mai ridicate datorită unor factori precum acoperișurile metalice care pot acționa ca radiatoare, apropierea de cuptoarele industriale și alte mașini fierbinți etc. Deoarece temperatura componentelor Pi poate atinge și chiar depăși nivelul superior al domeniului său de funcționare în timp ce stă pe un birou într-un birou cu temperatură controlată, un mediu industrial cu creșterea substanțială a temperaturii ambiante va livra inevitabil temperaturi și mai ridicate la bord.

cum se descurcă Raspberry Pi cu temperaturile ridicate?

Raspberry Pi 3+ thermal map

Sursa: Gareth Halfacree Din Bradford, Marea Britanie

s-a raportat că Raspberry Pi poate fi vulnerabil la probleme de supraîncălzire. Harta termică de mai sus arată un procesor Raspberry Pi 3+ care ajunge spre 90oC. În mai multe teste, soc-ul Pi s-a dovedit a depăși 100oC. În anumite situații, Pi poate fi împins dincolo de intervalul său de temperatură de funcționare calificat, prin urmare performanța sa pe termen lung nu este garantată.

peste temperatura de avertizare (80oC-85oC) peste temperatura de avertizare (peste 85oC)

CPU Underclocking

CPU underclocking este procesul de limitare a frecvenței la care impulsurile sunt utilizate pentru a sincroniza operațiunile unui procesor. Cu alte cuvinte, pentru a underclock în mod deliberat CPU este de a reduce în mod conștient viteza procesorului. Underclocking reduce creșterea temperaturii indusă de sarcină, deoarece performanța mai mică reduce cerințele de consum de energie și, prin urmare, generează mai puțină căldură în interiorul unui dispozitiv.

pentru Raspberry Pi 3+, a fost introdusă o limită de temperatură ‘soft’ de 60oC. Aceasta înseamnă că, chiar înainte de a atinge limita hard la 85oC, viteza ceasului este redusă de la 1,4 GHz la frecvențe mai mici, reducând creșterea temperaturii la componente. Acest subclocking crește stabilitatea sistemului Pi la temperaturi ridicate, cu scopul de a se asigura că temperatura de funcționare rămâne sub nivelul 80oC ‘safe’, dar acest lucru vine în detrimentul performanței procesorului. Atunci când un sistem se blochează în mod deliberat prin limitarea procesorului pentru a fi protejat de deteriorarea hardware; viteza procesorului este încetinită, ceea ce limitează inevitabil viteza operațiunilor.

operațiuni mai lente + timp de nefuncționare crescut = marje de profit scăzute

creșterea pragului de limitare a procesorului Pi

în mod implicit, limita soft a Pi este setată la 60 C, dar este posibil să setați temperatura la care are loc limitarea procesorului la o valoare de prag mai mare. Prin adăugarea liniei temp_soft_limit = 70 la/boot / config.fișier txt, underclocking automat poate fi ‘amânat’ până când Pi ajunge la o temperatură mai mare. În timp ce CPU-ul Raspberry Pi este, în general, capabil să reziste la temperaturi ridicate pentru explozii scurte, funcționarea la capătul superior al gamei prezintă riscuri semnificative pentru longevitatea dispozitivului.

este singura modalitate de a evita problemele de supraîncălzire cu Pi pentru a underclock sau a limita sarcina pe CPU?

din fericire, orice soluție care scade efectul temperaturii ambiante sau al creșterii temperaturii induse de sarcină poate ajuta la menținerea SoC sub limita moale, fără a fi nevoie să limitați sarcina aplicației sau să accelerați viteza procesorului, chiar și în aplicațiile industriale.

Obțineți vertical

prin simpla mutare a Raspberry Pi într-o orientare verticală cu antetul GPIO în partea de jos și porturile HDMI în partea de sus, gestionarea temperaturii ambiante va fi îmbunătățită.

Raspberry Pi 4 în poziție verticală

Sursa: Raspberrypi.org / blog

orientarea componentelor pe verticală va avea un impact imediat asupra răcirii și va încetini încălzirea ulterioară, deoarece convecția îmbunătățită permite aerului din jur să atragă căldura de pe placă mai rapid. În plus, suprafața disponibilă pentru răcire este mărită prin deplasarea spatelui plăcii departe de suprafețele termoizolante.

instalați un ventilator

Raspberry Pi cu ventilator și carcasă

Lorenzo Toscano

dacă căldura poate fi îndepărtată rapid din componente, atunci creșterea temperaturii indusă de sarcină nu va avea un efect atât de dramatic asupra performanței. O opțiune pentru disiparea căldurii din componentele Pi este montarea unui ventilator de răcire, alimentat prin GPIO. Ventilatoarele compatibile sunt disponibile pe scară largă la un cost relativ scăzut și pot fi poziționate pentru a oferi răcire acolo unde este nevoie cel mai mult: SoC.

absorbiți și disipați căldura cu un radiator

proiectat cu o suprafață maximă pentru a utiliza cel mai bine contactul cu un mediu de răcire – cum ar fi aerul – radiatoarele utilizează conducta termică pentru a dispersa căldura de la dispozitivele electronice. În dezvoltarea modelului 3+, Fundația Raspberry Pi a recunoscut problemele de supraîncălzire și a ales să monteze un scut metalic peste SoC pentru a răspândi și disipa căldura.

în timp ce testele indică faptul că Raspberry Pi cu scutul metalic (Pi 3+) funcționează mai bine decât fără (Pi 3), pentru aplicații industriale adăugarea unui radiator proiectat pentru scop poate ajuta la combaterea temperaturilor ridicate și la reducerea dramatică a temperaturii SoC.

Brainboxes BB – 400 cu radiator personalizat din aluminiu

Brainboxes a proiectat un radiator personalizat din aluminiu pentru controlerul de margine Industrial BB-400B-400, care se află în contact direct cu soc-ul Pi. Suprafața radiatorului este maximizată pentru a utiliza cel mai eficient conducta termică și pentru a îndepărta căldura de la procesor. Când este situat în capacul industrializat, Raspberry Pi este într-o orientare verticală aliniată cu deschiderile de aerisire și, de asemenea, exploatează convecția de căldură pentru a oferi cel mai înalt grad de răcire posibil. În plus, LAN7515 este înlocuit cu un cip specific industrial, făcând toate componentele BB-400 să fie evaluate pentru funcționarea industrială (de la-25oC la +80oC.)

solicitat vs CPU real

teste efectuate la 21oc ambient, CPU real înregistrat după o funcționare susținută:

pe axa X de jos se află cerințele procesorului făcute de o aplicație – de exemplu, o aplicație de monitorizare poate avea nevoie de o utilizare a procesorului de 75% pentru perioade susținute de timp pentru a-și îndeplini sarcina. Pe axa verticală y este cantitatea de performanță a procesorului pe care Pi este capabilă să o livreze. În absența throttling, va urmări cu performanța procesorului solicitat pe o bază 1:1, având în vedere că throttling CPU are loc atunci când temperatura componentei crește. Cu toate acestea, limitarea/ blocarea procesorului din cauza supraîncălzirii înseamnă că performanța efectivă a procesorului livrat este mai mică decât cea solicitată.

primul lucru de remarcat este la 21oC, o temperatură tipică de birou, Raspberry Pi 3 ar putea oferi doar o performanță maximă de 40% a procesorului pentru perioade susținute de timp. Raspberry Pi 3 + oferă o mare îmbunătățire – datorită capacului său metalic poate oferi până la 65% CPU pentru perioade susținute de timp.

BB-400 cu radiatorul personalizat poate oferi performanțe CPU de 95% pentru perioade susținute.

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

citiți mai multe: care sunt capacitățile radiatorului BB-400?

acest articol este al 3-lea capitol din Brainboxes gratuit E – Book „Prototyping pe un Pi-Ghidul tau pentru implementarea unui prototip bazat pe Raspberry Pi direct în industrie”, subliniind unele dintre cele mai frecvente probleme cu Raspberry Pi în medii industriale și sugerează posibilități pentru o implementare industrială fără sudură. Considerațiile includ ‘senzori industriali’, ‘EMC’, ‘Power & corupția memoriei’ și multe altele. Înscrieți-vă la buletinul informativ Brainboxes pentru a primi copia gratuită!