hur varmt är för varmt för Raspberry Pi?

ett rapporterat problem med Raspberry Pi kan överhettas, med en följd förlust av prestanda, när kortet utsätts för höga temperaturer.

alla elektriska apparater är kvalificerade till ett specifikt Driftstemperaturområde där enheten fungerar effektivt. Driftstemperaturen beror på den angivna funktionen och användningen av enheten; och sträcker sig från ett minimum till en maximal omgivningstemperatur vid vilken prestanda optimeras. Temperaturer som faller utanför det kvalificerade ’safe’ – intervallet riskerar förlust av funktionalitet och i vissa fall totalt fel.

Vad är den maximala driftstemperaturen för en Raspberry Pi?

för att hålla kostnaderna låga är Raspberry Pi byggd med kommersiella kvalitetschips som är kvalificerade till olika temperaturområden; USB – och Ethernet-styrenheten för Pi 3+ (Microchip LAN7515) specificeras av tillverkarna som kvalificerade från 0 C till 70 C.

SoC (System on Chip – den integrerade kretsen som gör Pi: s bearbetning, en Broadcom BCM2837B0) är kvalificerad från -40 C till 85 C.

Detta innebär effektivt att den maximala driftstemperaturen för Raspberry Pi: s nyckelkomponenter är 70oC respektive 85oc. När man överväger effekten av överhettning på en Raspberry Pi-prototyp är det nödvändigt att överväga andra värmekällor. Förutom omgivningstemperaturen ställer alla applikationer krav på Pi: s CPU, GPU och hårdvara, och när denna belastning ökar så ökar kortets temperatur – särskilt för de två nyckelkomponenterna – USB-och Ethernet-styrenheten och processorn (SoC).

komponentens Driftstemperatur = Omgivningstemperatur + belastningsinducerad temperaturökning

i sin typiska konfiguration i stabila omgivningstemperaturer ökar skrivbordsapplikationer – som webbläsare och kontorsprogram som ordbehandlare – belastningsinducerad temperaturökning och följaktligen hur heta komponenterna kommer att bli.

i industriella miljöer krävs ofta en Raspberry Pi-prototyp för att fungera 24 timmar om dygnet oavsett säsong. Till skillnad från den typiska kontorsmiljön med luftkonditionering kan industriella miljöer ha högre omgivningstemperaturer på grund av faktorer som metalltak som kan fungera som radiatorer, närhet till industriugnar och andra heta maskiner etc. Eftersom Pi: s komponenttemperatur kan nå, och till och med överstiga, den övre nivån av sitt arbetsområde medan man sitter på ett skrivbord i ett temperaturstyrt kontor, kommer en industriell miljö med sin betydande ökning av omgivningstemperaturen oundvikligen att ge ännu högre temperaturer till styrelsen.

Hur hanterar Raspberry Pi höga temperaturer?

Raspberry Pi 3+ termisk karta

källa: Gareth Halfacree Från Bradford, Storbritannien

det har rapporterats att Raspberry Pi kan vara sårbar för överhettningsproblem. Den termiska kartan ovan visar en Raspberry Pi 3 + – processor som når mot 90oC. I flera tester har Pi: s SoC visat sig överstiga 100oC. I vissa situationer kan Pi skjutas utöver sitt kvalificerade Driftstemperaturområde, därför är dess långsiktiga prestanda inte garanterad.

varning för övertemperatur (80oC-85oC) varning för övertemperatur (över 85oC)

CPU-Underklockning

CPU-underklockning är processen att begränsa frekvensen vid vilken pulser används för att synkronisera en processors operationer. Med andra ord, att medvetet underklocka CPU är att medvetet minska processorns hastighet. Underklockning minskar den belastningsinducerade temperaturökningen eftersom lägre prestanda minskar kraven på strömförbrukning och därför genererar mindre värme inuti en enhet.

för Raspberry Pi 3 + har en’ mjuk ’ temperaturgräns på 60oC införts. Detta innebär att även innan du når den hårda gränsen vid 85oC reduceras klockhastigheten från 1,4 GHz till lägre frekvenser, vilket minskar temperaturökningen till komponenterna. Denna underklockning ökar Pi: s systemstabilitet vid höga temperaturer, vilket syftar till att säkerställa att driftstemperaturen förblir under 80oC ’säker’ nivå, men detta kommer på bekostnad av processorns prestanda. När ett system medvetet underklockar genom att strypa CPU: n för att skydda mot hårdvaruskador; processorns hastighet saktas ner, vilket oundvikligen begränsar operationens hastighet.

långsammare verksamhet + ökad stilleståndstid = minskade vinstmarginaler

öka PI: s CPU-strypningströskel

som standard är Pi: s mjuka gräns inställd på 60 CCB, men det är möjligt att ställa in temperaturen vid vilken CPU-strypning sker till ett högre tröskelvärde. Genom att lägga till raden temp_soft_limit = 70 till/boot / config.txt-fil, automatisk underklockning kan skjutas upp tills Pi når en högre temperatur. Medan Raspberry Pi: s CPU i allmänhet kan motstå höga temperaturer för korta skurar, innebär drift vid den övre änden av intervallet betydande risker för enhetens livslängd.

är det enda sättet att undvika överhettningsproblem med Pi för att underklocka eller begränsa belastningen på CPU: n?

lyckligtvis kan alla lösningar som minskar effekten av Omgivningstemperatur eller belastningsinducerad temperaturökning hjälpa till att hålla SoC under den mjuka gränsen utan att behöva begränsa applikationsbelastningen eller gasa processorns hastighet, även i industriella applikationer.

få vertikal

genom att helt enkelt flytta Raspberry Pi till en upprätt orientering med GPIO-huvudet längst ner och HDMI-portarna högst upp, kommer hanteringen av omgivningstemperaturen att förbättras.

Raspberry Pi 4 i upprätt läge

källa: Raspberrypi.org / blog

orientering av komponenterna vertikalt kommer att ha en omedelbar inverkan på kylningen och kommer att sakta ner efterföljande uppvärmning, eftersom förbättrad konvektion gör att omgivande luft kan dra värme bort från brädet snabbare. Dessutom ökas den tillgängliga ytan för kylning genom att flytta baksidan av brädet bort från värmeisolerande ytor.

installera en fläkt

Raspberry Pi med fläkt och fodral

Lorenzo Toscano

om värmen snabbt kan tas bort från komponenterna kommer den belastningsinducerade temperaturökningen inte att ha lika dramatisk effekt på prestanda. Ett alternativ för att avleda värme från Pi: s komponenter är att montera en kylfläkt som drivs genom GPIO. Kompatibla fläktar är allmänt tillgängliga till en relativt låg kostnad och kan placeras för att leverera kylning till där det behövs mest: SoC.

absorbera och avleda värme med en kylfläns

Utformad med en maximerad yta för att bäst utnyttja kontakt med ett kylmedium – såsom Luft – kylflänsar använder värmeledning för att sprida värme från elektroniska enheter. Vid utvecklingen av model 3+ erkände Raspberry Pi Foundation överhettningsproblemen och valde att passa en metallsköld över SoC för att sprida och sprida värme.

medan tester indikerar att Raspberry Pi med metallskölden (Pi 3+) presterar bättre än utan (Pi 3), för industriella applikationer kan tillägget av en designad kylfläns hjälpa till att bekämpa höga temperaturer och dramatiskt minska SoC-temperaturen.

Brainboxes BB-400 med anpassad aluminium kylfläns

Brainboxes designade en anpassad kylfläns i aluminium för BB – 400 Industrial Edge ControllerBB-400 Industrial Edge Controller, som sitter i direkt kontakt med Pi: s SoC. Kylflänsens yta maximeras för att effektivt utnyttja värmeledningen och dra bort värmen från processorn. När den är placerad i det industrialiserade locket är Raspberry Pi i vertikal orientering i linje med ventilationsöppningarna och utnyttjar därför värmekonvektion för att ge högsta möjliga kylningsgrad. Dessutom ersätts LAN7515 med ett industriellt spec-chip, vilket gör alla BB-400s komponenter klassade för industriell drift (från-25oC till +80oC.)

begärd vs faktisk CPU

tester utförda vid 21oc omgivande, faktisk CPU inspelad efter långvarig drift:

på den nedre X-axeln är CPU-kraven som görs av en applikation – till exempel kan en övervakningsapplikation behöva 75% CPU-användning under långvariga perioder för att utföra sitt jobb. På den vertikala y-axeln är mängden CPU-prestanda som Pi kan leverera. I avsaknad av strypning, kommer att spåra med den begärda CPU-prestanda på en 1:1 basis, med tanke på att CPU strypning uppstår när komponenttemperaturen stiger. Strypning / processor underklockning på grund av överhettning innebär dock att den faktiska levererade CPU-prestandan är mindre än den begärda.

det första att notera är vid 21oc, en typisk kontorstemperatur, Raspberry Pi 3 kunde bara leverera högst 40% CPU-prestanda under långvariga tidsperioder. Raspberry Pi 3 + erbjuder en stor förbättring – på grund av sitt metalliska lock kan den erbjuda upp till 65% CPU under långvariga perioder.

BB – 400 med sin anpassade kylfläns kan leverera 95% CPU-prestanda under långvariga perioder.

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

Läs mer: Vad är kylflänsens kapacitet för BB-400?

denna artikel är den 3: e kapitlet i Brainboxes gratis e-bok” Prototyping på en Pi – din Guide till att distribuera en Raspberry Pi baserad prototyp direkt till industrin”, belyser några av de vanligaste problemen med Raspberry Pi i industriella miljöer och föreslår möjligheter för en sömlös industriell distribution. Överväganden inkluderar ’industriella sensorer’, ’EMC’, ’Power & minneskorruption’ och mer. Anmäl dig till Brainboxes nyhetsbrev för att få din gratis kopia!