Raspberry Pi Power & Cooling Mods: 11 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

C'est un peu embarrassant d'admettre que dix Raspberry Pis font divers travaux dans la maison, mais cela dit, je viens d'en acheter un autre, alors j'ai pensé que ce serait une bonne idée de documenter et de partager mes modifications Pi standard en tant qu'Instructable.

J'ajoute ces mods à la plupart de mes Pis - ils permettent à n'importe quel modèle de Raspberry Pi d'être alimenté à partir d'une alimentation de rechange qui, autrement, serait simplement coincée dans un tiroir - pouvoir utiliser une alimentation autrement indésirable devrait vous faire économiser quelques centimes et cet agencement peut également fournir une source d'alimentation utile pour d'autres dispositifs tels que des relais. Le mod de refroidissement rend l'utilisation de l'écran et des connecteurs de la caméra plus difficile, mais peut empêcher le Pi de ralentir en cas d'overclocking ou de travail intensif du processeur. L'accès au connecteur GPIO n'est normalement pas entravé mais il faut bien positionner le ventilateur…

J'ai divisé l'Instructable en deux parties pour faciliter la lisibilité - la partie 1 couvre la modification de l'alimentation, la partie 2 l'ajout d'un ventilateur de refroidissement et de dissipateurs thermiques. La nouveauté possible de la partie 2 est l'utilisation d'un ventilateur 12v dc alimenté par la sortie 5v dc du régulateur de tension. L'utilisation d'un ventilateur 12v de cette manière est de fournir un minimum de refroidissement avec un bruit réduit, une fonctionnalité qui est nécessaire lorsque le RasPi est utilisé (en tant que centre multimédia OSMC) dans notre salon car mon partenaire peut entendre une épingle tomber du puits, pratiquement n'importe quelle distance que vous vous souciez de mentionner….

Veuillez noter que j'ai essayé de présenter les détails pour couvrir un lectorat aussi large que possible, mais certaines compétences de base en électronique sont nécessaires, telles que la soudure, l'utilisation d'un multimètre, etc. Je m'excuse donc si ce qui suit est trop simple ou suppose trop - tous les commentaires constructifs sont bien sûr les bienvenus !

Étape 1: Partie 1 Mods d'alimentation: Outils et pièces

Les pièces:

• (Un Raspberry Pi et un boîtier) - un boîtier transparent facilite ces mods, mais un boîtier opaque n'est pas un obstacle.
• Un tiroir à ordures Alimentation CA vers CC, puissance de sortie minimale 18 W, 9 V CC à 30 V CC.*
• LM2596 DC-DC Commutation Régulateur de tension abaisseur réglable Convertisseur Buck (disponible sur eBay auprès de plusieurs vendeurs différents)
• Prise d'alimentation CC Connecteur femelle à montage sur panneau 5,5 x 2,1 mm ou tout ce dont vous avez besoin pour installer l'alimentation ci-dessus. C'est pourtant le plus courant. (eBay, plusieurs vendeurs)
• Un cordon sacrificiel micro USB de type B (boîte à ordures) OU
• Connecteur de prise jack à souder mâle à 5 broches micro USB Type B (eBay, plusieurs vendeurs)
• Deux longueurs de 150 mm de fil d'équipement multibrin (par exemple) fil de haut-parleur en cuivre.
• Deux entretoises isolées (les petites longueurs d'étuis à bille font d'excellentes entretoises si vous n'en avez pas dans votre boîte à ordures)
• Deux vis autotaraudeuses de 2,8 mm de diamètre (boîte à ordures) - elles doivent seulement être aussi longues que nécessaire pour que le filetage traverse le boîtier - j'ai utilisé des vis de 12 mm de long.
• Thermorétractable d'identification de 2,5 mm et thermorétractable d'identification de 1/4 "en fonction (voir étape 5) (eBay, plusieurs vendeurs).

Outils:

• Fer à souder et soudure multiconducteur.
• Multimètre capable de mesurer la résistance et la tension continue.
• Pistolet thermique (pour thermorétractable)
• Pistolet à colle chaude (pas nécessaire si vous utilisez un câble USB sacrificiel)
• Feutre fin
• Forets et forets HSS de 1,5 mm et 2,5 mm.
• Coupe-fil et dénudeur.

*Remarques concernant le choix de l'alimentation:

Les paramètres importants sont la tension de sortie et la puissance. Vous devez fournir au régulateur LM2596 environ trois volts de plus sur son entrée que ce dont vous avez besoin sur la sortie, donc pour la sortie 5v requise par le Pi, vous avez besoin d'environ 8v sur l'entrée. Je recommanderais un peu plus pour être sûr, d'où le 9v minimum ci-dessus. La tension maximale que vous pouvez utiliser est d'environ 35v pour certains modèles de ce régulateur, plus élevée pour d'autres. Je m'en tiendrais à 30v max.

L'alimentation doit également être en mesure de fournir suffisamment de courant au Pi (voir ici pour les exigences de courant pour les différents modèles de Pi). Le lien indique que vous avez besoin d'une alimentation capable de fournir un minimum de 2,5 A pour un Pi 3. Cependant, le LM2596 est un régulateur à découpage, vous avez donc besoin de moins de courant que cela tant que la tension que vous fournissez est proportionnellement plus élevée.

Pour déterminer ce dont vous avez besoin, calculez la puissance consommée par le Pi et tenez compte des pertes de conversion dans le régulateur (par exemple) un Pi 3 a besoin de 5v @ 2,5A, donc sa puissance requise est de 5 x 2,5 = 12,5W. Multipliez cela par 1,1 pour tenir compte des pertes dans le régulateur et vous obtenez 12,5 x 1,1 = 13,75W. Une fois arrivé à ce chiffre, ce n'est jamais une bonne idée de stresser une alimentation en l'utilisant à 100% de sa capacité, j'ajouterais donc au moins une marge de 30% pour m'assurer qu'elle ne deviendra pas trop chaude et n'expirera pas prématurément.

Pour faciliter les choses pour tout le monde, voici les exigences minimales de courant d'alimentation pour différentes tensions basées sur les calculs ci-dessus:

Pi3: 9v/2A; 12v/1.5A; 15v/1,2A; 19v/0,9A; 26v/0,7A; 30v/0,6A

Pi B+ & 2B: 9v / 1.5A; 12v/1,1A; 15v/0,9A; 19v/0,7A; 26v/0,5A; 30v / 0.4A

Pi Zero & Zero W: 9v / 1.0A; 12v/0,7A; 15v/0,6A; 19v / 0.5A; 26v/0,3A; 30v / 0.3A

(Ce dernier est inclus par souci d'exhaustivité)

Étape 2: Marquage du boîtier

Positionnez le régulateur comme indiqué. Les plots d'entrée doivent être du même côté du boîtier que le connecteur d'alimentation du Pi.

Si vous installez également un ventilateur, positionnez-le comme indiqué. Notez que vous ne pourrez au mieux utiliser que trois des quatre trous de vis du ventilateur, car les découpes du boîtier gênent souvent. Notez également que ce mod de ventilateur ne convient pas si vous devez utiliser les connecteurs de la caméra ou de l'écran (sauf si vous utilisez un nouveau routage de câblage).

Assurez-vous que le trou de montage du régulateur le plus proche du bord du boîtier est positionné au-dessus de l'espace entre les deux piles de prises USB du Pi (afin que la vis de montage ne se bloque pas - voir l'étape 4 pour une photo du régulateur monté où vous pouvez voir où la vis est positionné).

Utilisez un marqueur permanent fin pour marquer la position des deux trous de montage du régulateur sur le boîtier et, si vous le souhaitez, les trous de montage du ventilateur et un trou pour le flux d'air du ventilateur.

Étape 3: percez le boîtier

Prenez le dessus du boîtier et retournez-le sur un morceau de bois pour le soutenir.

Utilisez une perceuse fine (1,5 mm) pour percer un trou pilote à l'endroit marqué lors de la dernière étape.

Utilisez une perceuse de 2,5 mm pour élargir l'un des trous et vérifiez que la vis autotaraudeuse sélectionnée peut être vissée sans trop d'effort. Élargissez la taille du trou si nécessaire.

Une fois que vous êtes satisfait de la taille du trou, percez l'autre pour l'adapter.

Étape 4: Montez le régulateur

Montez le régulateur à l'aide des entretoises et des vis autotaraudeuses comme indiqué sur les photos. Notez la position de la vis entre les deux piles de connecteurs USB.

Étape 5: Câblage

Soudez le fil de l'équipement à la prise d'alimentation cc et isolez avec le manchon thermorétractable comme illustré. En supposant que vous ayez une alimentation standard où la tension positive est sur le connecteur interne, soudez le fil rouge à la balise courte et le fil noir à la balise longue (cela suppose que la balise longue est connectée à l'extérieur de la prise - utilisez un multimètre pour vérifier). Si la polarité est inversée, soudez les fils rouge et noir aux étiquettes opposées.

Poussez l'autre extrémité des fils sous la carte du régulateur et soudez aux plots d'entrée du régulateur comme indiqué (encore une fois, rouge à +ve, noir à -ve).

Si vous avez un câble micro USB sacrificiel, coupez-le de manière à avoir environ 180 mm de câble connecté à l'extrémité micro USB. À l'aide d'un fil fin et de votre multimètre en mode résistance, identifiez quel fil est connecté aux contacts positif et négatif du connecteur micro USB (voir ci-dessus pour un schéma). Le rouge et le noir sont les couleurs habituelles utilisées dans les câbles USB pour les connexions +ve et -ve (parfois marqués "Vcc" et "Gnd" respectivement). Coupez court les autres fils (généralement blancs et verts). Glissez un morceau de manchon thermorétractable sur eux et la gaine extérieure et rétractez en place.

Poussez l'extrémité coupée sous le régulateur, dénudez et étamez les fils rouge et noir et soudez-les respectivement aux plots de sortie +ve et -ve du régulateur.

Si vous êtes courageux (comme wot I woz), créez votre propre câble USB à l'aide d'un connecteur nu. Soudez les fils aux plots du connecteur USB comme indiqué, couvrez les joints avec une fine couche de colle chaude et une fois réglé, glissez le manchon thermorétractable 1/4 comme indiqué.

Rétrécissez le manchon avec le pistolet thermique et la colle agira comme un soulagement de la traction (espérons-le !).

Comme ci-dessus, glissez les autres extrémités du fil sous le régulateur et soudez aux plots de sortie.

C'est toujours une bonne idée de vérifier la polarité de vos connexions - utilisez le multimètre et un fil fin pour vérifier que les broches USB sont correctement câblées au régulateur.

Étape 6: Réglage de la tension

Avant de brancher la sortie du régulateur sur le Pi, la tension de sortie doit être réglée.

Connectez l'alimentation à la prise d'entrée cc du régulateur et allumez-la. Il y a une LED bleue sur le régulateur qui devrait s'allumer immédiatement. Si ce n'est pas le cas et/ou s'il y a une bouffée de fumée, déconnectez-vous et (si vous êtes moi) baissez la tête de honte. Vous pouvez vous en tirer, mais s'il y a eu de la fumée, cela ne présage rien de bon. Vérifiez soigneusement votre câblage, rectifiez et réessayez. J'espère que la LED s'est allumée…

À l'aide d'un petit tournevis, ajustez le potentiomètre sur le régulateur (la boîte bleue avec une vis en laiton sur le dessus) jusqu'à ce que le multimètre indique un peu sous 5.1v. Le sens inverse des aiguilles d'une montre réduit la tension et il faut souvent plus de tours que prévu pour que la tension change - ne désespérez pas s'il faut quelques tours pour voir un effet.

Coupez l'alimentation et connectez la sortie du régulateur au Pi. Vous êtes prêt pour l'action !

Étape 7: Partie 2 - Ajout d'un ventilateur de refroidissement et de dissipateurs thermiques - Outils et pièces

Les pièces:

• Ventilateur 12v dc 0.12A 50mm x 50mm x 10mm (eBay, plusieurs vendeurs)
• 3 vis autotaraudeuses 15 mm 2,8 mm de diamètre extérieur (boîte à ordures)
• Dissipateurs thermiques auto-adhésifs en cuivre massif 2-off pour Raspberry Pi (eBay, plusieurs vendeurs)

Outils:

• Scie à chantourner ou outil électrique de type Dremel avec une fraise de type bavure
• Forets et forets de 1,5 mm et 2,5 mm
• Fer à souder et soudure
• Coupe-fil et dénudeur.
• Pistolet à colle chaude (pour maintenir les dissipateurs de chaleur en place)

Étape 8: découper les trous pour le ventilateur

En utilisant les marques sur le boîtier faites à l'étape 2, percez les trois trous de montage de la même manière que pour le régulateur (c.-à-d.) percez des trous pilotes avec le foret de 1,5 mm et élargissez l'un des trous avec le foret de 2,5 mm. Testez l'ajustement des vis autotaraudeuses et si tout va bien, percez les deux autres trous. Sinon, élargissez les trous si nécessaire.

À l'aide de la scie à chantourner ou de l'alternative Dremel, découpez le trou en plastique pour permettre le flux d'air du ventilateur. Nettoyez les bords avec une lime si nécessaire (si mon expérience est certaine, l'utilisation d'un outil électrique crée inévitablement du plastique fondu qui est difficile à nettoyer - d'où ma préférence pour une scie à chantourner).

Présentez le ventilateur aux trous de montage et vissez soigneusement les autotaraudeuses. Le ventilateur doit être monté avec le côté étiquette vers le bas, de sorte que le flux d'air soit dirigé vers le Pi. Je l'orienterais également de sorte que le câblage ne soit pas immédiatement adjacent au régulateur afin que vous ayez du fil mou avec lequel jouer.

Faites tourner le ventilateur manuellement pour vérifier qu'il n'y a rien qui accroche.

Étape 9: Câblage du ventilateur

Mon expérience est que tous les ventilateurs du type de la liste de pièces, sauf un, ont démarré tout seuls lorsqu'ils sont alimentés en 5v cc. Dans ce cas, j'ai trouvé que faire fonctionner le ventilateur à partir de 12v cc pendant environ cinq minutes l'avait desserré et qu'il fonctionnait ensuite bien sur 5v. Cependant, les ventilateurs de différents fabricants peuvent se comporter différemment, vous devrez donc peut-être démarrer manuellement le ventilateur - il devrait alors fonctionner correctement et continuer à fonctionner. Si ce n'est pas le cas, vous avez toujours la possibilité de câbler le ventilateur à l'entrée du régulateur tant que cette tension est de 9v à 12v et que vous pouvez accepter l'augmentation du bruit.

Coupez le connecteur du ventilateur en laissant suffisamment de câblage pour atteindre le régulateur. Vous pouvez couper le fil jaune plus en arrière car il n'est pas utilisé dans ce type d'application. Utilisez un petit morceau de gaine comme indiqué pour l'isoler et le garder à l'écart. Acheminez le câblage du ventilateur sous le régulateur et soudez à ses plots de sortie (rouge vers positif, noir vers négatif).

Étape 10: Ajout des dissipateurs thermiques

Il y a pas mal d'informations sur Internet sur où (et quand) ajouter des dissipateurs thermiques à Raspberry Pis. Les étapes ci-dessous sont mon point de vue personnel.

Pour autant que je sache, le conseil de la Fondation Raspberry Pi est que vous n'avez pas vraiment besoin d'ajouter de dissipateurs thermiques à n'importe quel modèle de Pi, sauf si vous les overclockez. Cependant, j'ai constaté que le Pi 3 devient plutôt chaud lorsqu'il tente de lire des vidéos H265 et s'il n'est pas refroidi, il peut ralentir dans un acte d'auto-préservation.

Dans ces circonstances, le SoC Broadcom (la grosse puce sur la surface supérieure du Pi) devient le plus chaud, cela vaut donc la peine d'être refroidi. Suite à quelques conseils dont je ne trouve pas la source pour le moment, je dissipe également la puce RAM en dessous. Je ne me soucie pas de la plus petite puce LAN car elle ne semble pas devenir si chaude.

Donc, pour les affaires, retirez la bande de protection du dissipateur thermique et positionnez-la soigneusement sur le dessus de la puce SoC. À l'aide du pistolet à colle chaude, ajoutez soigneusement quelques gouttes de colle de chaque côté du dissipateur thermique, comme indiqué. J'utilise beaucoup de mes Pis sur leurs côtés, donc après un certain temps, les dissipateurs thermiques glissent - la colle aide à éviter cela. À ce jour, la colle n'a pas suffisamment ramolli à l'usage pour perdre son intégrité (elle fond à environ 120°C, donc ça ne devrait pas !)

La procédure de montage d'un dissipateur thermique sur la puce RAM est la même, sauf que vous devrez couper une partie de la grille sous le boîtier pour laisser suffisamment d'espace. Notez qu'il ne dépassera pas la limite du boîtier.

Étape 11: Il n'y a pas d'étape 11

…et c'est ça.

J'espère que ce Instructable s'avère utile et/ou informatif.

Si vous repérez des erreurs, etc., faites-le moi savoir et je me ferai un plaisir de modifier en conséquence.