Mods de energia e resfriamento do Raspberry Pi: 11 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

É um pouco embaraçoso admitir que tenho dez Raspberry Pis fazendo vários trabalhos pela casa, mas dito isso, acabei de comprar outro, então achei que seria uma boa ideia documentar e compartilhar minhas modificações Pi padrão como um Instrutível.

Eu adiciono esses mods à maioria do meu Pis - eles permitem que qualquer modelo de Raspberry Pi seja alimentado por uma fonte de alimentação sobressalente que, de outra forma, ficaria presa em uma gaveta - poder usar uma fonte de alimentação indesejada deve economizar alguns centavos e este arranjo também pode fornecer uma fonte útil de energia para outros dispositivos, como relés. O modo de resfriamento torna o uso do monitor e dos conectores da câmera mais difícil, mas pode impedir o afogamento do Pi quando em overclock ou durante o trabalho intensivo do processador. O acesso ao conector GPIO normalmente não é impedido, mas você deve posicionar o ventilador com cuidado …

Dividi o Instructable em duas partes para facilitar a leitura - a Parte 1 cobre a modificação da fonte de alimentação e a Parte 2 a adição de um ventilador e dissipadores de calor. A possível novidade da parte 2 é o uso de uma ventoinha de 12 Vcc alimentada pela saída de 5 Vcc do regulador de tensão. O uso de um ventilador de 12v dessa forma é para fornecer um mínimo de resfriamento com ruído reduzido, um recurso que é necessário quando o RasPi é usado (como um centro de mídia OSMC) em nossa sala de estar, pois meu parceiro pode ouvir um pino cair de um poço, virtualmente qualquer distância que você queira mencionar….

Observe que tentei apresentar os detalhes para abranger o maior número de leitores possível, mas algumas habilidades eletrônicas básicas são necessárias, como soldagem, uso de um multímetro etc. - todo e qualquer comentário construtivo é, obviamente, muito bem-vindo!

Etapa 1: Parte 1 Mods de fonte de alimentação: ferramentas e peças

Partes:

• (Um Raspberry Pi e um case) - um case transparente torna esses mods mais fáceis, mas um case opaco não é um empecilho.
• Uma gaveta de lixo com fonte de alimentação CA a CC, potência de saída mínima de 18 W, 9 V CC a 30 V CC. *
• LM2596 DC-DC Switching ajustável Step Down Voltage Regulator Buck Converter (disponível no eBay em vários vendedores diferentes)
• Fonte de alimentação CC Soquete fêmea Conector para montagem em painel 5,5 x 2,1 mm ou o que for necessário para encaixar a fonte de alimentação acima. Porém, este é o mais comum. (eBay, vários vendedores)
• Um cabo micro USB tipo B de sacrifício (caixa de sucata) OU
• Conector de tomada de solda macho de 5 pinos micro USB tipo B 1-off (eBay, vários vendedores)
• Dois comprimentos de 150 mm de fio de equipamento multi-strand (por exemplo) fio de alto-falante de cobre.
• Dois espaçadores isolados (comprimentos curtos da caixa da esferográfica são excelentes separadores se você não tiver nenhum em sua caixa de sucata)
• Dois parafusos auto-roscantes de 2,8 mm de diâmetro (caixa de sucata) - eles só precisam ter o comprimento necessário para a rosca passar pela caixa - usei parafusos de 12 mm de comprimento.
• Termorretrátil com diâmetro interno de 2,5 mm e termorretrátil com diâmetro interno de 1/4 "para se adequar (consulte a etapa 5) (eBay, vários vendedores).

Ferramentas:

• Ferro de soldar e solda multicore.
• Multímetro capaz de medir resistência e tensão CC.
• Pistola de calor (para termorretrátil)
• Pistola de cola quente (não necessária se estiver usando um cabo USB de sacrifício)
• Caneta hidrocor
• Brocas e brocas HSS de 1,5 mm e 2,5 mm.
• Cortador e descascador de fios.

* Notas sobre a escolha da fonte de alimentação:

Os parâmetros importantes são a tensão de saída e a potência. Você precisa fornecer ao regulador LM2596 aproximadamente três volts a mais em sua entrada do que você precisa na saída, portanto, para a saída de 5v necessária para o Pi, você precisa de cerca de 8v na entrada. Eu recomendaria um pouco mais para ter certeza, daí o mínimo de 9v acima. A tensão máxima que você pode usar é em torno de 35v para alguns modelos deste regulador, mais alta para outros. Eu me limitaria a 30v máx.

A fonte de alimentação também precisa ser capaz de fornecer corrente suficiente para o Pi (veja aqui os requisitos de corrente para diferentes modelos de Pi). O link diz que você precisa de uma fonte de alimentação capaz de fornecer no mínimo 2,5 A para um Pi 3. No entanto, o LM2596 é um regulador de chaveamento, então você precisa de menos corrente do que isso, contanto que a tensão fornecida seja proporcionalmente mais alta.

Para descobrir o que você precisa, calcule a potência consumida pelo Pi e leve em consideração as perdas de conversão no regulador (por exemplo) um Pi 3 precisa de 5v @ 2,5A, então seu requisito de energia é 5 x 2,5 = 12,5W. Multiplique isso por 1,1 para levar em conta as perdas no regulador e você terá 12,5 x 1,1 = 13,75 W. Tendo chegado a esse número, nunca é uma boa ideia estressar uma fonte de alimentação usando-a com capacidade de 100%, então eu adicionaria uma margem de pelo menos 30% para garantir que ela não esquente muito e expire prematuramente.

Para tornar as coisas mais fáceis para todos, aqui estão os requisitos mínimos de corrente da fonte de alimentação para diferentes tensões com base nos cálculos acima:

Pi 3: 9v / 2A; 12v / 1,5A; 15v / 1,2A; 19v / 0,9A; 26v / 0,7A; 30v / 0,6A

Pi B + e 2B: 9v / 1,5A; 12v / 1,1A; 15v / 0,9A; 19v / 0,7A; 26v / 0,5A; 30v / 0,4A

Pi Zero e Zero W: 9v / 1,0A; 12v / 0,7A; 15v / 0,6A; 19v / 0,5A; 26v / 0,3A; 30v / 0,3A

(O último está incluído para integridade)

Etapa 2: Marcando o Caso

Posicione o regulador conforme mostrado. Os pads de entrada devem estar do mesmo lado do gabinete que o conector de alimentação do Pi.

Se você também estiver instalando um ventilador, posicione-o conforme mostrado. Observe que você, na melhor das hipóteses, só conseguirá usar três dos quatro orifícios para parafusos da ventoinha, já que os recortes do gabinete costumam atrapalhar. Observe também que este mod de ventilador não é adequado se você precisar usar os conectores da câmera ou do monitor (a menos que você use um novo roteamento de fiação).

Certifique-se de que o orifício de montagem do regulador mais próximo da borda da caixa está posicionado acima da lacuna entre as duas pilhas de soquete USB do Pi (para que o parafuso de montagem não estrague - consulte a etapa 4 para uma foto do regulador montado onde você pode ver onde o parafuso está posicionado).

Use um marcador permanente fino para marcar a posição dos dois orifícios de montagem do regulador no gabinete e, se desejado, os orifícios de montagem do ventilador e um orifício para o fluxo de ar do ventilador.

Etapa 3: Perfure o Caso

Pegue a parte superior da caixa e vire-a de cabeça para baixo sobre um pedaço de madeira para apoiá-la.

Use uma broca fina (1,5 mm) para fazer um orifício piloto no local marcado na última etapa.

Use uma broca de 2,5 mm para alargar um dos orifícios e verifique se o parafuso auto-roscante selecionado pode ser aparafusado sem muito esforço. Aumente o tamanho do orifício, se necessário.

Quando estiver satisfeito com o tamanho do orifício, perfure o outro para se adequar.

Etapa 4: Monte o regulador

Monte o regulador usando os espaçadores e parafusos autoatarraxantes conforme mostrado nas fotos. Observe a posição do parafuso entre as duas pilhas de conectores USB.

Etapa 5: Fiação

Solde o fio do equipamento no soquete da fonte de alimentação CC e isole com a luva termorretrátil, conforme mostrado. Supondo que você tenha uma fonte de alimentação padrão onde a tensão positiva está no conector interno, solde o fio vermelho na etiqueta curta e o fio preto na etiqueta longa (isso pressupõe que a etiqueta longa está conectada ao exterior do soquete - use um multímetro para verificar embora). Se a polaridade for invertida, solde os fios vermelho e preto nas etiquetas opostas.

Empurre a outra extremidade dos fios sob a placa do regulador e solde nas almofadas de entrada do regulador conforme mostrado (novamente, vermelho para + ve, preto para -ve).

Se você tiver um cabo micro USB sacrificial, corte-o de forma que você tenha cerca de 180 mm de cabo conectado à extremidade micro USB. Usando um pedaço de fio fino e seu multímetro no modo de resistência, identifique qual fio está conectado aos contatos positivo e negativo do conector micro USB (veja um diagrama acima). Vermelho e preto são as cores usuais usadas em cabos USB para conexões + ve e -ve (às vezes marcadas como 'Vcc' e 'Gnd', respectivamente). Corte os outros fios (geralmente branco e verde) curtos. Deslize um pedaço de luva termorretrátil sobre eles e a bainha externa e encolha no lugar.

Empurre a extremidade cortada sob o regulador, descasque e estanhe os fios vermelho e preto e solde-os nas almofadas de saída + ve e -ve do regulador, respectivamente.

Se você estiver sendo corajoso (tipo wot I woz), crie seu próprio cabo USB usando um conector simples. Solde os fios nas almofadas do conector USB conforme mostrado, cubra as juntas com uma fina camada de cola quente e, quando estiver firme, deslize a luva termorretrátil de 1/4 como mostrado.

Encolha a manga com a pistola de calor e a cola atuará como um alívio de tensão (espero!).

Como acima, deslize as outras pontas do fio sob o regulador e solde nas almofadas de saída.

É sempre uma boa ideia verificar a polaridade de suas conexões - use o multímetro e um pouco de fio fino para verificar se os pinos USB estão conectados corretamente ao regulador.

Etapa 6: Definir a tensão

Antes de conectar a saída do regulador ao Pi, a tensão de saída precisa ser ajustada.

Conecte a fonte de alimentação ao soquete de entrada CC do regulador e ligue-o. Há um LED azul no regulador que deve acender imediatamente. Se isso não acontecer e / ou houver um sopro de fumaça, desconecte-se e (se você for eu) abaixe a cabeça de vergonha. Você pode escapar impune, mas se houver um pouco de fumaça, não é um bom presságio. Verifique cuidadosamente a fiação, retifique e tente novamente. Esperançosamente, o LED acendeu …

Usando uma pequena chave de fenda, ajuste o potenciômetro no regulador (a caixa azul com um parafuso de latão na parte superior) até que o multímetro leia um pouco abaixo de 5.1v. No sentido anti-horário, reduz a tensão e geralmente leva mais voltas do que o esperado para a tensão mudar - não se desespere se demorar algumas voltas para ver o efeito.

Desligue a alimentação e conecte a saída do regulador ao Pi. Você está pronto para a ação!

Etapa 7: Parte 2 - Adicionando uma ventoinha de resfriamento e dissipadores de calor - Ferramentas e peças

Partes:

• 12 V DC 0,12 A 50 mm x 50 mm x 10 mm Ventilador de mancal de luva (eBay, vários vendedores)
• Parafusos 3-off 15mm 2.8mm OD auto-atarraxantes (caixa de sucata)
• Dissipadores de calor autoadesivos de cobre sólido de 2 unidades para Raspberry Pi (eBay, vários vendedores)

Ferramentas:

• Serra de fricção ou ferramenta elétrica do tipo Dremel com um cortador do tipo rebarba
• Brocas e brocas de 1,5 mm e 2,5 mm
• Ferro de solda e solda
• Cortadores de fio e decapante.
• Pistola de cola quente (para segurar os dissipadores de calor no lugar)

Etapa 8: Cortando os orifícios para o ventilador

Usando as marcas na caixa feitas na etapa 2, faça os três furos de montagem da mesma maneira que para o regulador (ou seja) faça furos piloto com a broca de 1,5 mm e alargue um dos furos com a broca de 2,5 mm. Teste o encaixe dos parafusos auto-roscantes e, se tudo estiver bem, faça os outros dois orifícios. Caso contrário, alargue os orifícios conforme necessário.

Usando a serra de fricção ou a alternativa Dremel, corte o orifício de plástico para permitir o fluxo de ar do ventilador. Limpe as bordas com uma lima, se necessário (se minha experiência indica que usar uma ferramenta elétrica inevitavelmente cria plástico derretido que é difícil de limpar - daí minha preferência por uma serra de fricção).

Coloque o ventilador nos orifícios de montagem e aparafuse cuidadosamente os auto-roscantes. O ventilador deve ser montado com o rótulo voltado para baixo, de forma que o fluxo de ar seja direcionado para o Pi. Eu também o orientaria de forma que a fiação não ficasse imediatamente adjacente ao regulador, então você teria um fio frouxo para brincar.

Gire o ventilador manualmente para verificar se não há nada travando.

Etapa 9: Fiação do Ventilador

Minha experiência é que todos, exceto um ventilador do tipo na lista de peças, começaram por conta própria quando alimentados por 5 Vcc. Nesse caso, descobri que rodar a ventoinha de 12 Vcc por cerca de cinco minutos o afrouxou e depois disso ficou bom em 5 V. No entanto, ventoinhas de fabricantes diferentes podem se comportar de maneira diferente, então você pode ter que ligar manualmente a ventoinha - ela deve estar OK e continuar a funcionar. Se este não for o caso, você ainda tem a opção de conectar a ventoinha na entrada do regulador desde que a tensão seja de 9v a 12v e você aceite o aumento de ruído.

Corte o conector do ventilador, deixando fiação suficiente para alcançar o regulador. Você pode cortar o fio amarelo mais para trás, pois ele não é usado neste tipo de aplicação. Use um pequeno pedaço de manga conforme mostrado para isolá-lo e mantê-lo fora do caminho. Direcione a fiação do ventilador sob o regulador e a solda para suas almofadas de saída (vermelho para positivo, preto para negativo).

Etapa 10: Adicionar os dissipadores de calor

Há muitas informações na Internet sobre onde (e quando) adicionar dissipadores de calor ao Raspberry Pis. As etapas abaixo são minha opinião pessoal.

Até onde eu percebi, o conselho da Raspberry Pi Foundation é que você realmente não precisa adicionar dissipadores de calor a qualquer modelo de Pi, a menos que esteja fazendo overclock. No entanto, descobri que o Pi 3 fica bastante quente ao tentar reproduzir vídeos H265 e, se não for resfriado, pode diminuir de intensidade em um ato de autopreservação.

Sob essas circunstâncias, o Broadcom SoC (o grande chip na superfície superior do Pi) fica mais quente, então vale a pena aquecê-lo. Seguindo alguns conselhos dos quais não consigo encontrar a fonte no momento, também aqueci o chip de RAM na parte inferior. Eu não me preocupo com o chip LAN menor, pois não parece ficar muito quente.

Portanto, para os negócios - retire a tira de cobertura do dissipador de calor e posicione-a com cuidado no topo do chip SoC. Usando a pistola de cola quente, adicione cuidadosamente algumas gotas de cola de cada lado do dissipador de calor, conforme mostrado. Eu uso muito meu Pis nas laterais, então depois de algum tempo os dissipadores escorregam - a cola ajuda a prevenir isso. Até o momento, a cola não amoleceu o suficiente com o uso para perder integridade (ela derrete em torno de 120 ° C, então não deveria!)

O procedimento para montar um dissipador de calor no chip RAM é o mesmo, exceto que você terá que cortar um pouco da grade na parte inferior do gabinete para permitir espaço suficiente. Observe que ele não vai ultrapassar os limites do caso.

Etapa 11: não há etapa 11

…E é isso.

Espero que este Instructable seja útil e / ou informativo.

Se você detectar algum erro, etc., por favor me avise e eu terei o prazer de editar de acordo.