Raspberry Pi Power & Cooling Mods: 11 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Det är lite pinsamt att erkänna att jag har tio Raspberry Pis som gör olika jobb runt om i huset men som sagt, jag har precis köpt en till så jag tänkte att det skulle vara en bra idé att dokumentera och dela mina standard Pi -modifieringar som en instruerbar.

Jag lägger till dessa mods till de flesta av mina Pis - de gör att alla modeller av Raspberry Pi kan drivas från en extra strömförsörjning som annars bara skulle fastna i en låda - att kunna använda en annars oönskad strömförsörjning bör spara dig några slantar och detta arrangemang kan också tillhandahålla en användbar strömkälla för andra enheter, såsom reläer. Kylmoden försvårar användningen av bildskärmen och kamerakontakterna men kan stoppa Pi -strypningen när den överklockas eller utför processorintensivt arbete. Åtkomst till GPIO -kontakten hindras normalt inte, men du måste placera fläkten noggrant …

Jag har delat Instructable i två delar för att underlätta läsbarheten - Del 1 täcker ändring av strömförsörjning, del 2 tillägg av en kylfläkt och kylflänsar. Den möjliga nyheten i del 2 är användningen av en 12v likströmsfläkt som drivs från spänningsregulatorns 5v likströmsutgång. Användningen av en 12v fläkt på detta sätt är att ge en liten kylning med reducerat buller, en funktion som behövs när RasPi används (som ett OSMC mediecenter) i vårt vardagsrum då min partner kan höra en nål falla från brunnen, praktiskt taget alla avstånd du vill nämna ….

Observera att jag har försökt att specificera detaljerna för att täcka en så bred läsekrets som möjligt men vissa grundläggande elektroniska färdigheter är nödvändiga, till exempel lödning, användning av en multimeter etc. Jag ber om ursäkt om följande läser för enkelt eller antar för mycket - Alla konstruktiva kommentarer är naturligtvis mycket välkomna!

Steg 1: Del 1 Nätaggregat: Verktyg och delar

Delar:

• (En Raspberry Pi och fodral) - ett genomskinligt fodral gör dessa mods enklare men ett ogenomskinligt fodral är inte ett show -stopp.
• En skräplåda AC till DC strömförsörjning, minsta uteffekt 18W, 9v DC till 30V DC.*
• LM2596 DC-DC Switching Adjustable Step Down Voltage Regulator Buck Converter (finns på eBay från flera olika säljare)
• DC Power Supply Jack Socket Female Panel Mount Connector 5.5 x 2.1mm eller vad du än behöver för att passa strömförsörjningen ovan. Detta är dock det vanligaste. (eBay, flera säljare)
• En offermikro -USB typ B -ledning (skräpbox) ELLER
• 1-off mikro USB typ B 5-polig hanlödningskontakt (eBay, flera säljare)
• Två 150 mm längder av multisträngad utrustningstråd (t.ex.) kopparhögtalartråd.
• Två isolerade stand-offs (korta längder av biro-fodral gör utmärkta stand-offs om du inte har några i din skräpbox)
• Två 2,8 mm dia självgängande skruvar (skräpbox) - dessa måste bara vara så långa som behövs för att tråden ska gå igenom höljet - jag använde 12 mm långa skruvar.
• 2,5 mm ID -värmekrymp & 1/4 "ID -värmekrymp som passar (se steg 5) (eBay, flera säljare).

Verktyg:

• Lödkolv och flerkärnig lödning.
• Multimeter som kan mäta motstånd och likspänning.
• Värmepistol (för värmekrympning)
• Het limpistol (behövs inte om du använder en uppoffrande USB -kabel)
• Fin markörpenna
• 1,5 mm och 2,5 mm HSS -borr och borr.
• Wire cutter och stripper.

*Anmärkningar angående val av strömförsörjning:

De viktiga parametrarna är utspänning och effekt. Du måste ge LM2596 -regulatorn ungefär tre volt mer på sin ingång än du behöver på utgången, så för 5v -utgången som behövs av Pi behöver du cirka 8v på ingången. Jag skulle rekommendera lite mer för att vara säker, därav minimum 9v ovan. Den maximala spänningen du kan använda är cirka 35v för vissa modeller av denna regulator, högre för andra. Jag skulle hålla mig till max 30V.

Strömförsörjningen måste också kunna ge tillräckligt med ström till Pi (se här för de aktuella kraven för olika modeller av Pi). Länken säger att du behöver en strömförsörjning som kan leverera minst 2,5A för en Pi 3. LM2596 är dock en omkopplingsregulator, så du behöver mindre ström än så länge spänningen du tillhandahåller är proportionellt högre.

För att räkna ut vad du behöver, beräkna den effekt som Pi drar och ta hänsyn till omvandlingsförlusterna i regulatorn (t.ex.) en Pi 3 behöver 5v @ 2,5A, så dess effektbehov är 5 x 2,5 = 12,5W. Multiplicera detta med 1,1 för att ta hänsyn till förlusterna i regulatorn och du får 12,5 x 1,1 = 13,75W. Efter att ha kommit fram till den siffran är det aldrig en bra idé att betona en strömförsörjning genom att använda den till 100% kapacitet, så jag skulle lägga till minst 30% marginal för att säkerställa att det inte blir för varmt och går ut i förtid.

För att göra det enklare för alla, här är minimikraven för strömförsörjning för olika spänningar baserat på beräkningarna ovan:

Pi 3: 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

(Det senare ingår för fullständighetens skull)

Steg 2: Markera ut fallet

Placera regulatorn enligt bilden. Ingångskuddarna ska vara samma sida av höljet som Pi: s strömkontakt.

Om du också monterar en fläkt, placera den enligt bilden. Observera att du i bästa fall bara kan använda tre av fläktens fyra skruvhål eftersom utskärningarna ofta är i vägen. Observera också att denna fläktmod är olämplig om du behöver använda kameran eller skärmkontakter (om du inte använder en ny kabeldragning).

Se till att regulatorns monteringshål närmast kanten på fodralet är placerat ovanför gapet mellan Pi: s två USB -uttag (så att monteringsskruven inte skadar - se steg 4 för ett foto av den monterade regulatorn där du kan se var skruven sitter är placerad).

Använd en fin permanent markör för att markera positionen för de två regulatormonteringshålen på höljet och, om så önskas, fläktens monteringshål och ett hål för fläktens luftflöde.

Steg 3: Borra höljet

Ta toppen av höljet och vänd det upp och ner på en träbit för stöd.

Använd en fin (1,5 mm) borr för att borra ett pilothål där det var markerat i det sista steget.

Använd en 2,5 mm borr för att vidga ett av hålen och kontrollera att den valda självgängande skruven kan skruvas in utan alltför stora ansträngningar. Vidga hålstorleken om det behövs.

När du är nöjd med hålstorleken borra du ut den andra som passar.

Steg 4: Montera regulatorn

Montera regulatorn med hjälp av distanserna och de självgängande skruvarna som visas på fotografierna. Observera skruvens läge mellan de två USB -kontaktstaplarna.

Steg 5: Kabeldragning

Löd utrustningskabeln till likspänningsuttaget och isolera med värmekrymphylsan enligt bilden. Om du antar att du har en vanlig strömförsörjning där den positiva spänningen är på den inre kontakten, löd den röda ledningen till den korta taggen och den svarta ledningen till den långa taggen (detta förutsätter att den långa taggen är ansluten till utsidan av uttaget - använd en multimeter för att kontrollera dock). Om polariteten är omvänd, löd de röda och svarta trådarna till motsatta taggar.

Skjut den andra änden av ledningarna under regulatorkortet och lödet till regulatorns ingångskuddar som visas (igen, rött till +ve, svart till -ve).

Om du har en uppoffrande mikro -USB -kabel, skär av den så att du har cirka 180 mm kabel ansluten till mikro -USB -änden. Med hjälp av en fin tråd och din multimeter i motståndsläge, identifiera vilken kabel som är ansluten till de positiva och negativa kontakterna på mikro -USB -kontakten (se ovan för ett diagram). Rött och svart är de vanliga färgerna som används i USB -kablar för +ve och -ve -anslutningar (ibland märkta "Vcc" respektive "Gnd"). Klipp de andra trådarna (vanligtvis vita och gröna) korta. Dra en bit värmekrymphylsa över dem och yttermanteln och krympa på plats.

Skjut snittänden under regulatorn, ta bort och tenn de röda och svarta trådarna och löd dem till regulatorns +ve & -ve utmatningsplattor respektive.

Om du är modig (som wot I woz), gör din egen USB -kabel med en bar kontakt. Löd kablarna till USB -kontaktdynorna enligt bilden, täck lederna med ett tunt lager varmt lim och när de är inställda, skjut över 1/4 värmekrymphylsan som visas.

Krympa hylsan med värmepistolen och limmet fungerar som en dragavlastning (förhoppningsvis!).

Som ovan, skjut de andra ändarna av tråden under regulatorn och lödet till utmatningsdynorna.

Det är alltid en bra idé att dubbelkolla polariteten på dina anslutningar - använd multimetern och lite tunn tråd för att kontrollera att USB -stiften är korrekt anslutna till regulatorn.

Steg 6: Ställa in spänningen

Innan du ansluter regulatorns utgång till Pi måste utspänningen ställas in.

Anslut strömförsörjningen till regulatorns DC -ingång och sätt på den. Det finns en blå lysdiod på regulatorn som ska tändas omedelbart. Om det inte gör det och/eller det finns en röknyft, koppla bort och (om du är jag) hänga huvudet i skam. Du kan komma undan med det, men om det har varit lite rök det inte bra. Kontrollera noggrant din ledning, rätta till och försök igen. Förhoppningsvis har lysdioden tänts …

Använd en liten skruvmejsel, justera potentiometern på regulatorn (den blå rutan med en mässingsskruv på toppen) tills multimetern läser en aning under 5,1v. Moturs sänks spänningen och det tar ofta fler varv än du förväntar dig för att spänningen ska ändras - förtvivla inte om det tar några varv för att se en effekt.

Stäng av strömförsörjningen och anslut regulatorns utgång till Pi. Du är redo för handling!

Steg 7: Del 2 - Lägga till en kylfläkt och kylflänsar - Verktyg och delar

Delar:

• 12v likström 0.12A 50mm x 50mm x 10mm hylslagerfläkt (eBay, flera säljare)
• 3-off 15 mm 2,8 mm OD självgängande skruvar (skräpbox)
• Självhäftande kylflänsar i fast koppar för Raspberry Pi (eBay, flera säljare)

Verktyg:

• Bandsåg eller elverktyg av Dremel-typ med skärfräs
• 1,5 mm och 2,5 mm borr och borr
• Lödkolv och löd
• Wire cutters och stripper.
• Het limpistol (för att hålla kylflänsarna på plats)

Steg 8: Skär hålen för fläkten

Med hjälp av märkena på fodralet i steg 2, borra de tre monteringshålen på samma sätt som för regulatorn (dvs) borra pilothål med 1,5 mm borr och vidga ett av hålen med 2,5 mm borr. Testa de självgängande skruvarnas passform och om allt är bra, borra ut de andra två hålen. Annars vidga hålen efter behov.

Skär bort plasthålet med hjälp av bandsågen eller Dremel -alternativet för att tillåta fläktens luftflöde. Rensa kanterna med en fil om det behövs (om min erfarenhet är något att gå efter, med hjälp av ett elverktyg skapar oundvikligen smält plast som är en smärta att städa upp - därav min preferens för en bandsåg).

Dra upp fläkten till monteringshålen och skruva försiktigt in självgängarna. Fläkten ska monteras med etikettsidan nedåt, så att luftflödet riktas in i Pi. Jag skulle också orientera den så att ledningarna inte ligger i direkt anslutning till regulatorn så att du har lite sladdtråd att spela med.

Snurra fläkten manuellt för att kontrollera att det inte finns något att fånga.

Steg 9: Anslut fläkten

Min erfarenhet är att alla utom en fläkt av typen i reservdelslistan började på egen hand när den drivs från 5v DC. I så fall upptäckte jag att fläkten från 12v likström i cirka fem minuter lossade och det var sedan bra på 5v. Dock kan olika tillverkares fläktar bete sig annorlunda, så du kan behöva starta fläkten manuellt - det ska då vara OK och fortsätta att köra. Om så inte är fallet har du fortfarande möjlighet att koppla fläkten till regulatorns ingång så länge denna spänning är 9v till 12v och du kan acceptera bullerökningen.

Klipp av fläktkontakten och lämna tillräckligt med kablar för att nå regulatorn. Du kan klippa den gula tråden längre bak eftersom den inte används i den här typen av applikationer. Använd en liten hylsa som visas för att isolera den och hålla den ur vägen. Dra fläktledningarna under regulatorn och lödet till dess utmatningsdynor (rött till positivt, svart till negativt).

Steg 10: Lägga till kylflänsarna

Det finns ganska lite information på internet om var (och när) man ska lägga till kylflänsar till Raspberry Pis. Stegen nedan är min personliga uppfattning.

Så vitt jag kan samla in är rådet via Raspberry Pi Foundation att du inte riktigt behöver lägga till kylflänsar till någon modell av Pi om du inte överklockar dem. Jag har dock upptäckt att Pi 3 blir ganska het när man försöker spela H265-videor och om den inte kyls kan den strypa tillbaka i en självbevarande handling.

Under dessa omständigheter blir Broadcom SoC (det stora chipet på Pi: s övre yta) det hetaste, så det är värt att kyla. Efter några råd som jag inte hittar källan till för tillfället, kyler jag också RAM -chipet på undersidan. Jag stör mig inte på det mindre LAN -chipet eftersom det inte verkar bli så varmt.

Så för företag - ta av täckremsan från kylflänsen och placera den försiktigt ovanpå SoC -chipet. Använd den heta limpistolen och tillsätt försiktigt ett par klumpar lim på båda sidor av kylflänsen som visas. Jag använder mycket av mina Pis på deras sidor, så efter en tid glider kylflänsarna av - limet hjälper till att förhindra detta. Hittills har limmet inte mjuknat tillräckligt vid användning för att tappa integritet (det smälter vid cirka 120 ° C, så det borde inte!)

Proceduren för att montera en kylfläns på RAM -chipet är densamma förutom att du måste skära bort en del av grillen på undersidan av fodralet för att ge tillräckligt med utrymme. Observera att det inte kommer att sticka ut över fallets gräns.

Steg 11: Det finns inget steg 11

… och det är det.

Jag hoppas att denna instruerbara visar sig vara användbar och/eller informativ.

Meddela mig om du upptäcker några fel osv. Så redigerar jag det gärna.