Mods de energía y enfriamiento de Raspberry Pi: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Es un poco vergonzoso admitir que tengo diez Raspberry Pis haciendo varios trabajos en la casa, pero dicho esto, acabo de comprar otro, así que pensé que sería una buena idea documentar y compartir mis modificaciones estándar de Pi como Instructable.

Agrego estos mods a la mayoría de mis Pis: permiten que cualquier modelo de Raspberry Pi se alimente desde una fuente de alimentación de repuesto que, de lo contrario, estaría atascada en un cajón; poder usar una fuente de alimentación no deseada debería ahorrarle unos centavos. y esta disposición también puede proporcionar una fuente útil de energía para otros dispositivos como relés. El modo de enfriamiento dificulta el uso de los conectores de la pantalla y la cámara, pero puede detener la aceleración del Pi cuando se realiza un overclock o se realiza un trabajo intensivo del procesador. El acceso al conector GPIO normalmente no está impedido, pero debe colocar el ventilador con cuidado …

He dividido el Instructable en dos partes para facilitar la lectura: la Parte 1 cubre la modificación de la fuente de alimentación, la Parte 2 la adición de un ventilador de enfriamiento y disipadores de calor. La posible novedad de la parte 2 es el uso de un ventilador de 12v dc alimentado desde la salida de 5v dc del regulador de voltaje. El uso de un ventilador de 12v de esta manera es para proporcionar un mínimo de enfriamiento con ruido reducido, una característica que se necesita cuando se usa la RasPi (como un centro multimedia OSMC) en nuestra sala de estar, ya que mi compañero puede escuchar la caída de un alfiler desde el pozo., prácticamente cualquier distancia que le interese mencionar….

Tenga en cuenta que he intentado presentar los detalles para cubrir la mayor cantidad de lectores posible, pero se necesitan algunas habilidades básicas de electrónica, como soldar, usar un multímetro, etc. - ¡Todos y cada uno de los comentarios constructivos son, por supuesto, muy bienvenidos!

Paso 1: Modificaciones de fuente de alimentación de la parte 1: herramientas y piezas

Partes:

• (Una Raspberry Pi y estuche): un estuche transparente facilita estas modificaciones, pero un estuche opaco no es un obstáculo.
• Una fuente de alimentación de CA a CC de cajón de basura, potencia de salida mínima de 18 W, 9 V CC a 30 V CC. *
• Convertidor Buck Regulador de voltaje reductor ajustable de conmutación DC-DC LM2596 (disponible en eBay de varios vendedores diferentes)
• Conector hembra de enchufe de fuente de alimentación de CC Conector de montaje en panel de 5,5 x 2,1 mm o lo que necesite para instalar la fuente de alimentación de arriba. Sin embargo, este es el más común. (eBay, varios vendedores)
• Un cable de sacrificio micro USB tipo B (caja de basura) O
• Conector de enchufe macho de soldadura micro USB tipo B de 5 pines 1-off (eBay, varios vendedores)
• Dos longitudes de 150 mm de cable de equipo de múltiples hilos (p. Ej.) Cable de cobre para altavoz.
• Dos separadores aislados (los tramos cortos de estuche para bolígrafos son excelentes separadores si no tiene ninguno en su caja de basura)
• Dos tornillos autorroscantes de 2,8 mm de diámetro (caja de basura); estos solo tienen que ser tan largos como sea necesario para que la rosca pase a través de la carcasa; utilicé tornillos de 12 mm de largo.
• Termoencogible con ID de 2,5 mm y termorretráctil con ID de 1/4 "para adaptarse (consulte el paso 5) (eBay, varios vendedores).

Instrumentos:

• Soldador y soldadura multinúcleo.
• Multímetro capaz de medir resistencia y tensión continua.
• Pistola de calor (para termorretráctil)
• Pistola de pegamento caliente (no es necesaria si se usa un cable USB de sacrificio)
• Rotulador fino
• Brocas y taladro HSS de 1,5 mm y 2,5 mm.
• Cortaalambres y pelacables.

* Notas sobre la elección de la fuente de alimentación:

Los parámetros importantes son el voltaje y la potencia de salida. Debe proporcionar al regulador LM2596 aproximadamente tres voltios más en su entrada de lo que necesita en la salida, por lo que para la salida de 5v que necesita el Pi, necesita alrededor de 8v en la entrada. Recomendaría un poco más para estar seguro, de ahí el mínimo de 9v anterior. El voltaje máximo que puede usar es de alrededor de 35v para algunos modelos de este regulador, más alto para otros. Me quedaría con 30v máx.

La fuente de alimentación también debe poder proporcionar suficiente corriente al Pi (consulte aquí los requisitos actuales para los diferentes modelos de Pi). El enlace dice que necesita una fuente de alimentación capaz de entregar un mínimo de 2.5A para un Pi 3. Sin embargo, el LM2596 es un regulador de conmutación, por lo que necesita menos corriente que esta siempre que el voltaje que proporcione sea proporcionalmente más alto.

Para averiguar lo que necesita, calcule la potencia consumida por el Pi y tenga en cuenta las pérdidas de conversión en el regulador (por ejemplo) un Pi 3 necesita 5v @ 2.5A, por lo que su requerimiento de energía es 5 x 2.5 = 12.5W. Multiplique esto por 1,1 para tener en cuenta las pérdidas en el regulador y obtendrá 12,5 x 1,1 = 13,75 W. Habiendo llegado a esa cifra, nunca es una buena idea estresar una fuente de alimentación usándola al 100% de su capacidad, por lo que agregaría al menos un margen del 30% para asegurarme de que no se calentará demasiado y caducará prematuramente.

Para facilitar las cosas a todos, aquí están los requisitos mínimos de corriente de la fuente de alimentación para diferentes voltajes según los cálculos anteriores:

Pi 3: 9v / 2A; 12v / 1.5A; 15v / 1.2A; 19v / 0.9A; 26 v / 0,7 A; 30 v / 0,6 A

Pi B + y 2B: 9v / 1.5A; 12v / 1.1A; 15v / 0.9A; 19v / 0.7A; 26v / 0.5A; 30 v / 0,4 A

Pi Zero y Zero W: 9v / 1.0A; 12 v / 0,7 A; 15v / 0.6A; 19v / 0.5A; 26v / 0.3A; 30 v / 0,3 A

(Este último se incluye para completar)

Paso 2: marcar el caso

Coloque el regulador como se muestra. Las almohadillas de entrada deben estar en el mismo lado de la carcasa que el conector de alimentación de Pi.

Si también está instalando un ventilador, colóquelo como se muestra. Tenga en cuenta que, en el mejor de los casos, solo podrá usar tres de los cuatro orificios para tornillos del ventilador, ya que los cortes de la carcasa a menudo estorban. También tenga en cuenta que este mod de ventilador no es adecuado si necesita usar la cámara o los conectores de la pantalla (a menos que use un enrutamiento de cableado novedoso).

Asegúrese de que el orificio de montaje del regulador más cercano al borde de la caja esté colocado por encima del espacio entre las dos pilas de enchufes USB de Pi (para que el tornillo de montaje no se ensucie; consulte el paso 4 para ver una foto del regulador montado donde puede ver dónde está el tornillo está posicionado).

Utilice un marcador permanente fino para marcar la posición de los dos orificios de montaje del regulador en la caja y, si lo desea, los orificios de montaje del ventilador y un orificio para el flujo de aire del ventilador.

Paso 3: taladre el estuche

Tome la parte superior de la caja y colóquela boca abajo sobre un trozo de madera como apoyo.

Utilice un taladro fino (1,5 mm) para perforar un orificio piloto donde se marcó en el último paso.

Utilice un taladro de 2,5 mm para ensanchar uno de los orificios y compruebe que el tornillo autorroscante seleccionado se pueda atornillar sin demasiado esfuerzo. Amplíe el tamaño del agujero si es necesario.

Una vez que esté satisfecho con el tamaño del agujero, taladre el otro que se adapte.

Paso 4: monte el regulador

Monte el regulador usando los separadores y tornillos autorroscantes como se muestra en las fotografías. Tenga en cuenta la posición del tornillo entre las dos pilas de conectores USB.

Paso 5: cableado

Suelde el cable del equipo al enchufe de la fuente de alimentación de CC y aísle con el manguito termorretráctil como se muestra. Suponiendo que tiene una fuente de alimentación estándar donde el voltaje positivo está en el conector interno, suelde el cable rojo a la etiqueta corta y el cable negro a la etiqueta larga (esto supone que la etiqueta larga está conectada al exterior del enchufe - usa un multímetro para comprobarlo). Si se invierte la polaridad, suelde los cables rojo y negro a las etiquetas opuestas.

Empuje el otro extremo de los cables debajo de la placa del regulador y suelde a las almohadillas de entrada del regulador como se muestra (nuevamente, rojo a + ve, negro a -ve).

Si tiene un cable micro USB de sacrificio, córtelo de modo que tenga alrededor de 180 mm de cable conectado al extremo micro USB. Con un trozo de cable fino y su multímetro en modo de resistencia, identifique qué cable está conectado a los contactos positivo y negativo del conector micro USB (consulte el diagrama anterior). El rojo y el negro son los colores habituales que se utilizan en los cables USB para las conexiones + ve y -ve (a veces marcados como 'Vcc' y 'Gnd' respectivamente). Corta los otros cables (generalmente blanco y verde). Desliza un trozo de funda termorretráctil sobre ellos y la funda exterior y encoge en su lugar.

Empuje el extremo cortado debajo del regulador, pele y estañe los cables rojo y negro y suéldelos a las almohadillas de salida + ve y -ve del regulador, respectivamente.

Si está siendo valiente (como wot I woz), cree su propio cable USB con un conector desnudo. Suelde los cables a las almohadillas del conector USB como se muestra, cubra las juntas con una capa delgada de pegamento caliente y cuando esté listo, deslice la manga termorretráctil de 1/4 como se muestra.

Contraiga la funda con la pistola de calor y el pegamento actuará como un alivio de tensión (¡con suerte!).

Como se indicó anteriormente, deslice los otros extremos del cable debajo del regulador y suelde a las almohadillas de salida.

Siempre es una buena idea verificar dos veces la polaridad de sus conexiones: use el multímetro y un cable delgado para verificar que los pines USB estén conectados correctamente al regulador.

Paso 6: Configuración del voltaje

Antes de conectar la salida del regulador al Pi, es necesario configurar el voltaje de salida.

Conecte la fuente de alimentación a la toma de entrada CC del regulador y enciéndalo. Hay un LED azul en el regulador que debería encenderse inmediatamente. Si no es así y / o hay una bocanada de humo, desconecta y (si eres yo) agacha la cabeza avergonzado. Puede salirse con la suya, pero si ha habido algo de humo, no es un buen augurio. Revise cuidadosamente su cableado, rectifique y vuelva a intentarlo. Sin embargo, con suerte, el LED se ha encendido …

Con un destornillador pequeño, ajuste el potenciómetro en el regulador (la caja azul con un tornillo de bronce en la parte superior) hasta que el multímetro lea un poco menos de 5.1v. En sentido antihorario reduce el voltaje y, a menudo, toma más vueltas de lo esperado para que cambie el voltaje; no se desespere si toma algunas vueltas para ver un efecto.

Apague la fuente de alimentación y conecte la salida del regulador al Pi. ¡Estás listo para la acción!

Paso 7: Parte 2 - Adición de un ventilador de refrigeración y disipadores de calor - Herramientas y piezas

Partes:

• Ventilador de cojinete de manguito de 12v dc 0.12A 50mm x 50mm x 10mm (eBay, varios vendedores)
• 3 tornillos autorroscantes de 15 mm y 2,8 mm de diámetro exterior (caja de basura)
• Disipadores de calor autoadhesivos de cobre sólido de 2 unidades para Raspberry Pi (eBay, varios vendedores)

Instrumentos:

• Sierra de trastes o herramienta eléctrica tipo Dremel con un cortador de tipo rebaba
• Brocas y taladro de 1,5 mm y 2,5 mm
• Soldador y soldadura
• Cortacables y pelacables.
• Pistola de pegamento caliente (para mantener los disipadores de calor en su lugar)

Paso 8: Cortar los agujeros para el ventilador

Usando las marcas en la caja hechas en el paso 2, taladre los tres orificios de montaje de la misma manera que para el regulador (es decir) taladre orificios piloto con el taladro de 1,5 mm y ensanche uno de los orificios con el taladro de 2,5 mm. Pruebe el ajuste de los tornillos autorroscantes y, si todo está bien, taladre los otros dos orificios. De lo contrario, ensanche los orificios según sea necesario.

Con la sierra de marquetería o la alternativa Dremel, corte el orificio de plástico para permitir el flujo de aire del ventilador. Limpiar los bordes con una lima si es necesario (si mi experiencia es válida, el uso de una herramienta eléctrica crea inevitablemente plástico derretido que es un dolor de limpiar, de ahí mi preferencia por una sierra de marquetería).

Ofrezca el ventilador a los orificios de montaje y atornille con cuidado los autorroscantes. El ventilador debe montarse con la etiqueta hacia abajo, de modo que el flujo de aire se dirija hacia el Pi. También lo orientaría para que el cableado no esté inmediatamente adyacente al regulador, por lo que tiene un cable flojo para jugar.

Haga girar el ventilador manualmente para comprobar que no se enganche nada.

Paso 9: cableado del ventilador

Mi experiencia es que todos menos uno de los ventiladores del tipo de la lista de piezas se iniciaron por sí solos cuando se alimentaron con 5 V CC. En ese caso, descubrí que hacer funcionar el ventilador de 12v dc durante unos cinco minutos lo aflojó y, a partir de entonces, estuvo bien en 5v. Sin embargo, los ventiladores de diferentes fabricantes pueden comportarse de manera diferente, por lo que es posible que deba encender el ventilador manualmente; entonces debería estar bien y continuar funcionando. Si este no es el caso, aún tiene la opción de conectar el ventilador a la entrada del regulador siempre que este voltaje sea de 9v a 12v y pueda aceptar el aumento de ruido.

Corte el conector del ventilador dejando suficiente cableado para llegar al regulador. Puede cortar el cable amarillo más atrás ya que no se usa en este tipo de aplicación. Use una pequeña pieza de manga como se muestra para aislarlo y mantenerlo fuera del camino. Dirija el cableado del ventilador debajo del regulador y suelde a sus almohadillas de salida (rojo a positivo, negro a negativo).

Paso 10: agregar los disipadores de calor

Hay bastante información en Internet sobre dónde (y cuándo) agregar disipadores de calor a Raspberry Pis. Los pasos a continuación son mi opinión personal.

Por lo que puedo entender, el consejo a través de la Fundación Raspberry Pi es que realmente no es necesario agregar disipadores de calor a ningún modelo de Pi a menos que los esté overclocking. Sin embargo, descubrí que Pi 3 se calienta bastante al intentar reproducir videos H265 y, si no se enfría, puede desacelerar en un acto de autoconservación.

En estas circunstancias, el Broadcom SoC (el chip grande en la superficie superior del Pi) se calienta más, por lo que vale la pena disiparlo. Siguiendo algunos consejos de los que no puedo encontrar la fuente en este momento, también disuelvo el chip de RAM en la parte inferior. No me molesto con el chip LAN más pequeño, ya que no parece calentarse tanto.

Entonces, para los negocios: retire la tira de la cubierta del disipador de calor y colóquela con cuidado sobre el chip SoC. Con la pistola de pegamento caliente, agregue con cuidado un par de gotas de pegamento a cada lado del disipador de calor como se muestra. Uso mucho de mi Pis en sus lados, así que después de un tiempo los disipadores de calor se deslizan, el pegamento ayuda a prevenir esto. Hasta la fecha, el pegamento no se ha ablandado lo suficiente con el uso como para perder integridad (se derrite a unos 120 ° C, ¡así que no debería!)

El procedimiento para montar un disipador de calor en el chip RAM es el mismo, excepto que tendrá que cortar parte de la rejilla en la parte inferior de la carcasa para dejar suficiente espacio. Tenga en cuenta que no sobresaldrá más allá del límite de la carcasa.

Paso 11: No hay ningún paso 11

…y eso es eso.

Espero que este Instructable resulte útil y / o informativo.

Si detecta algún error, etc., hágamelo saber y con gusto lo editaré en consecuencia.