Alimentation des Raspberry

Pour une raison inhérente au design des Raspberry Pi il est impératif d’avoir une alimentation (régulée) dont la tension de sortie pourra être réglée à légèrement plus que 5 Volts. Si vous utilisez un bloc d’alimentation basique (type chargeur de téléphone) vous aurez à l’entrée du RPi au maximum 5 Volts (souvent moins pour les bas de gamme de eBay) et toujours moins à l’intérieur du RPi. C’est mathématique ! 

Vin = I . (R1+R2) = U1 + U2

Alimentation 5V d'un Raspberry Pi

Explications

A l’entrée du RPi il y a un fusible (F3) de type Polymeric PTC (Positive Temperature Coefficient). Sa résistance, faible en temps normal (~0.4 Ohm) augmente quand le courant qui le traverse dépasse un seuil. La vitesse de réaction du ce type de fusible est proportionnelle au carré de l’intensité traversant le fusible.

Par effet Joule le courant qui traverse le fusible fait augmenter sa température ce qui modifie la structure cristalline du fusible. Les molécules de graphite s’éloignant les unes des autres avec la dilatation du polymère, la résistance augmente.

Sur le schéma du RPi la légende de F3 est « miniSDM  1A1 6V », et sur le composant il y a indiqué T075 (ou juste 07). Cela signifie que sa résistance augmente à partir de 0.75A (point 1) et qu’elle devient très élevée à partir de 1.1A (Point 3). Le temps pour revenir à une très faible résistance est de quelques secondes en temps normal mais peu atteindre plusieurs heures en cas de très fort courant.

On revient à moins de 1 Ohm en 3 secondes et à la valeur de base ~0.4 Ohm en 30secondes.

 Conséquences

Si la résistance du fusible F3 est de 0.4 Ohm et le courant consommé par le Raspberry de 0.7 Ampère, alors la chute de tension aux bornes du fusible est de l’ordre de 0.3 Volt (U = R I ). La tension disponible dans le RPi n'est alors que de 4.7 Volts.

Le noyau Linux compilé pour les RPi (Raspbian) détecte si la tension chute sous les 4.65 Volts et

 - affiche un carré coloré en haut à droite de l’écran de la console (pas visible en ssh)

 - empêche le processeur ARM d’utiliser le mode turbo.

Dans un environnement desktop cette perte du turbo n’est pas dramatique, mais dans le cadre de notre projet de cluster, dont le but est d’utiliser tous les processeurs à leur maximum pendant des heures, ce blocage du mode turbo serait très dommageable pour les performances.

Donc, pour éviter l’enchevêtrement de 15 blocs d’alimentation médiocres, et pour préserver les performances, nous allons utiliser une alimentation stabilisée externe 5V 20A que nous règlerons à environ 5.20 Volts.

Pour faire le réglage on mesure la tension sur un port USB (pin1, pin4). On ajuste (avec précaution) la tension de sortie de l’alimentation régulée pour avoir 5 Volts sur le port USB. (NB: Il faut que le RPi ai booté pour que ses ports USB soient alimentés. Ce dernier point reste un mystère car rien sur le schéma du RPi n’explique comment le 5 Volts des ports USB est contrôlé…)

ATTENTION : La diode D17 est une diode de type Transil bidirectionnel (ou TVS  Transient Voltage Supression). Sa fonction est de limiter la tension U2 à moins de 6.5 Volts (Vbr). Plus cette tension s’élèvera au-dessus de 5 Volt (Vr) plus la diode absorbera de courant pour maintenir une tension proche de 5 Volts à ses bornes. Donc inutile de sur-volter vos RPi !

Diode TVS SMBJ5