Publié le 20 février 2021 - par

Améliorer l’alimentation du Raspberry Pi 4

Il n’est pas rare que le Raspberry Pi 4 (surtout sa première version) affiche en haut à droite de l’écran un éclair. Cette alerte vous informe que la tension fournie à la carte est trop faible. La cause peut-être multiple : Alimentation secteur inadaptée, câble USB de mauvaise qualité mais aussi problème avec l’alimentation située sur la carte elle même. Cet article de Majenko propose une solution pour venir à bout de ce problème. Voici sa traduction.

Améliorer l’alimentation du Raspberry Pi 4

Fixing the Raspberry Pi’s Power Problems [Majenko]

Perte de garantie
Cet article présente une modification hardware du Raspberry Pi 4. Ne l’entreprenez que si vous maîtrisez les différents éléments, en particulier la soudure des composants. Si vous effectuez cette modification vous perdez la garantie. Ni Majenko ni framboise314 ne pourront être tenus pour responsables d’un mauvais fonctionnement du Raspberry Pi 4 modifié, ni maintenant ni dans le futur. 

Si vous avez déjà poussé un peu votre Raspberry Pi (charge du CPU) , il y a de fortes chances que vous ayez vu apparaître la redoutable icône de l’éclair. Lorsqu’elle apparaît dans le coin supérieur droit de l’écran, c’est un avertissement que la tension d’entrée est descendue dans la zone dangereuse. Si vous voyez souvent ce symbole, commencez par vous procurer une alimentation électrique de meilleure qualité. Rappelez vous qu’un chargeur de téléphone N’EST PAS une alimentation. Après, ceux qui bidouillent beaucoup avec le Raspberry Pi savent que malgré cela, l’éclair peut encore apparaître de temps en temps…

[Majenko] en a eu marre de voir cette icône pendant ses sessions MAME. Il a décidé de s’attaquer au problème en examinant de près le circuit d’alimentation du Raspberry Pi 4. Bien que les schémas officiels de l’ordinateur monocarte préféré de tous soient malheureusement incomplets, il a tout de même pu identifier quelques composants qui lui ont paru un peu étranges. Nous ne vous recommandons pas nécessairement de vous précipiter et d’apporter ces mêmes modifications à votre propre carte, mais les premiers résultats sont vraiment prometteurs.

Le schéma est assez simple – un seul circuit intégré (ci dessus) fait tout le travail. Mais en y regardant de plus près, une chose interpelle quand on regarde l’entrée d’alimentation sur le circuit intégré. Le composant qui choque, c’est R5 : une résistance de 10 Ω qui est en série avec l’entrée principale de l’alimentation. Avec une consommation de courant “normale”, elle va faire chuter la tension d’une valeur bien pire que le pire des câbles USB d’alimentation.

Majenko a donc commencé par repérer cette résistance sur la carte et de la retirer pour la remplacer par un strap (un bout de fil). Heureusement, elle n’est pas trop difficile à trouver. Les composants ne sont pas étiquetés sur la carte, mais en suivant les pistes qui partent de la broche 24 du circuit d’alimentation un via (trou métallisé) conduit tout droit à R5. Un test de continuité avec le buzzer du multimètre depuis la broche 5V du connecteur GPIO 40 broches l’a confirmé.

Voici donc la coupable ! C’est tout petit et pas simple à souder/dessouder ces composants 0402 (1mm x 0.5 mm). Mais bon, avec une panne fine et un peu d’expérience c’est faisable. N’ayant pas de résistance 0402 de 0 ohm sous la main, Majenko a soudé un morceau de fil coupé à la longueur voulue et enrobé de pâte à souder. Il fait très bien l’affaire.

Sur cette photo, la résistance R5 a été remplacée. Un travail délicat qui demande une main sure.

Le moment de tester cette modification est arrivé… ! Tous les tests sont faits avec la même configuration : Démarrage de LibreELEC et lancement de MAME. Traditionnellement, cette configuration a toujours, même avec un bon câble et une bonne alimentation, donné des alertes de sous-tension, avec affichage de l’éclair en haut à droite de l’écran.

Avec ce correctif le résultat est amélioré. Les problèmes n’ont pas disparu, mais il suffit de quelques baisses de tension lorsque certaines choses se produisent : Connexion WiFi, chargement du Kodi, etc. pour que l’icône réapparaisse.

Donc, c’est mieux, mais ce n’est toujours pas suffisant. Il est temps de passer à la deuxième option. Toujours sur le schéma, vous pouvez voir qu’il y a un condensateur de 10µF sur l’entrée d’alimentation du circuit intégré. C’est la capacité qui filtre la totalité de l’alimentation. Les spécifications USB stipulent que la capacité du VBUS ne doit pas dépasser 10µF, mais c’est pour l’alimentation du bus sur un port de données “normal”, ce qui n’est pas le cas du Raspberry Pi puisque le port USB C ne sert qu’à l’alimentation. On peut donc augmenter cette capacité. Une valeur plus élevée ne peut pas faire de mal. Identifier ce condensateur existant est assez simple :

C’est celui qui est indiqué sur la photo ci-dessus. Il n’y a pas beaucoup de place pour ajouter des capacités supplémentaires. L’option la plus simple est d’ajouter tout simplement un autre condensateur en parallèle. Il y a deux façons de procéder :

  • ajouter un autre condensateur CMS
  • Utiliser un condensateur pour trous traversants

C’est l’option 2 qui a été retenue car elle permet d’utiliser un condensateur beaucoup plus grand et c’était plus simple de le souder à sa place. Le premier condensateur qui s’est présenté était un 470µF – c’est peut-être un peu trop – et une plus petite capacité aurait fait l’affaire. La tension de celle-ci est de 10V, ce qui est un peu trop. Un condensateur avec une tension de 6,3V aurait fait l’affaire. Mais ça suffit pour les tests.

La coupe des fils, leur mise en forme et le soudage ne prennent pas très longtemps …

Voilà ce que ça donne.

Le condensateur se positionne parfaitement entre l’alimentation à découpage et le module WiFi. Il ne reste qu’à tester…

Roulement de tambour….
C’est réparé !

Pas un seul signe de sous-tension. On peut dire que ça fonctionne …

Par la suite, il faudrait tester cela avec la résistance de 10 Ω toujours en place pour voir si le condensateur seul pourrait régler le problème, mais si quelqu’un d’autre veut essayer d’installer le condensateur et nous dire si cela peut résoudre le problème, ce serait très utile. Il n’est pas question de remettre la résistance R5 sur cette carte 😛

Conclusion

Merci à Majenko pour cette modification dont il a gentiment autorisé la traduction. Elle pourra être utile à ceux que l’icône de l’éclair énerve ou qui ont des problèmes d’alimentation. Si vous lisez l’anglais faites un tour sur son blog, il y a plein de choses intéressantes.

Sources

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À propos François MOCQ

Électronicien d'origine, devenu informaticien, et passionné de nouvelles technologies, formateur en maintenance informatique puis en Réseau et Télécommunications. Dès son arrivée sur le marché, le potentiel offert par Raspberry Pi m’a enthousiasmé j'ai rapidement créé un blog dédié à ce nano-ordinateur (www.framboise314.fr) pour partager cette passion. Auteur de plusieurs livres sur le Raspberry Pi publiés aux Editions ENI.

7 réflexions au sujet de « Améliorer l’alimentation du Raspberry Pi 4 »

  1. j2c

    Je me demande s’il n’y a pas également la possibilité de sécuriser le +5v de la carte en ajoutant simplement un condensateur entre la masse et la broche +5v du GPIO.

    L’avantage de cette dernière solution :
    * tu perds pas ta garantie
    * tu ne risques pas de casser le circuit en donnant un coup accidentel dans le condensateur modifié. (les pistes d’un circuit comme celui du Raspi sont relativement fines, et fragile, et ne supportent pas l’arrachement.)
    * c’est démontable, et peut être ajouté et/ou supprimé suivant l’usage que l’on fait du raspi.

    Répondre
        1. Thierry

          Bonjour.
          La résistance et le condensateur des pins 24 et 31 du MXL7704 sont un filtre passe-bas et sont là pour fournir au CI une tension d’alimentation propre à l’entrée de monitoring de la tension. La puissance ne passe pas par ces connections. Tout est expliqué là: https://www.maxlinear.com/ds/mxl7704.pdf.
          Comme l’a dit j2c ajouter une capa importante sur les pins du GPIO est je crois une meilleure solution.

          Répondre

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