La qualité avant tout
Rapport d’essai de consommation et de dimensionnement d’alimentation.
INTENSITÉ RPI4 :
Essais réalisés à 20°C sur une plateforme Raspberry Pi4 équipée d’un sous-système de stockage USB3 (RAID 1 SSD) et soumise à une sollicitation simultanée du processeur (stress-ng) et du stockage (fio). Le stress est simulé par deux commandes lancées en simultané.
Une charge additionnelle statique de 350mA sur un port USB2 a été rajouter. Ce qui d’après le constructeur nous rapproche des 100% de la puissance disponible pour l’ensemble des ports USB, soit 1.2A
Le résultat a mis en évidence une consommation moyenne de l’ordre de 2,5 A sous 5,1 V, conforme aux valeurs publiées par le constructeur.
Cependant, l’analyse temporelle du courant absorbé à l’oscilloscope met en évidence des pics transitoires supérieurs à 2,9 A, d’une durée supérieure à 1 ms, correspondant à des appels de charge fonctionnels (accès SSD, activité CPU, régulateurs DC/DC internes). Ces transitoires sont suffisamment longs pour solliciter directement les capacités dynamiques de l’alimentation et ne peuvent être considérés comme du bruit haute fréquence filtrable uniquement par les condensateurs locaux.
Compte tenu de l’incertitude globale de mesure estimée entre ±5 % et ±10 %, les courants de pointe réels peuvent être évalués dans une plage comprise entre 2,6 A et 3,2 A
Les bonnes pratiques industrielles conditionnent le dimensionnement d’une alimentation sur la base du courant maximal transitoire, majoré d’un facteur de sécurité de 20 à 30 % (30% recommandé), et corrigé par un dérating thermique lié à la température ambiante maximale prévisible.
Sur la base des mesures effectuées, un courant de pointe de référence de 3 A est retenu. L’application d’une marge transitoire de 30 % et d’un dérating thermique à 40 °C conduit à un courant nominal requis compris entre 4A et 5A.
Cette valeur garantit :
FORMULE DE CALCUL POUR CALIBRATION DE L'ALIMENTATION RPI4 :
I_alim ≥ ((I_pic/K_temp) x K_marge x K_vieillissement)
Avec :
TENSION ET REGULATION POUR RPI4 :
Critères essentiels :
| Paramètre | Exigence recommandée |
|---|---|
| Tension nominale : | 5.1V idéalement réglable pour ajuster 5.1V au niveau GPIO |
| Tolérance globale : | ≤ ±3 % |
| Load regulation : | ≤ ±2 % |
| Line regulation | ≤ ±1 % |
| Ripple & noise (20M) : | < 50 mVpp |
| EMI : | Conforme EN 55032 / CISPR 32 |
Le paramètre Tolérance global est un indicateur de premier ordre qui dénote une alimentation avec une régulation de précision conforme à l’attente d’une RPI4 en condition difficile. S’il existe un paramètre à retenir pour choisir votre alimentation c’est bien celui-ci !
RACCORDEMENT ET ALIMENTATION RPI4 :
Il est impératif de soigner la ligne 5V qui alimente la RPI4, en particulier la longueur de câble, la section et la connectique doivent être révisées. La combinaison de ces paramètres est souvent associée aux chutes de tension.
Exemple : Ligne de câble en 1mm² sur 1,5 métre avec 3A → chute estimée ≈ 170 mV à 40°C
Critères essentiels :
| Paramètre | Exigence recommandée |
|---|---|
| Longueur câble entre alimentation et RPI4 : | maximum 55cm |
| Section câble entre alimentation et RPI4 : | minimum 16AWG/1.5mm² |
| Longueur câble dans boitier RPI4 : | maximum 35 cm |
| Section câble dans boitier RPI4 : | minimum 18AWG/1mm² |
| Type de câble entre alimentation et RPI4 : | torsadé blindé et ferrite aux extrémités |
| Type de câble dans boitier RPI4 : | torsadé |
La connectique USB-C est à éviter, si possible, envisager un raccordement via bornier sur carte HAT qui reprend directement les GPIO pour alimenter la RPI4. Ces recommandations garantissent une chute de tension inférieure à 100mV dans les conditions les plus difficiles.
POURQUOI ÉVITER LES ALIMENTATIONS RPI4 GRAND PUBLIC :
Les alimentations grand public de type 5V / 3A présentent typiquement :
La combinaison de ces tolérances, associée aux chutes de tension dans les câbles USB et connecteurs, peut conduire, même à charge modérée, à une tension effective appliquée à la carte inférieure au seuil fonctionnel minimal du Raspberry Pi4 (≈ 4,63 V +-5%),provoquant des phénomènes de sous-tension (brown-out), de limitation de performance (throttling, éclair jaune, alertes « hwmon hwmon1: Voltage normalised » dans les logs etc..) ou d’instabilité du sous-système USB.
Ainsi, même en l’absence de surcharge permanente, la marge fonctionnelle en tension se révèle insuffisante lorsque l’alimentation est exploitée à proximité de son courant nominal, en particulier dans des conditions thermiques défavorables.
CONCLUSION :
Au terme de cette étude, il apparaît donc que les alimentations RPI4 5V / 3A, bien que conformes aux recommandations constructeurs, apparaissent fonctionnellement sous-dimensionnées pour un usage intensif et continu.
Cette même étude confirme que les paramètres minimums nécessaire pour un assuré un fonctionnement correct d’une RPI4 en condition difficile à 40°C sont les suivants
Critères essentiels :
| Paramètre | Exigence recommandée |
|---|---|
| Tension : | 5.1V (ajustable de préférence) |
| puissance : | 4A/20W minimum |
| Tolérance globale : | ≤ ±3 % |
| Ripple & noise (20M) : | < 50 mVpp |
| Ligne 5V : | section renforcée et longueur diminuée |
