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Mon Raspberry-Pi dans ma voiture: quelle alimentation?

Vous avez certainement croisé l'un ou l'autre projets visant à placer un Raspberry-Pi dans une voiture avec un écran LCD.



Peut-être avez-vous eu l'occasion de vous penchez sur le projet instructable "Pi Touch Screen Car Computer".

Une voiture = 12 V... FAUX!
En effet, la tension idéale du véhicule est de 12V. C'est du moins la tension optimale de la batterie. C'est aussi une moyenne techniquement acceptable du point de vue du domaine électrique dans une automobile.

Cependant, dans la vie réelle, cette tension du système électrique de notre voiture est tout sauf stable... vous pouvez connaître de grosses chute de tension (le démarrage est un exemple, démarrage de circuit énergivore), des surtensions intermittentes dépassant 20 volts (ex: rétrograder de vitesse et sur-régime moteur)... des pointes parasites dépassant 60 Volts... et même parfois des micro-inversion de polarité (système action/réaction) selon les circonstances.
Ce n'est pas pour rien qu'il existe le métier spécialisé d'électricien automobile! C'est une matière relativement complexe qui va bien au-delà de "une voiture c'est du 12V continu"!

Dans le cas présent, nous faisons de l'électronique/informatique, et à notre niveau, une variation de tension de 5 volts c'est déjà le double de la tension d'alimentation du Raspberry-Pi.
La variation de tension c'est déjà pas cool... mais sachez que les parasites (le bruit) sur le circuit d'alimentation sont légions.

Voici quelques graphiques de tension sur un circuit de voiture capturé à l'oscilloscope (tracé rouge) dans différentes situations. La variabilité de la tesion est bien présente.

Il s'agit de la tension relevée sur les bornes du solénoïde durant une phase de démarrage... c'est donc aussi la tension dans le véhicule. (Voyez la source complète ici)

Ce n'est donc pas avec un régulateur de tension linéaire L7805 et quelques capacités que l'on va obtenir une tension convenable pour notre Raspberry-Pi.

Les électriciens automobiles seront indulgent avec cette introduction, je suis bien conscient de prendre des raccourcis. Toute source d'information complémentaire est la bienvenue.

Comment alimenter correctement votre Pi?

Option bricolage - l'allume USB
Je dirais que le premier réflexe est souvent de se diriger vers un branchement "allume cigare" avec prise USB.
Rare son ceux qui propose une sortie 2Amp et, d'une façon générale, ce sont des alimentations à découpage DC/DC de qualité moyenne... pas vraiment prévu pour débiter 1A en continu pendant des heures (ce qui sera notre cas pratique)

Limite matérielle: Il faut bien rester conscient que même si un régulateur DC-DC est très petit et performant (donc dissipe peu de chaleur), il y a des miracles qu'il ne peut pas réaliser avec un aussi petit encombrement.
Ce n'est, a priori, pas ce type de matériel qui est utilisé pour alimenter l'ordinateur de bord de votre véhicule.
Donc, pas forcement l'option la plus adéquate pour assurer une alimentation endurante pour votre Pi.

Option étudiée pour l'industrie/l'automobile
Olimex crée des cartes nano-ordinateurs et microcontroleurs très utilisés dans le monde industriel... et quand je dis industriel, c'est même dans des engins miniers!
Donc, les parasites, le bruits, les conceptions immunisées contre les parasites... c'est leur domaine de compétence.
Alors, quand Olimex décident de réaliser une alimentation 36V vers 5V (ou 12V), cela vaut vraiment la peine de se pencher dessus.
Régulateur 36V vers 5 ou 12 V DC
Voici une alimentation correcte pour un projet Pi / Olinuxiono / autre pour projets embarqués (donc a priori aussi pour votre voiture).

Voici ce qui saute aux yeux:
  • La taille - C'est certain, cela ne rentre pas dans un allume cigare. Les différents éléments sont surdimensionné, c'est aussi pour répondre à des stress hors norme.
  • Le dissipateur de chaleur - sur le régulateur. Il n'y a pas de miracle, lorsqu'il faut réguler une surtension (même passagère), il faut bien convertir l'énergie en quelque-chose! Ce quelque chose c'est de la chaleur et il faut pouvoir l'évacuer efficacement (histoire de ne pas surchauffer).
  • Un régulateur LM2576 - c'est un régulateur Step-Down (Buck) et donc un convertisseur DC-DC (un hacheur quoi). A lui tout seul, ce régulateur est capable de réguler un courant pouvant aller jusqu'à 3A.
  • Capacité de régulation - avec une capa d'entrée de 470µF et une capa de sortie de 2200µF, vous vous disposez d'une régulation efficace. La réserve d'énergie offerte par capacité de 2200µF est tout a fait indiquée dans le cas d'une application automotive :-) 
  • La self de choc - impossible à rater par sa taille (le gros truc jaune), cette dernière self avec son noyaux (dit "Choke coil") permet d'arrêter les signaux hautes fréquences. En effet, l'impédance d'une telle self augmente avec la fréquence du courant qui la traverse. Cette self est, bien entendu, correctement dimensionnée pour le courant qui est supposé la traverser (3A max).
Plein de bonne raison pour préférer une alimentation plus endurante :-)

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