Модуль бесперебойного питания ИБП RPi UPS HAT (B) Waveshare

Обратите внимание! Модуль Raspberry Pi не входит в комплектацию.

Технические характеристики

• Модель: RPi UPS HAT (B) Waveshare
• Совместимость: Raspberry Pi 3 / 3+ / 4 / 5 и др.
• Тип устройства: источник бесперебойного питания
• Батарея резервного питания: 2x 2600мАч 18650 Li-ion (2S)
• Входное напряжение и ток заряда: 8.4В DC / до 2A
• Выходное напряжение и ток разряда: 5.3В / 4A (макс.5А)
• Чип мониторинга напряжения и тока: INA219 TI, I2C/IIC
• Встроенная защита: от перезаряда, переразряда, перегрузки по току, короткого замыкания и переполюсовки
• Интегрированный 5-вольтовый регулятор: SY8286 SILERGY
• Интегрированный 3-вольтовый регулятор: RT9193-33
• Разъёмы
  • DC4017: для заряда батареи
  • USB Type-A: для питания периферии
  • Pogo контакты: для питания Raspberry Pi
• Индикация: обратная полярность батареи, статус заряда батареи
• Управление: переключатель питания OFF/ON, кнопка пуска Boot
• Монтажные отверстия: 4хØ3мм
• Размеры
  • платы UPS HAT: 85 х 56 х 30.5мм
  • упаковки: 202 х 148 х 54мм
• Вес изделия
  
  • нетто (модуль с батареей): 130г
  • брутто: 350г

Комплектация

• Модуль UPS HAT (B) Waveshare - 1шт
• Батарея аккумуляторная литиевая 18650 Li-ion 2600mAh - 2 шт
• Зарядное устройство сетевое: AC100-240В / DC8.4В 2А - 1шт
• Акриловое защитное стекло - 1шт
• Набор стоек и крепежа - 1компл

Организация стабильного питания исключительно важна для большого числа приложений, занимающихся непрерывной обработкой потоков информации в реальном времени. Например, это могут быть системы круглосуточного мониторинга за различного рода датчиками, умные автомобильные парковки, сервисное или вендинговое оборудование, и так далее. Доступность таких приложений, а также целостность и сохранность цифровой информации, с которой работают приложения, зависят от нескольких значимых факторов, среди которых бесперебойное энергоснабжение выходит на первое место. Главной причиной неустойчивой работы подобных приложений являются глубокие просадки или полное отключение напряжения питания из-за перегрузок, обрывов или короткого замыкания в линиях электропередач. Устройства бесперебойного питания ИБП (англ. UPS - Uninterruptible Power Supply) имеют индивидуальную перезаряжаемую батарею резервного напряжения и позволяют на протяжении некоторого отрезка времени целиком компенсировать перечисленные проблемы энергоснабжения. ИБП переключают линии внешнего питания на резервную батарею незаметно для потребителя, исключают его перезагрузку или пояление помех.

Модуль UPS HAT (B) Waveshare идеально подходит для реализации сценариев бесперебойного питания различных приложений, созданных на основе моделей 3-5+ поколения микрокомпьютерной платформы Raspberry Pi с  интегрированным 40-контактным разъёмом выводов общего назначения (GPIO). Аккумуляторная плата поддерживает и некоторые другие платформы: Orange Pi, Rock Pi, Repka Pi, Thinker Board и т.д. Схема модуля компактного бесперебойника UPS HAT (B) Waveshare выделяется среди прочих аналогичных решений продвинутым комплексом защиты резервной батареи от перезаряда, от переразряда, от перегрузки по току, от короткого замыкания и переполюсовки, в полном объёме обеспечивающие максимальную безопасность в процессе эксплуатации. Благодаря наличию многоуровневой защиты, значительно продлевается срок службы резервной литиевой батареи, состоящей из двух элементов 18650.

Дизайн и интерфейсы платы ИБП UPS HAT (B) Waveshare

Модуль ИБП с аккумуляторной батареей 18650 выполнен в размерах, эквивалентных плате мини-ПК Raspberry Pi. Он крепится шестигранными стойками к RPi со стороны считывателя карты памяти microSD. Противоположная сторона UPS HAT (B) защищается акриловой пластиной, которая одновременно является ещё и опорной плоскостью. Расположение соединительных контактов Pogo соответствует распиновке 40-контактного разъёма GPIO RPi. Кроме напряжения питания 5 вольт, Pogo-контакты обеспечивают обмен данными по последовательной шине I2C/IIC между платами UPS и RPi. Ручное управление модулем определено двумя элементами: кнопка Boot для запуска схемы защиты батареи после её извлечения и повторной установки в ИБП, а также двухпозиционный ползунковый переключатель OFF/ON для включения или отключения напряжения питания.

Восполнение энергии резервной батареи осуществляется от входящего в комплектацию зарядного устройства 8.4В 2А постоянного тока DC, подключенного через разъём DC4017 (гнездо-штекер с размерами 4.0мм/1.7мм). На Raspberry Pi бесперебойник выдаёт заряд стабилизированного напряжения 5 вольт через подпружиненные Pogo-контакты 5V+GND, а также через стандартный порт USB Type-A для периферии. Максимальный ток разряда аккумулятора, с учётом потребления платой Raspberry Pi, не должен превышать 4000мА в продолжительном режиме потребления или 5000мА - в кратковременном. Сеанс автономной работы модуля UPS HAT (B) при отключенном внешнем источнике питания целиком зависит от основных значений: остаточном уровне заряда в резервной батареи и показателе расходуемой энергии.

Интерфейсы модуля ИБП USB HAT (B) Waveshare

В схему бесперебойника встроен датчик тока и напряжения INA219 для мониторинга и рассчёта в реальном времени значений остаточного заряда аккумулятора, текущего уровня напряжения батареи, а также значения тока и мощности потребления нагрузкой. Чип INA219 получает напряжение от интегрированного 3-вольтового регулятора. 

Cхемы защиты и стабилизации модуля UPS HAT (B) Waveshare

1. Защита от перегрузки по току
2. Мониторинг напряжения и тока
3. Понижающий преобразователь-стабилизатор 5В
4. Понижающий преобразователь-стабилизатор 3.3В
5. Схема балансировки (уравнивания) заряда элементов батареи
6. Защита батареи от перезаряда/переразряда
7. Pogo-контакты питания и шины I2C/IIC

Индикаторы обратной полярности батареи

Модуль UPS HAT Waveshare обладает светоиндикаторной системой защиты батареи от обратной полярности. Батарея резервного питания состоит из двух отдельных элементов 18650 с напряжением 3.7 вольта (4.2 вольта при полной зарядке). Для каждого энергоэлемента предусмотрен свой индикатор предупреждения, зажигающийся красным светом в том случае, если  аккумулятор 18650 неправильно расположен в отсеке держателя. Подключение напряжения для заряда батареи при любом светящемся индикаторе повлечёт повреждение цепей защиты.

Внимание! Установка или извлечение элементов 18650 допускаются только в обесточенном состоянии (переключатель напряжения питания в положении выключен - OFF).

Физические размеры, мм

Программное обеспечение

1. Исходники и примеры на Python для UPS HAT (B) Waveshare (7z-архив)

Документация

1. Руководство пользователя UPS HAT (B) Waveshare (web-версия)
2. Электрическая принципиальная схема UPS HAT (B) Waveshare (PDF)
3. Спецификация INA219 TI датчика напряжения и тока (англ., PDF)
4. Спецификация HY2120 HT двухэлементного контроллера защиты Li-Ion (англ., PDF)
5. Спецификация HY2213 HT одноэлементного контроллера защиты Li-Ion (англ., PDF)