Модуль бесперебойного питания ИБП RPi UPS HAT Waveshare

Обратите внимание! Модуль Raspberry Pi и модуль SIM7600X 4G HAT не входят в комплектацию.

Технические характеристики

• Модель: RPi UPS HAT 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: 5В / 2.5A
• Чип мониторинга напряжения и тока: INA219 TI, I2C/IIC
• Встроенная защита: от перезаряда, переразряда, перегрузки по току, короткого замыкания и переполюсовки
• Интегрированный 5-вольтовый LDO: TD1484A (APW7313)
• Разъёмы
  • DC4017: для заряда батареи
  • USB Type-A: для питания периферии
  • GPIO 40-pin: для питания Raspberry Pi
• Индикация: обратная полярность батареи
• Управление: переключатель питания OFF/ON, кнопка пуска Boot
• Монтажные отверстия: 4хØ3мм
• Размеры
  • платы UPS HAT: 85 х 56 х 30мм
  • упаковки: 202 х 148 х 54мм
• Вес
  
  • нетто (модуль с батареей): 135г
  • брутто: 330г

Комплектация

• Модуль UPS HAT Waveshare - 1шт
• Батарея аккумуляторная литиевая 18650 Li-ion 2600mAh - 2 шт
• Зарядное устройство сетевое: AC100-240В / DC8.4В 2А - 1шт
• Разъём PBS-40L 2.54 - 1шт
• Набор стоек и крепежа - 1компл

Вопрос надёжной сохранности цифровой информации в условиях вероятного возникновения перебоев энергоснабжения часто занимает не последнее место при разработке электронного приложения. Тема организации стабильного питания исключительно важна для большого круга приложений, которые занимаются непрерывной обработкой потоков информации в реальном времени. Например, это могут быть системы круглосуточного мониторинга за датчиками, умные автомобильные парковки или вендинговое оборудование, и др. Ключевой причиной неустойчивой работы подобных приложений являются недопустимые просадки или полное отключение напряжения питания из-за перегрузок, обрывов или короткого замыкания в линиях электропередач. Источник бесперебойного питания (англ. UPS - Uninterruptible Power Supply) имеет индивидуальную перезаряжаемую батарею резервного напряжения и позволяет на протяжении некоторого отрезка времени целиком компенсировать перечисленные проблемы с напряжением во внешней сети. Переключение между линиями внешнего питания и резервной батареей в ИБП осуществляется незаметно для потребителя, без глубокого падения напряжения.

Модуль UPS HAT 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 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 платы ИБП, схемы защиты и стабилизации

Модуль ИБП с аккумуляторной батареей 18650 выполнен в размерах, эквивалентных плате мини-ПК Raspberry Pi. Он крепиться поверх Raspberry Pi подобно расширению HAT. Бесперебойник фиксируется с одной стороны соединением ответных частей разъёма GPIO, с другой стороны - шестигранными стойками и болтами/гайками. 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). Максимальный ток разряда аккумулятора, с учётом потребления платой Raspberry Pi, не должен превышать 2500мА. На плате UPS HAT установлен ползунковый переключатель OFF/ON для ручного управления рабочими напряжениями.

Контакты GPIO-разъёма продублированы на лицевой стороне модуля для дальнейшего расширения конструкции приложения. Высота модуля UPS HAT Waveshare составляет 30мм. Далеко не многие фирменные и сторонние модули расширения для Raspberry Pi персонально оснащаются высоким разъёмом GPIO. Для нормального соединения разъёмов GPIO обыкновенных "низкопрофильных" модулей HAT или Expansion применяется промежуточный соединительный разъём PBS-40L 2.54мм, дополняющий комплектацию настоящего ИБП.

Кнопке Boot отведена роль запуска схемы защиты батареи после её извлечения и повторного размещения внутри ИБП.

1. Переключатель напряжения Выкл/Вкл (OFF/ON)
2. Порт USB-A для питания периферии
3. Разъём DC4017 входное напряжение 8.4В DC
4. Понижающий преобразователь-стабилизатор 5В
5. Защита от перегрузки по току
6. Мониторинг напряжения и тока
7. Схема балансировки (уравнивания) заряда элементов батареи
8. Защита батареи от перезаряда/переразряда
9. Порт GPIO Raspberry Pi

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).

Интерфейсы разъёма GPIO модуля UPS HAT Waveshare

Модуль UPS HAT Waveshare выдаёт заряд стабилизированного напряжения 5 вольт через выводы 5V+GND, расположенных в 40-контактном разъёме GPIO, а также через периферийный порт USB-A. 5-вольтовое напряжение напрямую запитывает все электрические цепи мини-ПК Raspberry Pi. Линия питания 3.3В и последовательная шина I2C/IIC (SDA+SCL), приходящие от микроконтроллерной платы RPi, используются датчиком тока и напряжения INA219. Пример кода приложения мониторинга на языке Python, рассчитывающего остаточный заряд аккумулятора, текущий уровень напряжения батареи, а также значения тока и мощности потребления нагрузкой, можно загрузить в разделе "Программное обеспечение".

Физические размеры, мм

Программное обеспечение

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

Документация

1. Руководство пользователя UPS HAT Waveshare (web-версия)
2. Электрическая принципиальная схема RPi UPS HAT 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)